НАСТОЛЬНАЯ КНИГА ЮНОГО ЕСТЕСТВОИСПЫТАТЕЛЯ:

ВКЛЮЧАЮЩАЯ В СЕБЯ

Различные лабораторные приемы и способы устройства

ХИМИЧЕСКИХ И ФИЗИЧЕСКИХ ПРИБОРОВ, НЕОБХОДИМЫХ

ДЛЯ УСПЕШНОГО ПРОВЕДЕНИЯ НАУЧНЫХ ЭКСПЕРИМЕНТОВ.

В ИЛЛЮСТРАЦИЮ ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ОТРАСЛЕЙ ХИМИИ И ЕСТЕСТВЕННОЙ ФИЛОСОФИИ.

АВТОР:

ДЖОН ГЕНРИ ПЕППЕР,

Член Химического общества, член Института гражданских инженеров; бывший профессор химии в Королевском политехническом институте и т. д. Автор «Настольной книги металлов».

НОВОЕ ИЗДАНИЕ.

Иллюстрировано 470 гравюрами, выполненными преимущественно по эскизам автора Г. Дж. Хайном.

ЛОНДОН:

ДЖОРДЖ РУТЛЕДЖ И СЫНОВЬЯ,

БРОДВЕЙ, ЛАДГЕЙТ. НЬЮ-ЙОРК: 416, БРУМ-СТРИТ. 1869.

ЛОНДОН.

САВИЛЛ, ЭДВАРДС И КО., ПЕЧАТНИКИ, ЧАНДОС-СТРИТ. КОВЕНТ-ГАРДЕН.

Телефонный концерт Уитстона в Политехническом институте, во время которого звуки и вибрации проходят неслышимыми через промежуточный зал и воспроизводятся в лекционной аудитории без изменения своих качеств и интенсивности. Фронтиспис.

ПОСВЯЩАЕТСЯ

ПРОФЕССОРУ ЛАЙОНУ ПЛЭЙФЭРУ, C.B., F.R.S.

ПРОФЕССОРУ ХИМИИ ЭДИНБУРГСКОГО УНИВЕРСИТЕТА.

Дорогой сэр,

Я посвящаю эти страницы Вашим детям, которых мне часто доводилось видеть в Политехническом институте в то время, когда я руководил этим учреждением. Я делаю это в знак уважения и признательности Вашему таланту и усердию, а также Вашей общественной деятельности по отстаиванию прав науки в этой великой торговой стране.

Не возлагая на Вас никакой ответственности за недостатки этого скромного труда по элементарной науке, позвольте мне оставаться,

Дорогой сэр,

Ваш покорный слуга,

ДЖОН ГЕНРИ ПЕППЕР.

СОДЕРЖАНИЕ.

| PAGE
INTRODUCTION. | 1
CHAPTER I.
THE PROPERTIES OF MATTER—IMPENETRABILITY | 3
CHAPTER II.
CENTRIFUGAL FORCE | 17
CHAPTER III.
THE SCIENCE OF ASTRONOMY | 19
CHAPTER IV.
CENTRE OF GRAVITY | 32
CHAPTER V.
SPECIFIC GRAVITY | 48
CHAPTER VI.
ATTRACTION OF COHESION | 59
CHAPTER VII.
ADHESIVE ATTRACTION | 67
CHAPTER VIII.
CAPILLARY ATTRACTION | 69
CHAPTER IX.
CRYSTALLIZATION | 73
CHAPTER X.
CHEMISTRY | 81
CHAPTER XI.
CHLORINE, IODINE, BROMINE, FLUORINE | 129
CHAPTER XII.
CARBON, BORON, SILICON, SELENIUM, SULPHUR, PHOSPHORUS | 151
CHAPTER XIII.
FRICTIONAL ELECTRICITY | 173
CHAPTER XIV.
VOLTAIC ELECTRICITY | 193
CHAPTER XV.
MAGNETISM AND ELECTRO-MAGNETISM | 206
CHAPTER XVI.
ELECTRO-MAGNETIC MACHINES | 211
CHAPTER XVII.
THE ELECTRIC TELEGRAPH | 218
CHAPTER XVIII.
RUHMKORFF'S, HEARDER'S, AND BENTLEY'S COIL APPARATUS | 230
CHAPTER XIX.
MAGNETO-ELECTRICITY | 241
CHAPTER XX.
DIA-MAGNETISM | 247
CHAPTER XXI.
LIGHT, OPTICS, AND OPTICAL INSTRUMENTS | 255
CHAPTER XXII.
THE REFRACTION OF LIGHT | 298
CHAPTER XXIII.
REFRACTING OPTICAL INSTRUMENTS | 303
CHAPTER XXIV.
THE ABSORPTION OF LIGHT | 327
CHAPTER XXV.
THE INFLECTION OR DIFFRACTION OF LIGHT | 328
CHAPTER XXVI.
THE POLARIZATION OF LIGHT | 335
CHAPTER XXVII.
HEAT | 352
CHAPTER XXVIII.
THE STEAM-ENGINE | 406
CHAPTER XXIX.
THE STEAM-ENGINE—continued | 418

ВВЕДЕНИЕ.

Хотя «Музей Южного Кенсингтона» сейчас занимает лидирующие позиции и превосходит все прежние научные учреждения своей значительно более совершенной коллекцией моделей и произведений искусства, несомненно, найдутся многие тысячи молодых людей, которые (как хочется надеяться) с удовольствием вспоминают многочисленные популярные лекции, иллюстрированные множеством интересных и блестящих экспериментов, которые проводились в стенах Королевского политехнического института в течение последних двадцати лет.

Много раз автор получал от своих юных друзей письма, содержащие всевозможные вопросы относительно способов проведения экспериментов, и часто случалось так, что даже спустя несколько лет после прекращения лекций юноша, ставший уже молодым человеком и стремящийся поделиться знаниями с каким-нибудь «домашним кружком» или сельским научным обществом, писал особое письмо, ссылаясь на конкретный эксперимент, и желал узнать, как он был выполнен.

Следующие иллюстрированные страницы следует рассматривать как серию философских экспериментов, описанных таким образом, чтобы любой молодой человек мог выполнить их с величайшей легкостью. Автор постарался изложить лабораторные приемы в методической, простой и популярной форме и будет вознагражден, если эти эксперименты пробудят дремлющий талант у кого-либо из подрастающего поколения и постепенно приведут их от легкого чтения настоящей «Книги для мальчиков» к изучению полных и совершенных философских трудов Леопольда Гмелина, Фарадея, Бранде, Грэма, Тернера и Фаунса.

У каждого мальчика должно быть какое-нибудь «хобби»; и хотя игры, и в большом количестве, должны быть его ежедневным правом во время каникул, он не должен забывать, что занятия какой-либо отраслью полезных искусств и наук доставят ему восхитительный и прибыльный отдых, когда он пресытится простой игрой, или будет заперт в доме из-за плохой погоды, или будет томиться от скуки долгим зимним вечером.

Автор с удовольствием вспоминает те полувыходные, которые он посвящал химии вместе с другими ребятами из Королевского колледжа, и, несмотря на ужасные денежные потери на реторты, бутыли и банки, все, кто посещал эти юношеские философские собрания и помогал в них, получали самое восхитительное развлечение.

Один умный автор хорошо заметил, что пчелы — геометры. Ячейки построены так, чтобы при наименьшем количестве материала иметь наибольший объем и наименьшие промежутки. Крот — метеоролог. Птица, называемая сорокопутом, — арифметик, как и ворона, дикая индейка и некоторые другие птицы. Торпеда, скат и электрический угорь — электрики. Наутилус — мореплаватель. Он поднимает и опускает свои паруса, бросает и поднимает якорь и совершает морские подвиги. Целые стаи птиц — музыканты. Бобр — архитектор, строитель и лесоруб. Он валит деревья и возводит дома и плотины. Сурок — инженер-строитель. Он не только строит дома, но и сооружает акведуки и дренажные канавы, чтобы держать их сухими. Муравей содержит регулярную постоянную армию. Осы — бумажные фабриканты. Гусеницы — прядильщики шелка. Белка — паромщик. С щепкой или куском коры вместо лодки и своим хвостом вместо паруса она пересекает ручей. Собаки, волки, шакалы и многие другие — охотники. Черный медведь и цапля — рыбаки. Муравьи — поденщики. Обезьяна — канатоходец. Неужели же после этого будет сказано, что любой мальчик, обладающий божественными атрибутами Разума и Мысли со свободой воли, может только есть, пить, спать и играть, и поэтому ниже по шкале полезности, чем эти бедные птицы, звери, рыбы и насекомые? Нет! Нет! Пусть «Молодая Англия» наслаждается своими мужскими видами спорта и развлечениями, но пусть не забывает о ментальной гонке, которую он должен вести с образованными людьми своей и других наций; пусть он питает стремление к приобретению «научных знаний» не как простого школьного урока, а как сокровища, полезного союзника, который однажды может помочь ему в большей или меньшей степени сражаться в «Битве Жизни».

НАСТОЛЬНАЯ

КНИГА ЮНОГО ЕСТЕСТВОИСПЫТАТЕЛЯ.

ГЛАВА I.

СВОЙСТВА МАТЕРИИ — НЕПРОНИЦАЕМОСТЬ.

В нынешнем состоянии наших знаний общепризнано, что мы не можем должным образом начать даже популярные дискуссии об астрономии, механике и химии, или о невесомых жидкостях — тепле, свете, электричестве и магнетизме — без определения общего термина «материя»; это выражение, применяемое философами к любому виду субстанции, способной занимать пространство, а следовательно, ко всему, что можно увидеть и почувствовать.

Солнце, Луна, Земля и другие планеты, горные породы, почвы, металлы, стекло, шерсть, масла, вода, спирт, воздух, пар и множество других вещей, как больших, так и малых, все твердые тела, жидкости и газы включены в собирательный термин «материя». Столь многочисленная и разнообразная совокупность тел обязательно должна обладать определенными качествами, особенностями или свойствами; и поэтому мы в первую очередь переходим к рассмотрению «общих сил или свойств материи». Так, если мы поместим брусок дерева или камня в какое-либо положение, мы не сможем взять другое вещество и поместить его в пространство, занятое деревом или камнем, пока последнее не будет удалено. Это одно из первых и самых простых свойств материи, называемое непроницаемостью, являющееся свойством, присущим всем твердым, жидким и газообразным телам, заполнять пространство, исключая другие, пока они не будут удалены, и оно допускает множество забавных иллюстраций, как в отношении доказательства, так и в отношении модификации этого свойства.

Таким образом, брусок дерева занимает определенное пространство: как же (если оно непроницаемо) мы можем забить в него гвоздь? Несколько экспериментов позволят нам ответить на этот вопрос.

В стакан (как показано на рис. 1), наполненный винным спиртом, можно (если эксперимент проводится осторожно) протолкнуть количество хлопковой ваты, многократно превышающее объем спирта, не вызвав при этом переливания ни капли через края сосуда.

Fig. 1. Fig. 1.

Здесь мы, по-видимому, имеем прямое противоречие простой и неоспоримой истине, что «две вещи не могут занимать одно и то же пространство одновременно». Но давайте продолжим наши эксперименты:

У нас есть колба, полная воды, и, взяв немного мелко измельченного сахара, легко ввести значительное количество этого вещества, не увеличивая объем воды; единственная необходимая предосторожность — не позволять сахару падать в колбу массой, а сыпать его крупинка за крупинкой, очень медленно, давая время пузырькам воздуха (которые будут цепляться за частицы сахара) выйти, а сахару — раствориться. Материя в приведенных экспериментах кажется проницаемой, и свойство непроницаемости, по-видимому, является лишь плодом воображения: однако разум позволяет нам сказать, что это не так.

Fig. 2. Fig. 2.

Гвоздь, конечно, можно забить в дерево, но частицы раздвигаются, чтобы позволить ему войти. Хлопковую вату можно поместить в винный спирт, потому что это просто сильно растянутая и объемная материя, которая, если ее сжать, могла бы занять лишь пространство ядра ореха, и если бы это было опущено в полупинтовую мерку, полную спирта, увеличение объема не вызвало бы переливания спирта через край. Таким образом, эксперимент с хлопковой ватой не является опровержением непроницаемости. Эксперимент с сахаром является самым неприятным противником нашего термина и вынуждает нас исправить и уточнить исходное определение, сказав, что непроницаемы только конечные или мельчайшие частицы или атомы тел; и мы можем полагать, что они не находятся в тесном контакте друг с другом, поскольку определенные объемы сахара и воды занимают больше места по отдельности, чем при смешивании.

Fig. 3. Fig. 3.

Если мы сравним колбу с водой с колбой, полной мраморных шариков, а сахар — с семенами рапса, станет очевидно, что мы можем почти влить еще одну колбу последних между шариками, потому что они не находятся в тесном контакте друг с другом, а имеют промежутки между собой; и после того, как мы всыплем семена рапса, мы все еще можем найти место для мелкого песка.

Частицы одного тела могут таким образом входить в промежутки, оставленные между частицами другого, не увеличивая его объем; и поэтому, как было сказано ранее, «только атомы тел по-настоящему непроницаемы».

Это распространение, так сказать, материи через материю приобретает очень важную функцию, когда мы переходим к изучению состава воздуха, которым дышим, который в основном является механической смесью газов: семьдесят девять частей по объему или мере газообразного азота, двадцать одна часть газообразного кислорода и четыре части паров углекислого газа на каждые десять тысяч частей воздуха, имеющие следующие соотношения по весу:

| Specific gravity.
Nitrogen | 972
Oxygen | 1105
Carbonic acid | 1524

Можно было бы ожидать, что эти газы расположатся в нашей атмосфере в указанном выше порядке, и если бы это было так, то у нас был бы углекислый газ (очень ядовитый) внизу, соприкасающийся с землей, затем кислород и, наконец, азот; положение вещей, при котором организованная жизнь не могла бы существовать. Однако газы не разделяются: напротив, они, по-видимому, действуют как бы как вакуумы по отношению друг к другу, и «диффузия газов» стала признанным фактом, управляемым твердыми законами. Этот факт любопытно иллюстрируется, как показано на нашем рисунке, наполнением одной бутылки углекислым газом, а другой — водородом; и, предварительно подогнав пробки к бутылкам, просверлив их так, чтобы вставить трубку, поместите бутылку с углекислым газом на стол, затем возьмите другую, полную водорода, держа горлышком вниз, и вставьте пробку с трубкой: поместите ее, наконец, в пробку бутылки с углекислым газом, которая может быть немного больше другой, чтобы конструкция стояла прочнее; и после того, как они постоят час или около того, углекислый газ, который в двадцать два раза тяжелее водорода, поднимется к последнему, в то время как водород опустится к углекислому газу. Присутствие углекислого газа в бутылке с водородом легко доказывается вливанием винного бокала прозрачной известковой воды, которая быстро становится мутной из-за образования карбоната кальция; в то время как доказательство присутствия водорода в углекислом газе устанавливается поглощением последнего небольшим количеством известкового крема — т.е. гашеной известью, смешанной с водой до консистенции крема — и поджиганием оставшегося водорода, который горит спокойно желтоватым пламенем, если не смешан с воздухом; но если в бутылку допустить воздух, смесь воздуха и водорода воспламеняется быстро и с некоторым шумом.

Fig. 4. Fig. 4.

Один из самых изящных способов демонстрации диффузии газов — взять большой круглый сухой пористый элемент, такой, какой использовался бы в гальванической батарее, и, приклеив латунный колпачок с прикрепленной к его открытому концу стеклянной трубкой, его можно затем поддержать небольшим штативом из железной проволоки, а конец стеклянной трубки поместить в стакан, содержащий небольшое количество воды, окрашенной в синий цвет сульфатом индиго. Если теперь над пористым элементом поместить довольно большую банку, содержащую водород, пузырьки газа вырываются на конце трубки, потому что водород диффундирует в пористый элемент быстрее, чем воздух, который он уже содержит, выходит наружу. Когда банку убирают, происходит обратное: водород диффундирует из пористого элемента, и синяя жидкость поднимается в трубке.

Эта диффузионная сила предотвращает накопление различных вредных газов на земле и быстро распространяет их через огромную массу атмосферы, окружающей земной шар.

Fig. 5. Fig. 5.

a. Пористая перегородка. b. Банка с водородом. c. Латунный колпачок и стеклянная трубка d, конец которой погружен в стакан, содержащий раствор индиго e. f f. Проволока и подставка, поддерживающие пористую перегородку и трубку в стакане.

Хотя воздух и другие газы невидимы, они обладают свойством непроницаемости, что легко доказывается различными экспериментами. Открыв пару обычных мехов, надежно заткните сопло, и тогда их невозможно будет закрыть; или наполните мочевой пузырь воздухом, дуя в него, и крепко завяжите веревкой вокруг горловины; тогда вы обнаружите, что не можете, не разорвав пузырь, сжать его стороны вместе.

Принято говорить, что сосуд пуст, когда мы вылили из него воду. Подготовив два стеклянных сосуда, полных воды, поместите каждый из них в пустой белый поддон, чтобы собрать перелив, затем положите апельсин на поверхность воды одного из них, и, вооружившись цилиндрическим стаканом, открытым с одного конца, с отверстием в центре закрытого конца, плотно прижмите палец к отверстию и попытайтесь, перевернув стакан над апельсином и надавив на поверхность воды, заставить его войти внутрь стеклянного цилиндра; сопротивление воздуха теперь заставит воду перелиться в белый поддон, в то время как апельсин не войдет. Теперь апельсин можно перенести в другой сосуд с водой, и при снятии пальца с отверстия цилиндрического стакана и переворачивании его, как и прежде, над апельсином, воздух вырвется наружу, а апельсин и вода войдут, при этом не будет перелива, как в предыдущем эксперименте. Сравнение этих двух случаев очень поразительно и сразу же преподает желаемый урок.

На рис. 6 показано переливание воды, когда стакан с закрытым отверстием вдавливается вниз, доказывая непроницаемость воздуха. |  | Рис. 7. Апельсин вошел в стеклянный сосуд, и так как воздух вышел через отверстие, вода не переливается.

Пока сосуды с водой все еще используются, можно провести еще один красивый эксперимент с металлом калием. Сначала бросьте небольшой кусочек металла на поверхность воды, чтобы показать, что он загорается при контакте с этой жидкостью; затем, подготовив газовую банку, снабженную колпачком и запорным краном, и небольшую ложечку, привинченную к нижней части крана внутри газовой банки, поместите еще один кусочек калия в маленькую ложечку и, закрыв кран, опустите банку в один из сосудов с водой: как и прежде, непроницаемость воздуха препятствует протеканию воды к калию; но при открытии крана воздух выходит, вода устремляется вверх, и, как только она касается калия, происходит горение.

Рис. 8. Газовая банка с закрытым краном и калием в ложке; воздух препятствует проникновению воды. |  | Рис. 9. Газовая банка; кран открыт; воздух проходит, вода входит, и калий воспламеняется.

Достаточно указав на природу и значение непроницаемости, мы можем перейти к экспериментальному обсуждению трех других заметных и особых качеств материи — а именно: инерции, гравитации и веса.

ИНЕРЦИЯ, ИЛИ ПАССИВНОСТЬ.

Инерция — это сила, которая (согласно сэру Исааку Ньютону) заложена во всей материи для сопротивления любому изменению состояния покоя. Ее иногда называют vis inertiæ, и это свойство, присущее всей материи, оставаться в покое до тех пор, пока она не будет приведена в движение, и наоборот; и она выражает, вкратце, сопротивление движению или покою.

Маятниковые часы, заведенные и готовые к работе, не начинают своих движений, пока инерция маятника не будет преодолена и ему не будет придано движение. С другой стороны, сидя в экипаже, если какое-либо препятствие заставит лошадь внезапно остановиться, только, возможно, с сильным усилием, если вообще удастся, мы сможем противостоять движению наших тел вперед. Чтобы проиллюстрировать инерцию, сконструируйте металлический поднос длиной около трех футов, шириной два фута и глубиной два дюйма со стеклянным дном и установите его на каркас, поддерживаемый ножками, как стол, и, наполнив его водой, затемните комнату, а затем поместите под резервуар зажженную свечу на достаточном расстоянии от стекла, чтобы предотвратить его растрескивание от тепла. Если кусок ситца или бумаги, натянутый на каркас, теперь держать над водой под углом около тридцати градусов, все, что происходит на поверхности воды, станет видимым на таком экране. Теперь можно обратить внимание на спокойствие, или инерцию воды, в то время как противоположное состояние движения и образования волн может быть прекрасно показано прикосновением пальца к поверхности воды; миниатюрные волны отображаются на экране и продолжают свое движение, пока не остановятся, ударившись о стороны жестяного подноса.

Fig. 10. Fig. 10.

Жестяной поднос со стеклянным дном, полный воды; свеча помещена снизу.

Fig. 11. Fig. 11.

Рис. 11. Тот же поднос с ситцевым экраном; показывает волны, возникающие при прикосновении пальца к поверхности воды.

Если вышеуказанный эксперимент покажется слишком хлопотным или дорогим в подготовке, инерцию можно продемонстрировать, наполнив чайную чашку или другой удобный сосуд водой, и после быстрого движения с ним в любом направлении, если мы внезапно остановимся, жесткость всех частей чашки, которую мы держим, одновременно приводит их в состояние покоя; но подвижность частиц жидкости позволяет им продолжать движение в своем первоначальном направлении, и жидкость проливается. Таким образом, неосторожность при подаче и проливании чашки чая (хотя это и не рекомендуется) служит иллюстрацией важного принципа. Инерция тел в движении далее и прискорбно иллюстрируется несчастными случаями, вызванными внезапной остановкой железнодорожного поезда во время быстрого движения, когда головы и колени приходят в соприкосновение с ужасными результатами. — Это более особенно демонстрируется Землей, Луной и другими планетами, продолжающими свое движение вечно в отсутствие какого-либо трения или сопротивления, противодействующего их дальнейшему прогрессу. Именно трение, возникающее из-за неровности земли, сопротивление воздуха и сила притяжения Земли останавливают тела, приведенные в движение вокруг поверхности Земли.

ГРАВИТАЦИЯ.

Инерция представляет собой пассивную силу, гравитация — активное состояние материи; и последнее можно поистине назвать силой притяжения, потому что она действует между массами на ощутимых или неощутимых расстояниях: она иллюстрируется камнем, который, будучи не поддержанным, падает на землю; камнем, давящим с силой на землю и требующим усилия, чтобы поднять его с земли: действительно, обычно сообщается, что именно благодаря случайности — «яблоку, упавшему с дерева» — великий Ньютон был приведен к размышлениям о всеобщем законе гравитации и к тому, чтобы провозгласить его следующими памятными словами:

«Каждая частица материи во Вселенной притягивает каждую другую частицу материи с силой или мощью, прямо пропорциональной количеству материи в каждой и убывающей как квадраты расстояний, разделяющих частицы».

Эти слова могут показаться очень непонятными нашим юным читателям; но при правильном разборе и изучении они четко определяют свойство гравитации. Например, «каждая частица притягивает каждую другую с силой, пропорциональной количеству материи в каждой». Это утверждение было проверено несколько лет назад Маскелайном, который, разыскав и обнаружив крутую, отвесную скалу в горах Шихаллион в Шотландии, подвесил к ней металлический груз на шнуре и, отойдя на удобное расстояние с телескопом и наблюдая за грузом, обнаружил, что он не висит перпендикулярно, как обычный отвес, а притягивается или отклоняется к сторонам скалы какой-то силой притяжения, которая, конечно, не могла быть ничем иным, как той, что указана Ньютоном как сила гравитации.

Fig. 12. Fig. 12.

Скалы Шихаллион. Пунктирная линия и груз a представляют обычное положение отвеса, в то время как линия груза b указывает (конечно, с некоторым преувеличением) силу притяжения массы скалы, отклоняющую его от перпендикуляра.

Эта поистине удивительная сила притяжения пронизывает все массы; и будучи, как было сказано ранее, пропорциональной количеству материи, если бы человека можно было перенести на поверхность Солнца, он стал бы примерно в тридцать раз тяжелее: он притягивался бы или отклонялся к Солнцу с силой гравитации в тридцать раз большей, чем на поверхности Земли, и весил бы около двух тонн. Конечно, нянчить ребенка на поверхности Солнца было бы очень серьезным делом при нашей обычной силе; в то время как на некоторых меньших планетах, таких как Церера и Паллада, мы, вероятно, притягивались бы с силой всего в несколько фунтов, и при той же мышечной силе, которой обладаем сейчас, мы вполне могли бы подражать подвигам тех домашних маленьких существ, которых иногда называют «трудолюбивыми блохами», и наши прыжки были бы чем-то чудесным.

Нет очень хорошего эксперимента для лекционного стола, который проиллюстрировал бы гравитацию, хотя можно обратить внимание на тот факт, что кусочек калия, брошенный на поверхность воды в тарелке, обычно устремляется к краям и, как будто притягиваясь, с большой силой прикрепляется к веществу гончарного изделия или фарфора; или, если позволить модели корабля или куску дерева плавать в покое в большом резервуаре с водой, а затем бросить туда несколько легких щепок дерева или кусочков соломы, они обычно собираются и остаются вокруг более крупной плавающей массы.

Очень хорошее представление, однако, можно получить о всеобщем действии гравитации, поддерживающей все вещи в их естественном положении на Земле, взяв обруч и расположив в нем и на нем шары, или модель корабля, или другую игрушку, и проволоки, как показано на нашей диаграмме.

Fig. 13. Fig. 13.

a. Центральный шар, представляющий центр тяжести Земли. w w w w. Четыре проволоки, закрепленные в центральном шаре и проходящие через обруч и закрепленные в нем, выступающие примерно на один фут от окружности. b b b b. Два шара — модель корабля и игрушка — работающие на проволоках как бусины, с вулканизированными ремешками из индийской резины, прикрепленными к ним и к окружности обруча.

С помощью этого простого прибора мы можем проиллюстрировать движение тел вверх, вниз и в сторону от Земли, а также противодействие силой гравитации любой тенденции материи упасть с земного шара, что представлено в модели пружинами из индийской резины, притягивающими шары и игрушки обратно к окружности обруча.

Сила гравитации убывает (цитируя остальную часть определения Ньютона) как квадраты расстояний, разделяющих частицы — т.е. она подчиняется принципу, называемому «обратной пропорцией» — а именно: чем больше расстояние, тем меньше сила гравитации; чем меньше расстояние, тем больше сила гравитации. Гравитация подобна распределению света и других лучистых сил и может быть проиллюстрирована следующим образом.

Fig. 14. Fig. 14.

Поместите зажженную свечу, отмеченную a, на определенном расстоянии от № 1, доски размером в один квадратный фут; на двойном расстоянии последняя будет отбрасывать тень на другую доску, № 2, размером в четыре квадратных фута; на тройном — № 3, девять квадратных футов; на четверном — № 4, шестнадцать футов; и так далее.

Чтобы провести сравнение между распространением света и силой гравитации, нам нужно только представить свечу a как точку, где сила гравитации существует в высшей степени интенсивности; предположим, что это Солнце — великий центр этой силы в нашей планетной системе. Тело, как в № 1, на любом заданном расстоянии будет притягиваться (как железные опилки к магниту) с определенной силой; на двойном расстоянии, квадрат двух равен четырем, и по обратной пропорции притяжение будет в четыре раза меньше; на тройном расстоянии — в девять раз меньше; на четвертом расстоянии — в шестнадцать раз меньше; и так далее. С помощью этого закона мы можем грубо рассчитать глубину колодца, или обрыва, или колонны, установив время, затраченное на падение камня или другого тяжелого вещества. Падающее тело опускается примерно на 16 футов за одну секунду, 64 фута за две секунды, 144 фута за три секунды, 256 футов за четыре секунды, 400 футов за пять секунд, 576 футов за шесть секунд; пройденные расстояния относятся как квадраты времени.

Предположим, что камню требуется три секунды, чтобы упасть на поверхность воды в колодце, тогда 3 × 3 = 9 × 16 = 144 фута будет грубой оценкой глубины. Расчет превысит истину из-за того, что камень замедляется при падении сопротивлением воздуха.

Все тела притягиваются к Земле одинаково: например, если открытый ящик, скажем, один фут в длину, два дюйма в ширину и два дюйма в глубину, снабдить плотно пригнанным дном, прикрепленным на петле, то ряд веществ, таких как дерево, пробка, мрамор, железо, свинец, медь, можно расположить в ряд; и как только рука убирается, подвижная створка откидывается, и если манипуляция с освобождением люка выполнена хорошо, видно, что все вещества движутся к Земле по прямой линии, как показано на нашем рисунке.

Fig. 15. Fig. 15.

Fig. 16. Fig. 16.

Если тяжелое вещество, такое как золото, сильно растянуть путем ковки и отбивания в тонкие листы, а затем выпустить из руки, сопротивление воздуха становится очень заметным; и золотая монета и кусок сусального золота не достигли бы Земли одновременно, если бы им позволили упасть с любой заданной высоты. Этот факт легко демонстрируется с помощью длинного стеклянного цилиндрического сосуда, помещенного на воздушный насос, с подходящим прибором, устроенным с маленькими площадками для размещения различных веществ; на две из них можно поместить перо и золотую монету, а на третью — еще одну золотую монету и кусок сусального золота.

Fig. 17. Fig. 17.

При подготовке эксперимента следует соблюдать большую осторожность, чтобы маленькие площадки были все хорошо очищены и свободны от любого масла, жира или другого вещества, которое могло бы заставить перья или сусальное золото прилипнуть к площадкам, когда они освобождаются при повороте латунного стопора, работающего в кожаном воротнике. Иногда эти кожи смазываются маслом, и в этом случае, когда создается вакуум, масло под давлением выдавливается и, стекая вниз, может достичь площадок и испортить эксперимент, заставляя перья и сусальное золото прилипнуть к латуни, что вызывает большое разочарование, так как иллюстрация, обычно называемая «экспериментом с гинеей и пером в стекле», требует времени для подготовки. Воздушный насос будучи в исправном состоянии, длинное стекло сначала смазывается на нижнем ободке или крае, а затем прочно устанавливается на пластину воздушного насоса. Верхний край или ободок теперь можно смазать, а золотые монеты, перья и сусальное золото расположить в сбрасывающем устройстве; оно осторожно помещается на верхнюю часть стекла и плотно прижимается. Автор всегда находил, что сальная свеча, завернутая в лист бумаги (так, чтобы около половины свечи оставалось открытой), — лучший жир для смазывания стекла для экспериментов с воздушным насосом; если погода холодная, свечу можно поместить на несколько минут перед обычным огнем, чтобы смягчить сало. Помада подходит вполне хорошо, когда поверхности стекла и латуни все хорошо отшлифованы; но поскольку воздушные насосы и стекла от использования царапаются и трутся, сало, по-видимому, лучше заполняет все обычные каналы, через которые воздух может проникнуть, чтобы испортить вакуум.

Fig. 18. Fig. 18.

Прибор теперь настроен, воздух откачивается; и здесь снова нужно соблюдать осторожность, чтобы не стряхнуть золото с площадок. Когда получен надлежащий вакуум, что будет показано манометром насоса, стопор убирается с одной из площадок, и золото с пером падают одновременно на пластину воздушного насоса. Теперь можно отсоединить другую площадку с сусальным золотом и монетой; обе четко показывают, что когда сопротивление воздуха устранено, все тела, называемые «легкими» или «тяжелыми», притягиваются к Земле одинаково. Затем, когда винт в нижней части цилиндров насоса открыт, можно обратить внимание на свистящий звук, который издает воздух при входе в вакуум, и когда воздух снова возвращается в длинный стеклянный сосуд, можно позволить упасть последней площадке; и теперь золотая монета достигает пластины насоса первой, а перо, отставая, проигрывает (как бы) гонку и касается пластины после золотой монеты; тем самым ясно демонстрируя сопротивление воздуха падающим телам.

Другой, и, возможно, менее хлопотный способ демонстрации того же факта — использовать длинную стеклянную трубку, закрытую с каждого конца приклеенными латунными колпачками. Один колпачок должен иметь максимально возможное отверстие, закрытое латунным винтом, а другой может подходить к небольшому ручному насосу.

Fig. 19. Fig. 19.

a b. Стеклянная трубка, содержащая кусок золота и перо, которые помещаются внутрь через большое отверстие a. c. Маленький ручной насос.

Если поместить кусок золота и маленькое перо в трубку, можно показать, что первое достигает дна трубки первым, пока она полна воздуха, а когда воздух удаляется с помощью насоса и трубку снова переворачивают, и золото, и перо падают за одно и то же время.

По этой причине все попытки измерить высоты или глубины путем наблюдения за временем, затраченным падающим телом на достижение Земли, должны быть неточными и могут быть лишь грубыми приближениями. Эксперимент, проведенный в соборе Святого Павла с камнем, которому позволили упасть с купола, показал время, затраченное на спуск, равным четырем с половиной секундам: теперь, если мы возведем это время в квадрат и умножим на 16, получится высота 324 фута; тогда как фактическая высота составляет всего 272 фута, и разница в 52 фута показывает, как камень замедлялся при прохождении через воздух; ибо, если бы не было препятствия, он достиг бы земли за 4-3/20 секунды.

Fig. 20. Fig. 20.

Сила гравитации далее демонстрируется действием Солнца и Луны, поднимающих воды океана и вызывающих приливы; а также тем, что Земля и Луна, и другие планеты и спутники удерживаются от вылета со своих естественных путей или орбит вокруг Солнца. Также очень ясно доказано, что в Земле должна существовать какая-то сила притяжения, иначе все подвижные вещи — вода, воздух, живые и мертвые материи — улетели бы с поверхности Земли в соответствии с тем, что называется «центробежной силой». Наша Земля совершает один оборот вокруг своей оси за двадцать четыре часа, которая является воображаемой линией, проведенной от полюса к полюсу и представленной проволокой, вокруг которой мы заставляем вращаться сферу. Все объекты, следовательно, на Земле движутся вместе с планетой с огромной скоростью; и это движение называется суточным, или ежедневным вращением Земли. Теперь, следует помнить, что грязь или другое жидкое вещество разлетается и не удерживается окружностью вращающегося колеса: когда вращают швабру или когда собака или овца после дождя отряхиваются, вода отбрасывается тем, что называется центробежной силой (centrum — центр, fugio — убегать от).

ГЛАВА II.

ЦЕНТРОБЕЖНАЯ СИЛА.

Та сила, которая отталкивает вращающееся тело от центра, может быть проиллюстрирована быстрым вращением закрытого зонтика или парасоля вокруг своего центра, где палка является осью — спицы разлетаются, и если в деталях много трения, иллюстрация становится более достоверной при прикреплении пули к концу каждой спицы, как показано на нашем рисунке.

Fig. 21. Fig. 21.

Тот же факт можно проиллюстрировать квадратным стержнем из красного дерева, скажем, один дюйм в квадрате и три фута длиной, с двумя створками длиной восемнадцать дюймов, висящими на петлях и параллельными сторонам центрального стержня, которые немедленно разлетаются при вращении длинной центральной части.

Fig. 22. Fig. 22.

Игрушка, называемая центробежной железной дорогой, также является очень красивой иллюстрацией того же факта. Стакан воды или монета могут быть помещены в маленькую каретку, и хотя она должна дважды висеть перпендикулярно на линии с Землей, каретка не падает со своего назначенного пути, и центробежная сила прочно прижимает ее к внутренней стороне круга, вокруг которого она вращается.

Fig. 22. Fig. 23.

Другая поразительная и очень простая иллюстрация — подвесить полусферическую чашку на трех шнурах и, скрутив их, вращая чашку, наполнить ее водой, и как только рука убирается, кручение шнура заставляет чашку вращаться, и вода описывает круг на полу, вылетая по касательной из чашки, как можно заметить на прилагаемом рисунке.

Fig. 23. Fig. 24.

Обруч при качении упал бы на бок, если бы сила гравитации не преодолевалась центробежной силой, которая придает ему движение в направлении касательной (tango — касаться) к кругу. Тот же принцип применяется к вращающемуся волчку — эту игрушку невозможно заставить стоять на острие, пока она не приведена в быстрое движение.

Возвращаясь снова к теме гравитации, мы можем теперь рассмотреть ее в отношении других и более великолепных примеров, которые мы обнаруживаем, изучая науку астрономию.

ГЛАВА III.

НАУКА АСТРОНОМИЯ.

В труде такого рода, специально посвященном очень краткому и популярному обзору различных научных предметов, нельзя много сказать о какой-либо специальной отрасли науки; поэтому будет лучше взять один предмет в астрономии и, обсудив его простым образом, наши юные друзья могут быть стимулированы узнать больше о тех славных истинах, которые можно найти в опубликованных трудах многих выдающихся астрономов, и особенно в труде мистера Хайнда под названием «Иллюстрированная лондонская астрономия». Одним из самых интересных предметов является явление солнечного затмения; и поскольку 1858 год, вероятно, надолго запомнится своим «кольцеобразным затмением», мы посвятим несколько страниц и иллюстраций этому предмету.

Затмения Солнца бывают трех видов — частные, кольцеобразные и полные. Многие люди, вероятно, видели большие частные затмения Солнца и, возможно, предполагают, что полное затмение — это просто усиленная форма частного; но астрономы утверждают, что никакая степень частного затмения, даже когда видна самая малая часть Солнца, не дает ни малейшего представления о полном, ни по торжественности и подавляющему влиянию зрелища, ни по любопытным явлениям, которые его сопровождают.

Покойный мистер Бейли сказал о затмении (обычно называемом затмением Фалеса), которое вызвало приостановку битвы между лидийцами и мидянами, что только полное затмение могло произвести приписываемый ему эффект. Даже образованные астрономы, наблюдая невооруженным глазом Солнце, почти закрытое Луной во время кольцеобразного затмения, не могли сказать, что какая-либо часть Солнца скрыта, и это было замечательно подтверждено во время кольцеобразного затмения 15 марта этого года.

Во время продолжения полного солнечного затмения нам позволен беглый взгляд на некоторые из тех тайн Природы, которые не открываются в другое время — славу, которая приводит в трепетное изумление даже ветеранов-исследователей небес и их звездных миров.

Общее значение затмения можно очень хорошо показать, зажегши обычный масляный или оксиводородный фонарь в затемненной комнате и направив лучи, исходящие из него, на трехфутовый глобус. Фонарь можно назвать Солнцем, и, конечно, понятно, что правильные сравнительные размеры не предпринимаются в этой конструкции; если бы это было так, глобус, представляющий Землю, должен был бы быть просто пятнышком, ибо если мы сделаем модель Солнца пропорционально трехфутовому глобусу, ни один обычный лекционный зал не вместил бы ее. После этого вступления внимание направляется на фонарь, который, подобно Солнцу, самосветящийся и излучает свои собственные лучи; они падают на глобус, который мы обозначили как Землю, и освещают одну половину, в то время как другая окутана тьмой, напоминая нам о непрозрачности Земли и обучая в знакомой манере причинам дня и ночи. Другой глобус, скажем, шесть дюймов в диаметре, поддерживаемый нитью, можно сравнить с Луной, и, подобно Земле, он теперь светится и сияет только заимствованным светом: Луна — просто отражатель света; подобно листу белого картона или металлическому зеркалу. Поэтому, когда маленький глобус проходит между фонарем и большим глобусом, на большой глобус отбрасывается тень: также видно, что освещена только половина маленького глобуса, обращенная к фонарю, в то время как другая половина, противоположная большому глобусу, находится в тени или тьме. И здесь мы понимаем, почему Луна кажется черной, проходя перед Солнцем; так же, перемещая маленький глобус по различным кривым, показывается, почему затмения видны только в определенных частях поверхности Земли; и так как потребовалось бы (грубо говоря) пятьдесят глобусов размером с Луну, чтобы составить один, равный по размеру нашей Земле, тень, которую она отбрасывает, должна обязательно быть маленькой и не может затмить все полушарие Земли, обращенное к ней. Затмение Солнца, следовательно, вызвано непрозрачной массой Луны, проходящей между Солнцем и Землей. В то время как затмение Луны вызвано движением Земли прямо между Солнцем и Луной: большая тень, отбрасываемая Землей, делает полное затмение Луны видимым для большего числа зрителей на той половине Земли, которая обращена к Луне. Все эти факты могут быть четко продемонстрированы с помощью уже описанной конструкции, которую мы даем в следующей иллюстрации:

Fig. 25. Fig. 25.

При использовании этого прибора следует объяснить, что если бы Луна была такой же большой, как Солнце, тень была бы цилиндрической, как на рисунке 1, и неограниченной длины. Если бы она была большего размера, она точно напоминала бы тень, отбрасываемую в эксперименте, уже приведенном с фонарем и показанном на № 2. Но будучи намного меньше Солнца, Луна отбрасывает тень, которая сходится в точку, как показано на третьей диаграмме.

Fig. 26. Fig. 26.

Fig. 27. Fig. 27.

Fig. 28. Fig. 28.

Чтобы понять разницу между кольцеобразным и полным затмением Солнца, необходимо упомянуть видимые размеры Солнца и Луны: так, первое — очень большое тело, а именно: восемьсот восемьдесят семь тысяч миль в диаметре; но ведь Солнце находится очень далеко от Земли и удалено от нас на девяносто миллионов миль; поэтому оно не кажется очень большим: действительно, Солнце кажется примерно того же размера, что и Луна; ибо, хотя диаметр Солнца (грубо говоря) в четыреста раз больше диаметра Луны, оно в четыреста раз дальше от нас, и, следовательно, Солнце и Луна кажутся одного размера, и когда они встают на одну прямую линию с глазом, более близкое и меньшее тело, Луна, покрывает большую и более удаленную массу, Солнце; и, следовательно, мы имеем либо кольцеобразное, либо полное затмение, показывающее, как маленькое тело может встать между глазом и большим телом и либо частично, либо полностью затмить его.

Что касается кольцеобразного затмения, необходимо помнить, что пути всех тел, вращающихся вокруг других, эллиптические; т.е. они происходят в форме эллипса, который является фигурой, легко демонстрируемой; и, по сути, является одним из конических сечений.

Если отрезать от конуса срез, параллельный основанию, мы получим круг, вот так —

Fig. 29. Fig. 29.

Если его разрезать косо, или под наклоном, мы сразу увидим упомянутую фигуру и получим эллипс, как показано на этом рисунке.

Fig. 30. Fig. 30.

Теперь эллипс имеет две точки внутри себя, называемые «фокусами», и их легко обозначить, нарисовав эллипс на диаграммной доске, в которой два гвоздя были помещены на прямой линии и на расстоянии около двенадцати дюймов друг от друга. Связав шнур так, чтобы сделать петлю, или бесконечный шнур, можно сначала нарисовать круг, надев шнур на один из гвоздей и держа кусок мела в петле шнура, его можно вытянуть на полное расстояние и описать круг; здесь фигура создается вокруг одной точки, и чтобы показать разницу между кругом и эллипсом, бесконечный шнур теперь помещается на два гвоздя, и мел, проводимый внутри шнура, больше не создает круг, а ту знакомую форму, называемую овалом. Как сказал бы садовник, овал был начерчен; и две точки, вокруг которых он был описан, называются фокусами. Это объяснение позволяет нам понять следующую диаграмму, показывающую движение Земли вокруг Солнца; последнее помещено в один из фокусов очень умеренного эллипса, а различные точки орбиты Земли обозначены маленькими круглыми глобусами, отмеченными a, b, c, d, где очевидно, что Земля ближе к Солнцу в точке b, чем в точке d. На этой диаграмме эллипс преувеличен, так как он должен, по сути, быть очень близким к кругу.

Fig. 31. Fig. 31. | Fig. 32. Fig. 32.

Зимой мы находимся примерно на три миллиона миль ближе к Солнцу, чем летом; однако из-за более косого или наклонного направления солнечных лучей в зимний период мы не получаем большего тепла от этого сближения. Таким образом, размер Солнца кажется переменным, но эта кажущаяся разница настолько ничтожна, что не имеет значения для нашего обсуждения. И здесь мы можем задаться вопросом: почему Земля движется вокруг Солнца? Потому что она приводится в движение двумя силами, одна из которых уже была подробно объяснена и называется центробежной силой, а другая, хотя и именуется центростремительной, является лишь иным названием «силы тяготения».

Fig. 33. Fig. 33.

Чтобы показать их взаимную связь, предположим, что при сотворении Вселенной Земля, обозначенная буквой a, была брошена рукой своего Творца; согласно закону инерции, она продолжала бы двигаться по прямой линии a c вечно сквозь пространство, если бы не встречала никакого сопротивления или препятствия. Предположим теперь, что Земля достигла точки b и попала в сферу притяжения Солнца s; здесь мы сразу же имеем противоборствующие силы, действующие под прямым углом друг к другу: либо Земля должна продолжать движение в своем первоначальном направлении a c, либо постепенно падать на Солнце. Но заметьте красоту и гармонию этого устройства: подобно бильярдному шару, по которому ударили с равной силой в двух точках под прямым углом друг к другу, она выбирает среднее направление между ними, или то, что называется диагональю параллелограмма (как показано на нашем рисунке бильярдного стола), и движется по кривой линии b d; достигнув d, она снова готова устремиться по касательной; центробежная сила унесла бы ее в точку e, но сила тяготения вновь берет верх над центростремительной, и Земля продолжает свой эллиптический путь, или орбиту, до тех пор, пока Всемогущий Творец, повелевший ей двигаться, не соизволит отменить это повеление.

Fig. 34. Fig. 34.

Fig. 35. Fig. 35.

Взаимную связь центростремительной и центробежной сил можно проиллюстрировать, подвесив жестяной цилиндрический сосуд на двух веревках; если наполнить его водой, сосуд можно вращать, не пролив ни капли. Разумеется, движение следует начинать осторожно, заставив его раскачиваться, подобно маятнику.

Fig. 36. Fig. 36.

Шнур, удерживающий сосуд у пальца, можно сравнить с центростремительной силой, в то время как центробежная сила иллюстрируется водой, которая давит на стенки и остается в сосуде. По тем же принципам Луна вращается вокруг Земли, но ее орбита более эллиптична, чем орбита Земли вокруг Солнца; и из нашей диаграммы очевидно, что в точке a Луна находится гораздо дальше от Земли, чем в точке b. Как следствие, Луна иногда кажется немного больше, а иногда меньше Солнца; видимый средний диаметр последнего составляет тридцать две минуты, тогда как видимый диаметр Луны варьируется от двадцати девяти с половиной до тридцати трех с половиной минут. Если Луна проходит точно между нами и Солнцем в тот момент, когда она кажется наибольшей, происходит полное затмение; если же она проходит между Солнцем и нами, когда она наименьшая — то есть когда она находится дальше всего от Земли, — то ее размера недостаточно, чтобы полностью закрыть Солнце, и вокруг нее остается видимым кольцо солнечного света; это явление называется кольцеобразным солнечным затмением. Этот факт можно эффективно продемонстрировать, поместив оксиводородный фонарь перед полотном или другой белой поверхностью и спроецировав на нее яркий круг света, который можно назвать Солнцем; затем, если пронести круглый деревянный диск между фонарем и полотном на определенном расстоянии от сопла фонаря, весь свет будет перекрыт, круг света исчезнет, и мы получим подобие полного затмения.

Fig. 37. Fig. 37.

Если отодвинуть деревянный диск дальше от фонаря и повторить эксперимент, можно обнаружить, что весь круг света не закрывается, а вокруг темного центра появляется кольцо света, что соответствует явлению, называемому кольцеобразным затмением.

Если поместить пулю очень близко к одному глазу, оставив другой закрытым, можно полностью закрыть от обзора большую мишень; но если отодвинуть пулю на большее расстояние от глаза, то будет закрыт только центр, а внешний край или кольцо мишени останутся видимыми.

Когда наступающий край, или первый лимб, как его называют, Луны приближается вплотную ко второму лимбу Солнца, они на некоторое время соединяются чередующимися черными и белыми точками, называемыми «четками Бейли».

Считается, что это явление вызвано отчасти неровным, гористым краем Луны, а отчасти тем неизбежным недостатком телескопов и нервной системы глаза, который имеет тенденцию увеличивать изображения светящихся объектов, создавая так называемую иррадиацию. Чрезвычайно интересно знать, что, хотя облака скрыли кольцеобразное затмение 1858 года во многих частях Англии, у нас остались записи наблюдений одного удачливого астронома, мистера Джона Йетса, который утверждает, что —

«Все явления кольцеобразного затмения были ясно и прекрасно видны на кургане замка Фотерингей, местоположение которого легко идентифицировать. Четки Бейли были совершенно отчетливо видны при завершении образования кольца, что, согласно моим наблюдениям, произошло примерно через семьдесят секунд после часа дня; это длилось около восьмидесяти секунд. "Четки", похожие на капли воды, появились на верхней и нижней сторонах Луны, занимая полные три четверти ее окружности.

До этого верхний край Луны казался темным и неровным, и других изменений цвета не наблюдалось. В 12:43 рога затмения на несколько мгновений приобрели очень черный вид.

Во время затмения не было ничего похожего на сильную тьму, и сумрака было меньше, чем во время грозы. Очевидцы предсказывали дождь, но это была тень быстро уходящего дня. В 12 часов дама, живущая на ферме, внезапно воскликнула: "Коровы возвращаются домой на дойку!", и они пришли, все, кроме одной; впрочем, та последовала за ними в течение часа. Петухи кукарекали, птицы летали низко или беспокойно порхали, но каждый объект вдали и вблизи был хорошо различим глазом.

Своеобразная широкая полоса света тянулась с севера на юг более четверти часа, примерно с 12:54 до 13:10.

Fig. 38. Fig. 38.

Fig. 39. Fig. 39.

Если кольцеобразное затмение Солнца является поводом для удивления, то полное затмение того же светила гораздо более поразительно; никакое другое выражение, кроме «пугающе величественное», не может дать представление об эффектах полной фазы и о внезапности, с которой она затмевает небесный свет. Говорят, что тьма опускается, словно мантия, и по мере приближения момента полного затмения лица людей становятся мертвенно-бледными, горизонт становится нечетким, а иногда и невидимым, и повсюду возникает общее ощущение ужаса. Это не просто выдумки активного человеческого воображения, ибо они производят равные, если не большие, эффекты на животных. М. Араго приводит пример полуголодной собаки, которая жадно пожирала пищу, но бросила ее в тот же миг, как наступила тьма. Рой муравьев, занятых работой, остановился, когда началась тьма, и оставался неподвижным до тех пор, пока свет не появился снова. Стадо волов собралось в круг и стояло неподвижно, рогами наружу, как будто для защиты от общего врага; некоторые растения, такие как вьюнок и шелковая акация, закрыли свои листья. Последнее утверждение было подтверждено во время кольцеобразного затмения 15 марта 1858 года мистером Э. С. Лейном, который утверждает, что крокусы в обсерватории в Бистоне раскрыли свои бутоны до затмения; они начали закрываться и были полностью закрыты примерно за минуту до наибольшей темноты; а цветы частично раскрылись примерно через двадцать минут после. «Полное затмение» Солнца во все века внушало человеческому разуму ужас и удивление: оно всегда считалось предвестником зла; и не только разум оказывается под сильным впечатлением, когда тьма постепенно закрывает лик Солнца, но в момент полной фазы становится видна великолепная корона, или ореол света, а протуберанцы, или пламя, как их часто называют, появляются в разных точках вокруг круга темной массы. Это сияние не вспыхивает внезапно перед глазами, а, начинаясь у первого лимба Солнца, быстро переходит от одного края к другому. Наша иллюстрация показывает «корону» и «розовые протуберанцы», природу которых мы постараемся объяснить далее. Профессор Эйри описывает переход от последнего узкого серпа света к полностью темной Луне, окруженной кольцом слабого света, как наиболее любопытный, поразительный и магический по эффекту. Процесс формирования короны был виден отчетливо. Она началась на стороне Луны, противоположной той, где исчезло Солнце, и в общем упадке и болезненности, которые, казалось, угнетали всю природу, Луна и корона выглядели почти как местная язва в той части неба, а в некоторых местах они казались двойными. Ее текстура казалась волокнистой или состоящей из переплетенных нитей; в других местах от нее исходили кисти или перья света, и по одной из оценок свет составлял около одной седьмой части света полной Луны. Вопрос о том, является ли корона концентрической по отношению к Солнцу и Луне, специально обсуждался М. Араго, и профессор Баден Пауэлл создал такие превосходные имитации «короны» путем оккультации, или скрытия, очень ярких точек непрозрачными телами, что ее нельзя считать материальной или реальной, хотя следует помнить, что лучшая теория зодиакального света представляет его как туманную массу, увеличивающуюся в плотности по направлению к Солнцу, и все же ни одна часть этой туманной массы не была видна во время полной фазы. Но, безусловно, самыми примечательными из всех явлений, связанных с «полным затмением», являются розовые протуберанцы, горы или пламя, выступающие от окружности Луны к внутреннему кольцу короны; и хотя они наблюдались Васериусом (шведским астрономом) в 1733 году, в 1842 году они застали современных астрономов врасплох, и те не были готовы с инструментами, чтобы установить природу этих странных и почти зловещих форм. Однако в 1851 году были предприняты большие приготовления, чтобы пролить больше света на этот предмет. Профессор Эйри отправился проводить свои наблюдения и говорит: «Внезапность тьмы в 1851 году показалась гораздо более поразительной, чем в 1842 году, а формы розовых гор были самыми любопытными. Одна напомнила ему бумеранг (то любопытное оружие, так искусно бросаемое аборигенами Австралии); об этой же фигуре другие говорили как о напоминающей турецкий ятаган, сильно окрашенный в розово-красный цвет по краям, но более бледный в центре. Другой формой был бледно-белый полукруг, основанный на лимбах Луны; третья фигура представляла собой красное отдельное облако, или воздушный шар, почти круглой формы, отделенный от Луны почти на свою собственную ширину; четвертая выглядела как маленький треугольник, или коническая красная гора, возможно, немного белая внутри»; и профессор продолжает: «Я занялся попыткой грубо зарисовать эти фигуры, и было невозможно, став свидетелем увеличения высоты одних, исчезновения других и появления новых форм, не почувствовать убежденность в том, что эти явления принадлежат Солнцу, а не Луне».

Тем не менее вопрос остается без ответа: что представляют собой эти «розовые протуберанцы»? Если они принадлежат Солнцу и являются горами на этом светиле, то они должны достигать тридцати или сорока тысяч миль в высоту.

М. Фэй официально выдвинул теорию о том, что они вызваны рефракцией, или своего рода миражем, или искажением объектов, вызванным нагретым воздухом. Это явление не является специфическим для какой-либо страны, хотя чаще всего наблюдается вблизи краев озер и рек, а также на жарких песчаных равнинах. М. Монж, сопровождавший Бонапарта в его экспедиции в Египет, стал свидетелем замечательного примера между Александрией и Каиром, где во всех направлениях появлялись зеленые острова, окруженные обширными озерами чистой прозрачной воды. М. Монж утверждает, что «Нельзя было представить ничего более прекрасного или живописного, чем этот пейзаж. В спокойной поверхности озера деревья и дома, которыми покрыты острова, сильно отражались с яркими и разнообразными оттенками, и группа поспешила вперед, чтобы насладиться освежением, которое, казалось, предлагалось им; но когда они прибыли, озеро, на груди которого плавали изображения, деревья, среди листвы которых они возникали, и люди, стоявшие на берегу, как будто приглашая их подойти, — все исчезло, и не осталось ничего, кроме однообразной и утомительной пустыни из песка и неба с несколькими голыми и оборванными арабами».

Если бы М. Монж и его спутники не были разуверены, лично добравшись до этого места, они все до единого были бы твердо убеждены, что эти призрачные деревья, озера и здания существуют на самом деле. Этот вид миража известен в Персии и Аравии под названием «сераба», или чудесной воды, а в западных районах Индии — под названием «шерам». Эта иллюзия является эффектом необычной рефракции, и М. Фэй пытается объяснить розовые горы чем-то подобным.

Однако справедливо будет упомянуть, что ученые астрономы не считают эту теорию сколько-нибудь ценной.

Лейтенант Паттерсон, один из наблюдателей затмения 1851 года, говорит, что «очень примечательно, что пламя или протуберанцы точно соответствуют (по крайней мере, насколько он мог судить) пятнам на поверхности Солнца». Принимая это утверждение вместе с утверждением М. Фэя, можно предположить, как новую идею и не более того, что эти протуберанцы — всего лишь воздушные изображения этих отверстий в атмосфере Солнца, или того, что называют «солнечными пятнами». В «Эдинбургском философском журнале» говорится, что, хотя недавно в Эдинбургской обсерватории было показано, что с помощью определенных оптических экспериментов можно получить красное пламя на лимбе Солнца точно того розового оттенка, который был описан, все же при взвешивании всех доказательств кажется, что существует большое преобладание в пользу того, что пламя затмения является реальными придатками Солнца, и в этом случае они должны быть массами столь огромного размера, что играют не последнюю роль в экономике этого грандиозного светила.

Во время последнего затмения было сильное разочарование тем, что тьма была столь незначительной, хотя, если учесть огромную светоизлучающую силу Солнца и знать, что оно не было полностью закрыто, мы вряд ли могли ожидать иного результата. Нет сомнений, что заметное изменение количества света можно наблюдать только во время полного солнечного затмения, одно из которых произошло 7 сентября 1858 года; но, к сожалению, оно было видно только в Южной Америке; поэтому мы должны довольствоваться описаниями тех астрономов, на которых можно полностью положиться. Из яркого рассказа профессора Пиацци Смита, королевского астронома Шотландии, о полном затмении, увиденном им на западном побережье Норвегии, мы можем составить некоторое представление о внушительном виде окружающей местности, когда она была затемнена во время этого редкого астрономического явления.

Профессор отмечает: «Чтобы лучше понять сцену, читатель должен представить себя на маленьком скалистом острове на гористом побережье, погода спокойная, а небо в начале затмения на семь десятых покрыто тонкими и яркими перисто-слоистыми облаками. По мере приближения затмения облака постепенно темнеют, солнечные лучи уже не могут проникать сквозь них насквозь и пропитывать их живым светом, как прежде, но они становятся темнее неба, на фоне которого их видно. Воздух становится заметно холоднее, облака еще темнее, а вся атмосфера — мрачнее.

С каждой минутой, по мере приближения полной фазы, холод и тьма наступают стремительно; и есть что-то особенно и ужасно убедительное в том, что два разных чувства так полностью совпадают в своих указаниях на то, что происходит беспрецедентный факт. Внезапно и, по-видимому, без всякого предупреждения (настолько неизмеримо большими были его эффекты, чем у всего остального, что происходило), наступает полная фаза, и тьма опускается. Затем появились зловещие огни и формы, как при гашении свечей. Это был самый поразительный момент всего явления, заставивший норвежских крестьян вокруг нас в панике бежать и прятаться, спасая свои жизни.

Тьма царила повсюду на небе и на земле, за исключением того места, где вдоль северо-восточного горизонта узкая полоска безоблачного неба представляла низкий горящий тон цвета, и где некоторые далекие покрытые снегом горы, находящиеся за пределами тени Луны, отражали слабый монохроматический свет частично затменного Солнца и демонстрировали все детали своей структуры, весь свет, тень и очертания своих крутых склонов с кажущейся сверхъестественной отчетливостью. Через некоторое время глаза, казалось, привыкли к темноте, и можно было различить смутные формы объектов поблизости, все они приобрели тускло-зеленый оттенок; казалось, они утратили свой естественный цвет и приняли этот конкретный лишь под воздействием красного цвета на севере.

Жизнь и оживление, казалось, действительно покинули все вокруг, и мы не могли не бояться, вопреки нашему разуму, что если такое состояние вещей продлится дольше, то с нами всеми может случиться какое-то ужасное бедствие; в то время как зловещий горизонт на севере казался настолько похожим на отблески уходящего света в некоторых из самых грандиозных картин Дэнби и Мартина, что мы не могли не поверить, несмотря на предполагаемые экстравагантности этих художников, что Природа открыла для постоянного созерцания их мысленного взора некоторые из тех великолепных откровений силы и славы, которые другие могут увидеть лишь мельком в подобных случаях».

Легко представить, что в таких своеобразных и ужасных обстоятельствах тщательное наблюдение за этими эффектами должно быть несколько затруднительным, и удивительно лишь то, что астрономические наблюдения вообще проводятся с какой-либо точностью.

Во время затмения 1842 года не только темпераментный француз был увлечен импульсом момента и должен был впоследствии оправдываться тем, что «он всего лишь человек», в качестве извинения за свою невыполненную часть наблюдений, но то же самое произошло с серьезным англичанином и более невозмутимым немцем. В 1851 году произошел почти такой же провал в наблюдениях; и когда кто-то спросил достойного американца, который приехал со своими инструментами с другого конца света специально для наблюдения затмения, чего ему удалось добиться, он лишь ответил с большим спокойным впечатлением: «Что если бы это нужно было наблюдать снова, он надеялся, что смог бы что-то сделать, но что в данном случае он не сделал ничего: это было слишком для него». Это не так плохо, как та модная дама, которую пригласили посмотреть на солнечное затмение через большой телескоп, но, прибыв слишком поздно, она поинтересовалась, «нельзя ли показать его снова».

С этим кратким взглядом на науку астрономию мы снова возвращаемся к термину «гравитация», который познакомит нас с некоторыми новыми и интересными фактами под заголовком того, что называется «центр тяжести».

ГЛАВА IV.

ЦЕНТР ТЯЖЕСТИ.

Та точка, вокруг которой все части тела в любом положении точно уравновешивают друг друга.

Открытие этого факта принадлежит Архимеду, и это точка в каждом твердом теле (какой бы формы оно ни было), в которой силы гравитации могут считаться объединенными. В нашем земном шаре, который является сферой, или, точнее, сплюснутым сфероидом, центром тяжести будет центр. Таким образом, если отвес подвешен на поверхности Земли, он указывает прямо на центр тяжести, и, следовательно, две линии отвеса, подвешенные рядом, не могут, строго говоря, быть параллельны друг другу.

Fig. 40. Fig. 40.

f. Центр. a b c d e. Линии отвеса, все указывающие на центр и, следовательно, расходящиеся друг от друга.

Если бы можно было пробурить или выкопать галерею через всю толщу Земли от полюса до полюса, а затем позволить камню или легендарному гробу Магомета упасть через нее, импульс — то есть сила движущегося тела — пронес бы его за центр тяжести. Однако эта сила, будучи исчерпанной, привела бы к обратному движению, и после многих колебаний он постепенно пришел бы в состояние покоя, а затем, не поддерживаемый ничем материальным, он был бы подвешен силой гравитации и теперь вошел бы в общую притягивающую силу; и, будучи одинаково притягиваемым со всех сторон, камень или гроб должен был бы быть полностью лишен веса.

Импульс красиво иллюстрируется серией наклонных плоскостей, вырезанных из красного дерева, с желобчатым каналом сверху, в подражание знаменитым русским ледяным горам: и если позволить мраморному шарику скатиться по первой наклонной плоскости, импульс пронесет его вверх по второй, с которой он снова спустится и пройдет вверх и вниз по третьей и последней миниатюрной горе.

Fig. 41. Fig. 41.

p p p. Наклонные плоскости, постепенно уменьшающиеся в высоту, вырезанные из дюймового красного дерева, с желобом сверху для обычного мраморного шарика. b b b. Различные положения шарика, который начинает движение из точки b a.

В сфере одинаковой плотности центр тяжести легко обнаружить, но не в неправильной массе; и здесь, возможно, объяснение терминов будет не совсем неуместным.

Масса — термин, применяемый к твердым телам, таким как масса свинца или камня.

Объем (bulk) — к жидкостям, таким как объем воды или масла.

Объем (volume) — к газам, таким как объем воздуха или кислорода.

Fig. 42. Fig. 42.

a b d, Три точки подвеса. c, Точка пересечения и, следовательно, центр тяжести. p, Линия отвеса.

Чтобы найти центр тяжести любой массы, например, обычной школьной грифельной доски, мы должны прежде всего подвесить ее за любую часть рамы; затем позволить отвесу опуститься из точки подвеса и отметить его направление на доске. Снова подвесьте доску в различных других точках, всегда отмечая линию направления отвеса, и в точке, где линии пересекаются друг с другом, будет находиться центр тяжести.

Если теперь поместить доску (как показано на рис. 43) на тупой деревянный кончик в том месте, где линии пересекаются, она будет точно балансировать, и это место называется центром тяжести, являясь точкой, с которой все другие частицы тела двигались бы параллельным и равномерным движением во время его падения. Равновесие тел, следовательно, сильно зависит от положения центра тяжести. Так, если мы вырежем эллиптическую фигуру из доски толщиной в один дюйм и поставим ее на плоскую поверхность одним из ее краев (как на № 1, рис. 44), эта точка контакта называется точкой опоры, а центр тяжести находится непосредственно над ней.

Fig. 43. Fig. 43.

В этом случае тело находится в состоянии устойчивого равновесия, ибо любое движение в любую сторону заставит центр тяжести подняться в этих направлениях, и возникнет колебание. Но если мы поместим его на меньший конец, как показано на № 2 (рис. 44), положение будет равновесным, но не устойчивым или надежным; хотя центр тяжести находится прямо над точкой опоры, малейшее прикосновение сместит овал и вызовет его опрокидывание. Знаменитая история о Колумбе и яйце предлагает отличную иллюстрацию этого факта; и есть два способа, которыми яйцо может быть уравновешено на любом из концов.

Fig. 44. Fig. 44.

Точка опоры. c, Центр тяжести.

Способ, обычно приписываемый великому первооткрывателю, заключается в соскабливании или небольшом разбивании части скорлупы, чтобы сделать один из концов плоским, вот так —

Fig. 45. Fig. 45.

a Представляет яйцо в его естественном состоянии и, следовательно, в неустойчивом равновесии; b, другое яйцо с поверхностью s, сплющенной, благодаря чему центр тяжести понижается, и если его не тревожить за пределами точки опоры, равновесие является устойчивым.

Самый философский способ заставить яйцо стоять на конце, не нарушая внешнюю скорлупу, — это изменить положение желтка, который имеет большую плотность, чем белок, и расположен около центра. Если теперь встряхнуть яйцо так, чтобы разорвать мембрану, окружающую желток, и тем самым позволить ему опуститься на дно меньшего конца, центр тяжести понизится; большая часть веса будет сконцентрирована в узком конце, и яйцо будет стоять вертикально, как показано на рис. 46.

Fig. 46. Fig. 46.

№ 1. Срез яйца. c. Центр тяжести. y. Желток. w. Белок. № 2. c. Центр тяжести, значительно пониженный. y. Желток на дне яйца.

Именно это переменное положение центра тяжести в бильярдных шарах из слоновой кости (одна часть которых может быть плотнее другой) так часто раздражает даже лучших игроков в бильярд; и по этой причине шар будет отклоняться от линии, по которой он направлен, не из-за ошибки игрока, а из-за того, что шар из слоновой кости имеет неравномерную плотность и, следовательно, его геометрический центр не совпадает с центром тяжести. Хороший игрок в бильярд должен, следовательно, всегда проверять шар, прежде чем соглашаться играть на крупную сумму.

Игрушка под названием «томбола» напоминает нам об эксперименте с яйцом, так как в нижней части полусферы обычно вставлен кусок свинца, и когда игрушку толкают вниз, она быстро принимает вертикальное положение, потому что центр тяжести находится не в самом низком месте, до которого он может опуститься; последнее положение достигается только тогда, когда фигура стоит вертикально.

Fig. 47. Fig. 47.

№ 1. c. Центр тяжести в самом низком месте, фигура вертикальна. № 2. c. Центр тяжести поднимается, когда фигура наклоняется в любую сторону, но снова падает в самое низкое место, когда фигура постепенно приходит в состояние покоя.

Существует популярный парадокс в механике, а именно: «тело, имеющее тенденцию падать под действием собственного веса, может быть удержано от падения путем добавления к нему веса с той же стороны, в которую оно стремится упасть», и этот парадокс демонстрируется другой известной детской игрушкой, как показано на следующем рисунке.

Fig. 48. Fig. 48.

Линия направления падает за пределы основания; изогнутая проволока и свинцовый груз перемещают центр тяжести под стол и ближе к свинцовому грузу; задние ноги становятся точкой опоры, и игрушка идеально сбалансирована.

Fig. 49. Fig. 49.

№ 1. Меч, сбалансированный на рукояти: дуга от c до d очень мала, и если центр c выходит из линии направления, его нелегко вернуть в вертикальное положение. № 2. Меч, сбалансированный на острие: дуга от c до d намного больше, и поэтому меч легче сбалансировать.

После того, что было объяснено относительно улучшения устойчивости яйца путем понижения положения центра тяжести, может поначалу показаться странным, что палку, нагруженную весом на верхнем конце, можно сбалансировать перпендикулярно с большей легкостью и точностью, чем когда вес находится ниже и ближе к руке; и что меч лучше всего балансируется, когда эфес находится сверху; но это легко объясняется, если понять, что с рукояткой внизу описывается гораздо меньшая дуга при падении, чем в перевернутом состоянии, так что в первом случае у балансирующего нет времени перенастроить центр, в то время как в последнем положении описываемая дуга настолько велика, что до того, как меч упадет, центр тяжести может быть возвращен в линию направления основания.

По той же причине ребенок, споткнувшись о камень, быстро упадет; тогда как мужчина может удержаться; этот факт можно очень хорошо показать, закрепив два квадратных куска красного дерева разной длины на петлях на плоском основании или доске, затем, если доску быстро толкнуть вперед и ударить о свинцовый груз или гвоздь, вбитый в стол, видно, что короткий кусок падает первым, а длинный — позже; разница во времени, затраченном на падение каждого куска дерева (которые могут быть вырезаны, чтобы изображать человеческую фигуру), четко обозначается звуками, возникающими при их ударе о доску.

Fig. 50. Fig. 50.

№ 1. Два куска красного дерева, вырезанные, чтобы изображать мужчину и мальчика, один длиной 10, а другой 5 дюймов, прикрепленные к доске петлями в точках h h.

Fig. 51. Fig. 51.

№ 2. Доска, толкнутая вперед, ударяется о гвоздь, при этом короткий кусок падает первым, а длинный — вторым.

Лодочные аварии часто случаются из-за невежества в вопросе о центре тяжести, и когда люди пугаются, сидя в лодке, они обычно внезапно встают, поднимают центр тяжести, который, падая из-за колебаний хрупкого судна за пределы линии направления основания, не может быть восстановлен, и лодка переворачивается; если бы лодка была закреплена за киль, поднятие центра тяжести не имело бы большого значения, но так как лодка совершенно свободна двигаться и крениться в ту или иную сторону, поднятие центра тяжести становится фатальным, и это действует точно так же, как удаление свинца, если его переместить с основания на голову игрушки «томбола».

Очень поразительный эксперимент, демонстрирующий опасность вставания в лодке, может быть показан с помощью следующей модели, как изображено на № 1 и 2, рис. 52 и 53.

Fig. 52. Fig. 52.

№ 1. Секции игрушечной лодки, плавающей в воде. b b b. Три латунные проволоки, расположенные на равных расстояниях и ввинченные в дно лодки, с прорезями или щелями сверху, так что когда свинцовые пули l l l, которые перфорированы и скользят по ним, как бусины, поднимаются наверх, они удерживаются пружинящими латунными прорезями; когда пули находятся на дне линий, они представляют людей, сидящих в лодке, как показано на нижних рисунках, и центр тяжести будет находиться внутри судна.

Таким образом, мы видим, что устойчивость тела, помещенного на основание, зависит от положения линии направления и высоты центра тяжести.

Безопасность обеспечивается, когда линия направления падает внутри основания. Неустойчивость — когда она находится прямо у края. Неспособность стоять — когда она падает за пределы основания.

Fig. 53. Fig. 53.

№ 2. Свинцовые пули, поднятые наверх, теперь показывают результат внезапного вставания людей, когда лодка немедленно переворачивается и либо тонет, либо плавает на поверхности килем вверх.

Пизанская башня имеет высоту сто восемьдесят два фута и отклонена на тринадцать с половиной футов от перпендикуляра, но все же остается совершенно прочной и надежной, так как линия направления падает значительно внутри основания. Если бы она была большей высоты, она не могла бы стоять, потому что центр тяжести был бы настолько поднят, что линия направления упала бы за пределы основания. Этот факт можно проиллюстрировать, взяв доску длиной в несколько футов и, вырезав ее, чтобы изобразить архитектуру Пизанской башни, затем ее можно раскрасить клеевыми красками и закрепить под прямым углом с помощью петли к другой доске, представляющей землю, в то время как отвес может быть опущен из центра тяжести; и можно показать, что до тех пор, пока отвес падает внутри основания, башня в безопасности; но как только модель башни с помощью клина подается немного вперед так, что отвес висит снаружи, то при удалении опоры, которой может быть кусок веревки, перерезаемый в нужный момент, модель падает, и факт сразу становится понятным.

Fig. 54. Fig. 54.

f. Доска, вырезанная и раскрашенная, чтобы изображать Пизанскую башню. g. Центр тяжести и линия отвеса, подвешенная от него. h. Петля, которая прикрепляет ее к базовой доске. i. Веревка, достаточно длинная, чтобы размотаться и позволить отвесу висеть снаружи основания, так что при перерезании модель падает в направлении стрелки.

Болонские башни также знамениты своим большим наклоном; так же (в Англии) обстоит дело с висячей башней, или, точнее, массивной стеной, которая была частью башни в Бриджнорте, графство Шропшир; она отклоняется от перпендикуляра, но центр тяжести и линия направления падают внутри основания, и она остается надежной; действительно, опасения по поводу ее обрушения настолько малы, что под ней была построена конюшня.

Fig. 55. Fig. 55.

№ 1. Два бильярдных кия, расположенных для эксперимента и закрепленных на доске: шар катится вверх. № 2. Секции, показывающие, что центр тяжести c выше в точке a, чем в точке b, которая представляет толстый конец киев; поэтому, по сути, он катится под гору.

Один из самых любопытных парадоксов проявляется в подъеме бильярдного шара от тонких к толстым концам двух бильярдных киев, расположенных под углом, как на нашем рисунке выше; здесь центр тяжести поднимается при старте, и шар движется вследствие того, что он фактически падает с высокого уровня на низкий.

Многое в устойчивости тела зависит от высоты, на которую должен быть поднят центр тяжести, прежде чем тело может быть опрокинуто. Чем больше эта высота, тем больше будет неподвижность массы. Один из самых грандиозных примеров этого факта показан в древних пирамидах; и в то время как гигантские дворцы с огромными колоннами и всем тем солидным величием, присущим египетской архитектуре, поддались времени и лежат более или менее простертыми на земле, пирамиды в своей простой форме и прочности остаются почти такими же, какими были построены, и будет замечено на прилагаемом эскизе, насколько трудно, если не невозможно, было бы попытаться опрокинуть целиком один из этих великих памятников древних времен.

Fig. 56. Fig. 56.

c. Центр тяжести, который должен быть поднят до точки d, прежде чем он может быть опрокинут.

Принципы, уже объясненные, непосредственно применимы к конструкции или безопасной загрузке транспортных средств; и по мере того, как центр тяжести поднимается над точкой опоры (то есть колесами), увеличивается небезопасность экипажа, и обратное происходит, если центр тяжести понижается. Опять же, если фургон загружен очень тяжелым веществом, которое не занимает много места, таким как железо, свинец, медь или кирпичи, он будет в гораздо меньшей опасности опрокидывания, чем если он перевозит равный вес более легкого тела, такого как мешки с хмелем, тюки шерсти или кипы тряпья.

Fig. 57. Fig. 57.

№ 1. Центр тяжести находится близко к земле и падает внутри колес. № 2. Центр тяжести значительно поднят, и линия направления находится снаружи колес.

В одном случае центр тяжести находится близко к земле и падает хорошо внутри основания, как на № 1, рис. 57. В другом случае центр тяжести значительно поднят над землей, и, встретив препятствие, которое подняло одну сторону выше другой, линия направления упала за пределы колес, и фургон опрокидывается, как на № 2.

Различные позы человеческого тела можно рассматривать как множество экспериментов с положением центра тяжести, которые мы каждое мгновение бессознательно выполняем.

Чтобы поддерживать вертикальное положение, человек должен так расположить свое тело, чтобы линия направления его веса падала внутри основания, образованного его ступнями.

Fig. 58. Fig. 58.

Чем больше носки развернуты наружу, тем более суженным будет основание, и тело будет более склонно к падению назад или вперед; и чем ближе ступни сведены вместе, тем вероятнее, что тело упадет в ту или иную сторону. Акробаты и так называемые «братья-каучуки», танцующие собаки и т. д. бессознательно приобретают привычку точно балансировать себя во всех видах странных положений; но так как эти достижения не рекомендуются молодым людям, можно привести некоторые другие чудеса (например, балансирование ведра с водой на палке, положенной на стол), как проиллюстрировано на рис. 59.

Fig. 59. Fig. 59.

Пусть a b представляет обычный стол, на который положите палку от метлы c d так, чтобы одна половина лежала на столе, а другая выступала из него; поместите над палкой ручку пустого ведра (которую, возможно, потребуется удлинить для эксперимента) так, чтобы ручка касалась или попадала в выемку в точке h; и чтобы хорошо подвести ведро под стол, другая палка помещается в выемку e и располагается по линии g f e, один конец которой опирается на g, а другой — на e. Сделав эти приготовления, ведро теперь можно наполнить водой; и хотя это кажется самым удивительным результатом — видеть ведро, по-видимому, сбалансированным на конце палки, которая может легко наклониться, принципы, уже объясненные, позволят наблюдателю понять, что центр тяжести ведра падает внутри линии направления, показанной пунктирной линией; и это сводится, по сути, к тому же, что и несение ведра на центре палки, один конец которой поддерживается в точке e, а другой — через посредство стола a b.

Эта иллюстрация может быть изменена с использованием тяжелого груза, веревки и палки, как показано на нашем эскизе ниже.

Fig. 60. Fig. 60.

Прежде чем мы оставим эту тему, целесообразно объяснить термин, относящийся к очень полезной истине, называемой центром удара; знание которого, полученное инстинктивно или иным образом, позволяет рабочему владеть своими инструментами с повышенной силой и придает большую силу удару фехтовальщика, так что при некоторой физической силе он может выполнить подвиг разрубания овцы пополам, рассечения свинцового бруска или аккуратного разделения, à la Saladin, в древнем сарацинском стиле, шелкового платка, парящего в воздухе. Существует, однако, подвиг, который не требует очень большой силы, но достаточно поразителен, чтобы вызвать большое удивление и некоторые вопросы, а именно: разрубание пополам палки от метлы, поддерживаемой за концы на стаканах с водой, не проливая воду и не треская или иным образом не повреждая стеклянные опоры.

Fig. 61. Fig. 61.

Эти и другие подвиги частично объясняются ссылкой на время: сила прикладывается и расходуется на центр палки так быстро, что она не передается на опоры; точно так же, как пуля из пистолета может быть послана через оконное стекло, не разбив весь квадрат, а сделав чистое отверстие, или свеча может быть послана через доску, или пушечное ядро пройти через приоткрытую дверь, не заставив ее двигаться на петлях. Но успех нескольких подвигов в значительной степени зависит от внимания, которое уделяется нанесению ударов в центр удара оружия; это точка в движущемся теле, где удар является наибольшим и вокруг которой импульс или сила всех частей сбалансированы со всех сторон. Это можно лучше понять, обратившись к нашему рисунку ниже. Применяя этот принцип к модели меча, сделанной из дерева, разрезанной пополам в центре лезвия, а затем соединенной с помощью коленчатого шарнира, рукоятка которого прикреплена к доске проволокой, пропущенной через нее и два вертикальных куска дерева, факт сразу становится очевидным и хорошо показан на № 1, 2, 3, рис. 62.

Fig. 62. Fig. 62.

№ 1 — деревянный меч с коленчатым шарниром в точке c. № 2. Меч, прикрепленный к доске в точке k, и при падении с любого угла, показанного пунктирной линией, он ударяет по блоку w за пределами центра удара p, и, поскольку в частях меча существует неравномерное движение, он сгибается (или, как бы, ломается) в коленчатом шарнире c. № 3 отображает ту же модель; но здесь удар пришелся по блоку w точно в центр удара меча p, и коленчатый шарнир остается совершенно прочным.

Когда удар не наносится палкой или мечом в центр удара, в руке ощущается своеобразный толчок, или то, что привычно называют «жалящим» ощущением; и причина этого неприятного результата дополнительно разъясняется рис. 63, на котором стойка a соответствует рукоятке меча.

Fig. 63. Fig. 63.

a. Стойка, к которой прикреплена веревка. b и c — две лошади, бегущие по кругу, и ясно, что b не будет двигаться так быстро, как c, и что последняя будет иметь наибольшую движущую силу; следовательно, если бы веревка была внезапно остановлена ударом о объект в центре тяжести, лошадь c продолжала бы двигаться быстрее, чем b, и передала бы b обратное движение, и таким образом создала бы большое натяжение на веревке в точке a. Но если бы препятствие было помещено так, чтобы удар пришелся в определенную точку ближе к c, а именно в или около маленькой звездочки, тенденция каждой лошади двигаться дальше сбалансировала бы и нейтрализовала бы другую, так что в точке a не было бы никакого натяжения. Маленькая звездочка указывает на центр удара.

Все военные, и особенно те молодые джентльмены, которые предназначены для армии, должны помнить об этой важной истине во время своей практики фехтования; и с одним из мечей мистера Уилкинсона, сделанным только из самой лучшей стали, они могут победить в случайном бою, который в противном случае мог бы оказаться для них фатальным. Мистеру Уилкинсону с Пэлл-Мэлл, выдающемуся мастеру по изготовлению мечей, принадлежит большая заслуга в улучшении качества стали, используемой в производстве офицерских мечей; и с одним из его видов оружия автор неоднократно пронзал железную пластину толщиной около одной восьмой дюйма, не повреждая острие, а также сгибал один почти вдвое, не ломая его, при этом идеальная эластичность стали выпрямляла меч снова. Эти и другие суровые испытания, примененные к мечам Уилкинсона, показывают, что нет причин, по которым офицер не должен обладать оружием, которое выдержит сравнение с, более того, превзойдет прославленное толедское оружие, вместо того чтобы подчиняться мечам армейских портных, которые часто немногим лучше обручей от пивных бочек; и в жестоком бою с тальваром индуистских или мусульманских фанатиков может слишком поздно показать глупость владельца.

Fig. 64. Fig. 64.

ГЛАВА V.

УДЕЛЬНЫЙ ВЕС.

О великом докторе Волластоне рассказывают, что когда сэр Гемфри Дэви вложил ему в руку то, что в то время считалось научным чудом дня — а именно, небольшой кусочек металла калия, — он сразу же воскликнул: «Какой он тяжелый!» — и был крайне удивлен, когда сэр Гемфри бросил этот металл в воду и увидел, что он не только загорелся, но и фактически поплыл по поверхности. Здесь мы видим философа, обладающего глубочайшими познаниями, который не смог на ощупь и при обычном обращении правильно определить, тяжелое это новое вещество (притом металл) или легкое. Отсюда очевидно, что свойство удельного веса имеет важное значение; оно происходит от латинских слов species — «особый сорт или вид» и gravis — «тяжелый или вес», то есть это конкретный вес каждого вещества по сравнению с фиксированным эталоном — водой.

Fig. 65. Fig. 65.

a. Большой цилиндрический сосуд с водой, в котором яйцо тонет, пока не достигнет дна стакана. b. Похожий стеклянный сосуд, содержащий наполовину рассол и наполовину воду, в котором яйцо плавает в центре — то есть как раз в той точке, где соприкасаются рассол и вода.

Fig. 66. Fig. 66.

Сосуд, наполовину наполненный водой; по мере того как рассол вливается через трубку, яйцо постепенно поднимается.

Мы настолько привыкли ссылаться на эталон совершенства в музыке, живописи и скульптуре, что даже самый юный читатель поймет роль воды, если ему сказать, что это философская единица или отправная точка для оценки относительного веса твердых тел и жидкостей. Хорошее представление о сфере применения и значении термина «удельный вес» можно получить с помощью нескольких простых опытов: если наполнить водой цилиндрический стакан, скажем, восемнадцать дюймов в длину и два с половиной в ширину, а другой стакан такого же размера наполнить наполовину водой, а наполовину насыщенным раствором поваренной соли, или тем, что обычно называют рассолом, то с помощью двух яиц можно провести весьма любопытное сравнение относительного веса равных объемов воды и рассола. Когда одно из яиц помещают в стакан с водой, оно немедленно опускается на дно, показывая, что его удельный вес больше, чем у воды; но когда другое яйцо помещают во второй стакан с рассолом, оно погружается сквозь воду, пока не достигает крепкого солевого раствора, где и зависает, представляя собой весьма любопытное и красивое зрелище. Кажется, что оно парит, как воздушный шар в воздухе, и, по-видимому, подвешено в пустоте, что вызывает вопрос: «не имеет ли к этому отношения магнетизм?». Ответ, конечно, отрицательный: оно просто плавает в центре, подчиняясь общему принципу, согласно которому все тела плавают в тех, которые тяжелее их самих; следовательно, рассол имеет больший вес, чем равный объем воды, а также тяжелее яйца. Приятным дополнением к этому опыту может служить демонстрация того, как рассол помещается в сосуд, не смешиваясь с водой над ним; это делается с помощью стеклянной трубки и воронки, и после того, как из сосуда слита половина воды (рис. 65), яйцо можно поднять со дна к центру стакана, вливая рассол через воронку и трубку. Насыщенный солевой раствор остается в нижней части сосуда и вытесняет воду, которая плавает на его поверхности, как масло на воде, увлекая за собой яйцо.

Говорят, что вода Мертвого моря содержит около двадцати шести процентов солевых веществ, которые в основном состоят из поваренной соли. Она совершенно прозрачна и чиста, и вследствие большой плотности человек может легко держаться на ее поверхности, как яйцо на рассоле, так что если бы корабль можно было сильно нагрузить, пока он плавает в воде Мертвого моря, он, скорее всего, затонул бы при перемещении в Темзу. Эта иллюстрация удельного веса также демонстрируется моделью корабля, которая, будучи сначала спущенной на рассол, впоследствии утонет, если ее перенести в другой сосуд с водой. Одна из жестяных моделей кораблей, продаваемых как магнитная игрушка, хорошо подходит для этого опыта, но ее нужно утяжелить или отрегулировать так, чтобы она едва держалась на плаву в рассоле, a; тогда она утонет, будучи помещенной в другой сосуд, содержащий только воду.

Fig. 67. Fig. 67.

a. Сосуд с рассолом, на котором плавает маленькая модель. b. Сосуд с водой, в котором корабль тонет.

Еще одна забавная иллюстрация того же рода демонстрируется с золотыми рыбками, которые легко плавают в воде, держатся на поверхности рассола, но не могут нырнуть на дно сосуда из-за плотности насыщенного солевого раствора. Если вынуть рыб сразу после опыта и поместить в пресную воду, они не пострадают от контакта с крепкой соленой водой.

Эти примеры относительного веса равных объемов позволяют юному уму постичь более сложную задачу определения удельного веса любого твердого или жидкого вещества; и здесь не следует упускать из виду строгое значение терминов. Удельный вес не следует путать с абсолютным весом; последний означает общее количество весомого вещества в любом теле: так, двадцать четыре кубических фута песка весят около одной тонны, тогда как удельный вес означает отношение, существующее между абсолютным весом и объемом или пространством, которое этот вес занимает. Так, кубический фут воды весит шестьдесят два с половиной фунта, или 1000 унций авуардюпуа, но если заменить его золотом, то кубический фут будет весить более полутонны и составит около 19 300 унций — следовательно, отношение между кубическим футом воды и кубическим футом золота составляет почти как 1 к 19,3; последнее поэтому и называется удельным весом золота.

Такой способ определения удельного веса различных веществ — а именно, по весу равных объемов, будь то кубические футы или дюймы, — не мог быть использован из-за трудности получения точных кубических дюймов или футов различных веществ, которые в силу своих особых свойств хрупкости или твердости представляли бы непреодолимые препятствия для любой попытки придать им форму точных объемов. Поэтому необходимо принять метод, впервые разработанный Архимедом в 600 г. до н. э., когда он обнаружил примесь другого металла в золоте короны царя Гиерона.

Эту забавную историю, закончившуюся открытием философской истины, можно описать так: царь Гиерон выдал из царской казны определенное количество золота, которое приказал превратить в корону; однако, когда символ власти был представлен ювелиром, он не оказался недостаточным по весу, но имел тот вид, который указал монарху на то, что должна была быть сделана тайная добавка какого-то другого металла.

Можно предположить, что царь Гиерон посоветовался со своим другом и философом Архимедом, и тот мог сказать: «Скажи мне, Архимед, не разбирая мою корону на части, не была ли она подделана каким-либо другим металлом?» Философ попросил времени на решение задачи и, отправившись принимать свою обычную ванну, обнаружил тогда то, на что никогда раньше не обращал особого внимания — что, когда он вошел в сосуд с водой, жидкость поднялась по обе стороны от него, что он, по сути, вытеснил определенное количество жидкости. Таким образом, если предположить, что ванна была полна воды, то, как только Архимед вошел в нее, она перелилась бы через край. Допустим, что вытесненная вода была собрана и весила 90 фунтов, в то время как сам философ весил, скажем, 200 фунтов. Теперь ход рассуждений в его уме мог быть таким: «Мое тело вытесняет 90 фунтов воды; если бы у меня был точный слепок из свинца, такой же объем и вес жидкости перелился бы через край; но вес моего тела составлял, скажем, 200 фунтов, а слепок из свинца — 1000 фунтов; эти две суммы, разделенные на 90, дали бы очень разные результаты, и это были бы удельные веса, потому что правило гласит: «Разделите валовой вес на потерю веса в воде, то есть на вытесненную воду, и частное даст удельный вес». Правило вскоре проверяется с помощью обычных весов, а опыт становится более интересным, если взять модель короны из какого-либо металла, которая может быть красиво позолочена и отполирована фирмой Messrs. Elkington, знаменитыми гальванопластиками из Бирмингема. Для удобства чаша одних весов подвешена на более коротких цепях, чем другая, и должна иметь крючок посередине; на него помещается корона, поддерживаемая очень тонкой медной проволокой. Ради спора предположим, что корона весит 17½ унций авуардюпуа, которые должным образом помещены на другую чашу весов, и, не трогая этих гирь, корону теперь помещают в сосуд с водой. Можно было бы предположить, что, как только корона попадет в воду, она прибавит в весе из-за намокания, но происходит обратное, и если погрузить корону в воду, можно увидеть, что она поднимается с большой плавучестью до тех пор, пока на другой чаше весов остаются 17½ унций; и окажется необходимым положить по крайней мере две унции на чашу весов, к которой прикреплена корона, прежде чем последняя погрузится в воду; и таким образом отчетливо видно, что корона весит в воде всего около 15½ унций и, следовательно, потеряла, а не прибавила в весе, находясь в жидкости. Теперь можно применить правило:

| Ounces.
Weight of crown in air | 17½
Ditto in water | 15½
| ———
Less in water | 2
| ———
| 17½ / 2 = 8·75

Частное 8¾ показывает, что корона изготовлена из меди, потому что если бы она была сделана из чистого золота, оно было бы около 19¼.

Fig. 68. Fig. 68.

a. Обычные весы. b. Чаша весов, содержащая 17½ унций, что составляет вес короны в воздухе. c. Чаша с крючком и прикрепленной короной, которая погружена в воду, содержащуюся в сосуде d; эта чаша содержит две унции, которые необходимо положить туда, чтобы корона погрузилась и точно уравновесила b.

Таблица удельных весов металлов, находящихся в обычном употреблении.

Platinum | 20.98
Gold | 19.26 to 19.3 and 19.64
Mercury | 13.57
Lead | 11.35
Silver | 10.47 to 10.5
Bismuth | 9.82
Copper | 8.89
Iron | 7.79
Tin | 7.29
Zinc | 6.5 to 7.4

Простое правило, которое уже было объяснено, можно применить ко всем металлам любого размера или веса, и когда масса имеет неправильную форму, с различными полостями на поверхности, могут возникнуть некоторые трудности при определении удельного веса из-за прилипания пузырьков воздуха; но это можно устранить либо смахнув их перышком, либо, что зачастую гораздо лучше, окунув металл или минерал сначала в спирт, а затем в воду, прежде чем помещать его в сосуд с водой, с помощью которого должен быть определен фактический удельный вес.

Способ определения удельного веса жидкостей очень прост и обычно выполняется в лаборатории с помощью тонкой шарообразной бутылочки, которая вмещает ровно 1000 гран чистой дистиллированной воды при 60° по Фаренгейту. Изготавливается небольшой свинцовый противовес, равный по весу сухой шарообразной бутылочке, и исследуемая жидкость наливается в бутылочку до градуированной отметки на горлышке; затем бутылочку помещают на одну чашу весов, а противовес и гирю в 1000 гран — на другую; если жидкость (например, купоросное масло) тяжелее воды, то потребуется больше веса — а именно 845 гран, — и эти цифры, добавленные к 1000, сразу укажут, что удельный вес купоросного масла равен 1,845 по сравнению с водой, которая равна 1,000. Когда жидкость, например спирт, легче воды, гири в 1000 гран окажется слишком много, и на ту же чашу весов, где стоит бутылочка, нужно будет добавлять гири в гранах, пока обе чаши не придут в точное равновесие. Если исследуется обычный спирт, то к бутылочке придется добавить 180 гран, и эти цифры, вычтенные из 1000 гран на другой чаше весов, дают 820, что, будучи отмечено точкой перед первой цифрой (sic .820), указывает на то, что удельный вес спирта меньше, чем у воды.

Разница в удельном весе различных жидкостей демонстрируется весьма приятным образом в опыте, разработанном профессором Гриффитсом, которому химики-лекторы особенно обязаны некоторыми из самых остроумных и красивых иллюстраций, когда-либо придуманных. Опыт состоит в расположении пяти различных жидкостей разной плотности и цвета, одна над другой, которые различаются не только оптической линией раздела, но и маленькими восковыми шариками, внутрь которых помещена свинцовая дробь, отрегулированная так, чтобы они тонули сквозь верхние слои жидкостей и останавливались только на той, которую они должны обозначать.

Лабораторный прием для этого опыта несколько хлопотен и начинается с получения чистой яркой ртути, на которую помещается железная пуля (покрытая графитом или окрашенная в какой-либо цвет) или один из тех красивых стеклянных шариков, которые продаются в таком количестве в Хрустальном дворце.

Во-вторых. Положите в полпинты кипящей воды столько белого купороса (сульфата цинка), сколько она сможет растворить, и, когда остынет, слейте прозрачную жидкость, сделайте шарик из цветного воска (скажем, красного) и отрегулируйте его, поместив внутрь немного дроби, пока он не будет тонуть в растворе медного купороса и плавать на растворе белого купороса.

В-третьих. Приготовьте раствор медного купороса точно таким же образом и отрегулируйте другой восковой шарик так, чтобы он тонул в воде и плавал на этом растворе.

В-четвертых. Необходимо подготовить немного чистой дистиллированной воды.

В-пятых. Нужно растворить немного кошенили в обычном винном спирте (алкоголе) и подготовить шарик из пробки, окрашенный в белый цвет.

Наконец. Длинный цилиндрический стакан, высотой не менее восемнадцати дюймов и диаметром два с половиной или три дюйма, должен быть подготовлен для приема этих пяти жидкостей, которые располагаются в надлежащем порядке удельного веса с помощью длинной трубки и воронки.

Четыре шарика — а именно железный, два восковых и пробковый — опускают в длинный стакан, который наклонен под углом; затем с помощью трубки и воронки вливают настойку кошенили, и все шарики остаются на дне стакана. Затем вливают воду, и теперь пробковый шарик всплывает на воду и отмечает пограничную линию спирта и воды. Затем раствор синего купороса, на котором плавает восковой шарик. В-третьих, раствор белого купороса, на котором занимает свое место второй восковой шарик; и, наконец, через трубку вливают ртуть, и на этой тяжелой металлической жидкости железный или стеклянный шарик плавает, как пробка на воде.

Fig. 69. Fig. 69.

Long cylindrical glass, 18 × 3 inches, containing the five liquids.

Трубку теперь можно осторожно извлечь, делая паузы у каждой жидкости, чтобы между ними не произошло смешивания; результатом является расположение пяти жидкостей, создающее вид цилиндрического стакана, расписанного полосами малинового, синего и серебряного цветов; и жидкости не будут смешиваться друг с другом в течение многих дней.

Более постоянное расположение можно разработать, используя жидкости, которые не имеют сродства или не смешиваются друг с другом — такие как ртуть, вода и скипидар.

Удельный вес или веса равных объемов воздуха и других газов определяются по тому же принципу, что и для жидкостей, хотя требуется другой прибор. Легкий стеклянный шар с колпачком и запорным краном, емкостью от 50 до 100 кубических дюймов, взвешивается, будучи наполненным воздухом, затем откачивается воздушным насосом и взвешивается пустым, при этом потеря веса принимается за вес его объема воздуха; эти цифры тщательно записываются, потому что воздух, а не вода, является эталоном сравнения для всех газов. Когда нужно определить удельный вес любого другого газа, стеклянный шар снова откачивают и привинчивают к газовой банке, снабженной соответствующим запорным краном, в которой содержится газ; и когда требуется идеальная точность, газ должен быть высушен путем пропускания его через асбест, смоченный купоросным маслом и помещенный в стеклянную трубку, а газовая банка должна стоять в ртутной ванне. (Рис. 70.) Запорные краны постепенно открываются, и газ поступает в откачанный шар из газовой банки; когда он наполнится, краны закрываются, шар отвинчивается и снова взвешивается, и по обычному правилу пропорции: как вес воздуха, найденный первым, относится к весу газа, так и единица (1,000, плотность воздуха) относится к числу, которое выражает плотность искомого газа. Если бы испытываемым газом был кислород, число было бы 1,111, что является удельным весом этого газообразного элемента. Если хлор — 2,470. Углекислый газ — 1,500. Поскольку водород намного легче воздуха, число составило бы всего 69, или в десятичном виде 0,069.

Fig. 70. Fig. 70.

a. Стеклянный шар для содержания газа. b. Газовая банка, стоящая в ртутной ванне, d. c. Трубка, содержащая асбест, смоченный купоросным маслом.

Очень хорошее приближение к правильному удельному весу (особенно когда приходится проводить ряд испытаний с одним и тем же газом, например обычным светильным газом) получается путем подвешивания легкой бумажной коробки с отверстиями на одном конце на одно плечо весов, а противовеса — на другое. Коробку можно изготовить тщательно, и она должна иметь объем, равный половине или четверти кубического фута; ее подвешивают отверстиями вниз и наполняют, вдувая светильный газ, пока он не начнет выходить из отверстий, что можно распознать по запаху. Правило в этом случае будет столь же простым: как известный вес половины или четверти кубического фута обычного воздуха относится к весу светильного газа, так и 1,000 относится к искомому числу. (Рис. 71.)

Fig. 71. Fig. 71.

a. Весы. b. Бумажная коробка известного объема. c. Газовая труба, вдувающая светильный газ; стрелки показывают вход газа и выход воздуха.

Fig. 72. Fig. 72.

Перевернутый большой стеклянный колпак, содержащий наполовину углекислый газ и наполовину обычный воздух.

В качестве иллюстрации различных удельных весов газов можно отрегулировать маленький воздушный шар, содержащий смесь водорода и воздуха, так, чтобы он едва тонул в высоком стеклянном колпаке, перевернутом и установленном на подкладке, сделанной из куска клеенки, обрезанной по кругу и обшитой тесьмой. При быстром введении большого количества углекислого газа маленький шар будет плавать на его поверхности; а если другой шар, содержащий только водород, удерживать в верхней части открытого колпака и осторожно сдвинуть лист стекла над открытым концом, плотность газов (хотя они совершенно невидимы) будет прекрасно видна; и, в качестве кульминации опыта, третий шар можно наполнить веселящим газом и поместить в стеклянный колпак, следя за тем, чтобы шар, полный чистого водорода, не улетел; последний шар опустится на дно банки, потому что веселящий газ почти такой же тяжелый, как углекислый газ, и вес самого шара определит его спуск. (Рис. 72.)

Fig. 73. Fig. 73.

a. Перевернутый стеклянный колпак, содержащий материал, b, для генерации углекислого газа. c. Мыльный пузырь. d d. Стеклянная трубка для выдувания пузырей. e. Маленький фонарь, чтобы направить яркий луч света от оксиводородной горелки на тонкий мыльный пузырь, который затем демонстрирует красивейшие переливающиеся цвета.

Мыльный пузырь будет идеально покоиться на поверхности углекислого газа, и воздушная и упругая подушка поддерживает пузырь, пока он не лопнет. Опыт лучше всего проводить, взяв стеклянный колпак шириной двенадцать дюймов и соответствующей глубины, установив его на подкладку; полфунта сесквикарбоната соды помещают в сосуд, и на него выливают смесь из полпинты купоросного масла и полпинты воды, причем последнюю предварительно смешивают и дают остыть перед использованием. Внезапно генерируется огромное количество углекислого газа, который, поднимаясь к краю, переливается через верх стеклянного колпака. Хорошо сформированный мыльный пузырь, аккуратно отделенный от конца стеклянной трубки, мягко колеблется на поверхности тяжелого газа и представляет собой весьма любопытное и приятное зрелище. Мыльная вода готовится путем нарезания нескольких кусочков желтого мыла и помещения их в двух-унцовую бутылочку, содержащую дистиллированную воду. (Рис. 73.) Удельный вес газов, следовательно, может быть как больше, так и меньше атмосферного воздуха, который уже был упомянут как эталон сравнения, и при проверке этим тестом пары некоторых соединений углерода и водорода обнаруживают удивительно высокий удельный вес; в доказательство чего можно привести в качестве примера пары эфира, хотя они состоят не только из двух упомянутых элементов, но и содержат определенное количество кислорода. В цилиндрический жестяной сосуд высотой два фута и диаметром один фут поместите обычную тарелку для горячей воды, конечно, полную кипятка; на эту теплую поверхность вылейте около половины унции лучшего эфира; и, подождав несколько минут, пока все не превратится в пар, возьмите сифон, сделанный из полудюймовой оловянной трубки, и согрейте его, пролив через него немного горячей воды, стараясь дать воде стечь из него перед использованием. После установки сифона в жестяной сосуд к концу длинного колена снаружи жестяного сосуда можно поднести огонь, чтобы показать, что никакой эфир не проходит, пока воздух не будет вытянут, как в водяном сифоне; и после того, как это будет сделано, можно наполнить несколько теплых стеклянных сосудов этими тяжелыми парами эфира, которые горят при поднесении пламени. Наконец, остаток паров можно сжечь на конце сифонной трубки, демонстрируя самым удовлетворительным образом, что пары текут через сифон точно так же, как спирт удаляется винокурами из бочек в погреба питейных заведений. (Рис. 74.)

Fig. 74. Fig. 74.

a. Жестяной сосуд, содержащий тарелку для горячей воды, b, на которую выливается эфир. c. Сифон. d. Стакан для приема паров. e. Сжигание паров эфира в другом сосуде.

Прежде чем оставить важную тему удельного веса (или, как его называют французские ученые, «плотности»), стоит отметить, что астрономы смогли, определив плотность Земли и с помощью астрономических наблюдений, вычислить гравитацию планет, принадлежащих нашей солнечной системе; и интересно заметить, что плотность планеты Венера — единственная, приближающаяся к гравитации Земли:—

The Earth | 1.000
The Sun | .254
The Moon | .742
Mercury | 2.583
Venus | 1.037
Mars | .650
Jupiter | .258
Saturn | .104
Herschel | .220

ГЛАВА VI.

ПРИТЯЖЕНИЕ СЦЕПЛЕНИЯ.

В предыдущих главах один вид притяжения — а именно гравитация — был обсужден и проиллюстрирован в популярной форме, и, продолжая исследование невидимых, активных и реальных сил природы, мы перейдем к притяжению сцепления. Есть особое удовлетворение в проведении таких исследований, потому что каждый шаг сопровождается разумным доказательством; в философских изысканиях нет никакой призрачной тайны; ум не внезапно поражается в один момент тем, что кажется сверхъестественным; он не уносится в экстазе удивления и трепета, как в так называемых опытах по «вызыванию духов», чтобы затем грубо вернуться к материальному при раскрытии разного рода нелепых фокусов, подобных тем, что были недавно разоблачены М. Жобером де Ламбалем в Академии наук в Париже. Этот джентльмен сорвал маску с наглости вызывателей духов, просто сняв чулок с пятки четырнадцатилетней девушки. М. Вельпо заявляет, что стук производится мышцами пятки и колена, действующими согласованно, и приводит случай с дамой, некогда прославившейся как медиум, которая обладает способностью производить самую любопытную и интересную музыку сухожилиями бедра. Говорят, что эта музыка достаточно громкая, чтобы ее можно было услышать из одного конца длинной комнаты в другой, и она часто играла заметную роль в откровениях, сделанных медиумом. М. Жюль Клоке также объяснил метод, с помощью которого знаменитая «девушка-маятник» так долго злоупотребляла доверчивостью парижской публики. Эта девушка, чья самопровозглашенная способность заключается в том, чтобы бить час в любое время дня и ночи, наблюдалась в больнице Сент-Луи М. Клоке, который утверждает, что вибрации в данном случае производились вращательным движением в поясничном отделе позвоночника. Звук их (à la гремучая змея) был настолько мощным, что их можно было отчетливо услышать на расстоянии двадцати пяти футов.

При изучении сил природы, которые, как признает самый скептический ум, должны существовать, открывается обширное поле для экспериментов, не пытаясь совершать подвиги ведьм Макбета или причудливые силы Манфреда; и, возвращаясь к теме нашей нынешней главы, можно спросить: как определяется сцепление? И ответ можно дать, обратив внимание на три физических состояния воды, которая принимает форму льда, воды или пара.

В полярных регионах, а также в Альпах и других горах, где существуют ледники, путешественники говорят о льде толщиной двадцать, тридцать, сорок, да что там, триста футов. Здесь отвод определенного количества тепла от воды явно позволяет новой силе вступить в полную силу. Мы можем называть ее как угодно; но сцепление, от латинских cum — «вместе» и hæreo — «я прилипаю или держусь», представляется лучшим и наиболее рациональным термином для этой силы, которая стремится заставить атомы или частицы одного и того же вида материи двигаться навстречу друг другу и предотвратить их разделение или перемещение врозь. Что это не просто гипотеза, показывают следующие опыты.

Fig. 75. Fig. 75.

a a. Два куска свинца, очищенные на поверхностях b b. c. Подставка, поддерживающая два куска свинца, прикрепленных друг к другу сцеплением.

Если отлить два куска свинца и аккуратно зачистить концы, стараясь не касаться поверхностей пальцами, их можно с помощью простого давления заставить сцепиться, и в таком состоянии притяжения их можно поднять со стола за кольцо, которое обычно вставляется для удобства в верхний кусок свинца; они могут некоторое время висеть на надлежащей опоре, и нижний кусок свинца не оторвется от верхнего; их можно даже подвесить, как продемонстрировал Морво, в вакууме воздушного насоса, чтобы показать, что сцепление не следует путать с давлением атмосферы, и никакого разделения не происходит. И когда соединение разрывается физической силой, удивительно заметить ограниченное количество точек, подобных булавочным уколам, где произошло сцепление; в то время как вес куска свинца, удерживаемого против силы гравитации, настойчиво напоминает об притяжении массы мягкого железа мощным магнитом и заставляет философски настроенного исследователя размышлять о том, что принцип сцепления — это лишь некая замаскированная форма магнитного или электрического притяжения. (Рис. 75.)

Прекрасный пример той же силы показан при использовании пары плоских железных поверхностей, отстроганных знаменитым Уитвортом из Манчестера. Эти поверхности настолько точны, что при наложении друг на друга верхняя будет свободно вращаться, если ее подтолкнуть, вследствие тонкой пленки воздуха, остающейся между поверхностями, которая действует как подушка и предотвращает металлическое сцепление. Однако, когда верхнюю пластину постепенно сдвигают по нижней, чтобы исключить воздух, тогда обе можно поднять вместе, потому что произошло сцепление. (Рис. 76.)

Fig. 76. Fig. 76.

a. Плоскости Уитворта с пленкой воздуха между ними. b. Пленка воздуха исключена, когда происходит сцепление.

Стеклянный сосуд — хороший пример сцепления. Материалы, из которых он состоит, были мягкими и жидкими при плавлении в огне, а после удаления избытка тепла стали твердыми и прочными вследствие притягательной силы сцепления, связывающей частицы вместе; в отсутствие такой силы, конечно, материал превратился бы в пыль, и простая бесформенная куча силикатов калия и свинца указывала бы место, где иначе стояло бы формованное и связное стекло.

Кусок свинца длиной шесть дюймов, шириной четыре и толщиной полдюйма можно поддержать, ловко сняв толстую стружку соответствующим рубанком, и после прижатия дюйма или более полоски к отстроганной поверхности большого куска свинца сцепление становится настолько мощным, что последний можно поднять со стола за эту полоску металла.

Пули, выбрасываемые из паровой пушки Перкинса со скоростью триста штук в минуту, выбрасываются с такой силой, что при попадании в толстую свинцовую пластину, подкрепленную листовым железом, происходит холодная сварка между двумя поверхностями металла самым совершенным образом, точно так же, как два мягких кусочка металла калия можно сжать и сварить вместе. Поверхности разорванного яблока не будут легко сцепляться, но если разрезать его острым ножом, сцепление легко происходит; так и с раной, нанесенной рваной поверхностью, трудно заставить части срастись, тогда как некоторые из самых отчаянных ударов саблей были исцелены, так как сцепление поверхностей разрезанной плоти происходит очень быстро; следовательно, если отрезать кончик пальца, его можно поставить на место, и он прирастет вследствие естественного сцепления частей.

Искусство плакирования меди серебром, которое затем золотится, а затем вытягивается в сплющенную проволоку для производства золотого кружева и эполет, обычно называемого слитком, является еще одним примером удивительного сцепления частиц золота, один гран которого может быть распределен по тончайшей пластинчатой проволоке длиной 345 футов.

Процесс изготовления восковых свечей — хорошая иллюстрация притяжения сцепления; они обычно не отливаются в формы, как полагают многие, а изготавливаются путем последовательного нанесения расплавленного воска вокруг центрального плетеного фитиля. Другие примеры сцепления показаны сосульками, а также сталагмитами; последние образуются в результате постепенного падения капель воды, содержащей мел (карбонат кальция), удерживаемый в растворе избытком углекислого газа; растворитель постепенно испаряется и оставляет серию известковых пленок, и они сцепляются последовательно, создавая самые фантастические формы, как показано в различных замечательных пещерах, и особенно в пещере Арта на острове Майорка.

В металлических веществах сцепление частиц приобретает важное значение в вопросе относительной вязкости и способности сопротивляться деформации; следовательно, термин «сцепление» видоизменяется в свойство «вязкости».

Вязкость различных металлов определяется путем установления веса, необходимого для разрыва проволок одинаковой длины и калибра. Железо, по-видимому, обладает свойством вязкости в наибольшей степени, а свинец — в наименьшей. (Рис. 77.)

Fig. 77. Fig. 77.

b. Чаша, поддерживаемая свинцовой проволокой, разорванной весом, который железная проволока в a легко поддерживает.

Вязкость железа используется самым научным образом великими инженерами, построившими Британийскую трубчатую переправу и восьмое чудо света — пароход «Левиафан», или «Грейт Истерн». В обоих этих возвышенных воплощениях гения и промышленного мастерства Великобритании преимущество ячеистого принципа полностью признано. Масштаб этого колоссального корабля лучше осознается, если вспомнить, что «Грейт Истерн» в шесть раз больше линейного корабля «Герцог Веллингтон», что его длина более чем в три раза превышает высоту Монумента, в то время как по ширине он равен ширине Пэлл-Мэлл, а прогулка вокруг палубы составит более четверти мили. До ватерлинии корпус построен с внутренней и внешней оболочкой, отстоящими друг от друга на два фута десять дюймов, каждая из трехчетвертьдюймовой плиты; а между ними, с интервалами в шесть футов, проходят горизонтальные перемычки из железных листов, которые превращают все это в серию непрерывных ячеек или железных коробок. (Рис. 78.)

Fig. 78. Fig. 78.

Поперечное сечение «Грейт Истерн», показывающее ячеистую конструкцию от киля до ватерлинии, a a.

Этот двойной корабль полезен по-разному; во-первых, опасность, возникающая при столкновении, уменьшается, так как предполагается, что будет сломана или повреждена только внешняя перемычка; так что вода тогда не хлынет в пароход, а просто заполнит пространство между оболочками. Во-вторых, если возникнут трудности с получением балласта, пространство можно заполнить 2500 тоннами воды или снова откачать ее, в зависимости от потребностей судна. Прочность непрерывной ячеистой конструкции легко представить, и ее можно хорошо проиллюстрировать тонким листом обычного жестяного листа. Если концы опереть на деревянные бруски так, чтобы они перекрывали дерево примерно на один дюйм, они легко смещаются, и имитационный мост разрушается со своих опор добавлением в центр нескольких унций веса; в то время как тот же жестяной лист, свернутый в фигуру трубки и снова опирающийся на те же бруски, теперь выдержит много фунтов веса, не сгибаясь и не ломаясь. (Рис. 79.)

Fig. 79. Fig. 79.

a. Плоский жестяной лист, ломающийся под весом нескольких унций. b. Тот же жестяной лист, свернутый в трубку, выдерживает очень большой вес.

Палуба корабля двойная или ячеистая, по плану Стефенсона в Британийском трубчатом мосту, и имеет длину 692 фута. Регистровая вместимость составляет 18 200 тонн, а по обмеру строителя — 22 500 тонн; корпус «Грейт Истерн» считается обладающим такой огромной вязкостью, что если бы он был поддержан массивными каменными блоками размером шесть футов, помещенными на каждом конце, у носа и кормы, он не прогнулся бы, не искривился и не осел бы посередине более чем на шесть дюймов, даже со всеми своими механизмами, углем, грузом и живым фрахтом.

Приводя замечательные примеры адгезивной силы и вязкости неорганической материи, может быть, не совсем неуместно упомянуть о силе и мощи живой материи, или мышечной силе. Утверждается, что доктор Джордж Б. Уиншип из Роксбери в Америке, молодой врач двадцати пяти лет, весящий 143 фунта, — самый сильный человек из ныне живущих; по сути, настоящий Самсон девятнадцатого века. Он может поднять бочку муки с пола до плеч; может поднять себя за любой мизинец, пока его подбородок не окажется на полфута выше него; может поднять 200 фунтов любым мизинцем; может поднять церковный колокол весом 141 фунт; может поднять руками 926 фунтов мертвого веса без помощи ремней или поясов любого рода. По сравнению с Топхэмом, корнуоллским силачом, который мог поднять 800 фунтов, или бельгийским, его сила больше; а поскольку использование ремней и поясов увеличивает силу подъема примерно в четыре раза, утверждается, что Уиншип мог поднять по крайней мере 2500 фунтов веса.

Fig. 80. Fig. 80.

a. Обычный стеклянный водяной молот. b. Медная трубка того же назначения, показывающая откачивающий шприц в d, уровень воды в b и конец, который нужно поместить в огонь в c.

С этими иллюстрациями сцепления мы можем вернуться к абстрактному рассмотрению этой силы применительно к воде, в которой мы заметили, что антагонистом этого вида притяжения является сила или мощь, называемая калориком или теплом. Последнее влияние снимает ледяные оковы зимы и превращает лед в следующее состояние — воду. В этом состоянии сцепление почти скрыто, хотя существует лишь небольшой избыток, чтобы удерживать даже частицы воды в состоянии единства, и этот факт прекрасно иллюстрируется образованием блестящих алмазных капель росы на поверхностях различных листьев, а также силой и мощью, проявляемой большими объемами воды, которые демонстрируют свою могучую силу в виде разбивающихся волн, ударяющихся о скалы и маяки и заставляющих их дрожать до самого основания от ярости удара; здесь должно быть какое-то единство частиц, иначе коллективная сила не могла бы быть проявлена, это было бы как бросание горсти песка в окно — производится определенное количество шума, но стекло не разбивается; в то время как тот же песок, соединенный каким-либо клейким материалом, пробил бы себе путь и вскоре разбил бы хрупкое стекло. Так привычно видеть, что частицы воды легко разделяются, что становится трудно распознать наличие сцепления; но эта связь единства хорошо иллюстрируется в опыте с водяным молотом. Маленький прибор обычно изготавливается из стеклянной трубки с колбой на одном конце; в этой колбе вода, которую она содержит, кипятится, и по мере того как пар выходит из другого конца, вытянутого в капиллярную трубку, отверстие закрывается путем плавления пламенем паяльной трубки. По мере остывания воды пар конденсируется, и создается вакуум, насколько это касается воздуха; если теперь трубку внезапно перевернуть, вся вода падает en masse, коллективно, и, ударяясь о дно трубки, производит металлический звон, точно так же, как если бы внутри трубки находился кусок дерева или металла. Если конец, на который падает вода, не защищен ладонью руки, вода сама себя пробивает и отламывает ту часть стеклянной трубки. Поэтому лучше конструировать водяной молот из медной трубки диаметром около трех четвертей дюйма и длиной три фута; на одном конце вставлена внутренняя резьбовая деталь, в которую ввинчен запорный кран; когда трубка наполнена водой на высоту около шести дюймов и встряхивается, воздух разделяет падающий объем воды, и слышен обычный плещущий звук; нет единства или сцепления частей; если, однако, конец медной трубки сунуть в огонь и вскипятить воду так, чтобы пар выходил из крана, который затем закрывается, а трубку вынимают и охлаждают, наносится резкий удар, который отчетливо слышен, когда медную трубку быстро переворачивают или встряхивают, чтобы заставить воду подняться и упасть. Опыт можно сделать еще более поучительным, повернув кран и впустив воздух, который врывается со свистящим звуком, и при встряхивании трубки металлический звон больше не слышен, но его можно снова восстановить, прикрепив небольшой воздушный шприц или ручной насос и удалив воздух путем откачки. (Рис. 80.)

В жидком состоянии вода все еще обладает избытком сцепления над антагонистической силой тепла; однако, когда последнее применяется в избытке, тогда квази-борьба заканчивается; тепло подавляет силу сцепления и превращает воду в самого послушного раба, который когда-либо отдавался прихотям человека — а именно в пар — славный, полезный пар: и теперь достигнут другой конец цепи, где торжествует тепло; в то время как в твердых телах, таких как лед, сцепление является победителем, а промежуточное звено отображается в жидком состоянии воды. Если какой-либо факт мог дать представление о гигантском размере «Грейт Истерн», то это сила пара, который будет использоваться для перемещения его со скоростью около восемнадцати миль в час с мощностью, оцениваемой в номинальном размере 2600 лошадей, но абсолютно не менее 12 000 лошадей. Эта паровая мощность, в сочетании с тем фактом, что она была чрезвычайно усилена в своих острых, мощных носах путем укладки трех полных железных палуб в носовой части, простирающихся от носа назад на 120 футов, продемонстрирует, что в случае войны «Грейт Истерн» может оказаться мощным вспомогательным средством для Правительства. Эти палубы будут заняты экипажем из 300 или 400 человек, и с этим большим увеличением прочности в носовой части «Грейт Истерн», идя на полной мощности, мог бы догнать и разрезать пополам самый большой деревянный линейный корабль, который когда-либо плавал. Если бы война, к несчастью, распространилась на мирную Англию, и огромная мощь этого судна была бы реализована, ее название было бы не без оснований изменено с «Грейт Истерн» на «Великий Ужас» океана. «Таймс» очень правильно спрашивает: «Какой флот мог бы встать на пути такой массы, весящей около 30 000 тонн и движимой через воду мощностью 12 000 лошадиных сил со скоростью двадцать два или двадцать три мили в час? Для производства пара потребуется 250 тонн угля в день, и велик будет почетный гордость проектировщиков, когда они увидят ее по-настоящему на плаву, скользящей через океан на Дальний Запад».

Хороший и поразительный опыт, демонстрирующий переход из жидкого состояния в парообразное, показан путем привязывания куска листового каучука к жестяному сосуду, содержащему унцию или две воды. Когда она закипает, индийская резина растягивается и лопается с громким шумом; или в другой иллюстрации — путем осторожного вливания эфира через воронку в колбу, помещенную на кольцевой подставке. Если поднести пламя к отверстию, не выходит никакого пара, который мог бы воспламениться, при условии, что горлышко колбы не было смочено эфиром. Однако, когда применяется тепло спиртовой лампы, эфир вскоре закипает, и теперь при поднесении зажженной лучины получается пламя длиной в несколько футов, которое регулируется спиртовой лампой внизу, и когда ее убирают, длина пламени немедленно уменьшается и полностью гаснет, если дно колбы погрузить в холодную воду; отвод тепла восстанавливает силу сцепления. Еще одна иллюстрация огромной силы пара будет вскоре продемонстрирована в паровом таране; и, «Предполагая», — говорит «Таймс», — «что новый паровой таран окажется успешным проектом, лучшие образцы современных военных кораблей будут сведены для сравнения к беспомощности лодок. Представьте себе чудовищную конструкцию, плавающую посреди канала, огнеупорную и пуленепробиваемую, способную метать бортовые залпы из 100 снарядов на расстояние шести миль; или включать пар по желанию и протаранить все на поверхности моря с импульсом, совершенно неотразимым».

«Этот ужасный двигатель разрушения, как ожидается, будет сам неразрушимым. Нам говорят, что он может быть изрешечен выстрелами (предполагая, что какой-либо выстрел может пробить его борта), что его нос и корма могут быть разбиты в куски и он может быть сведен, по-видимому, к бесформенному обломку, не теряя своей плавучести или силы. Предполагая, что он полагается на шок от своего удара, а не на бой своими орудиями, подсчитано, что он потопил бы линейный корабль за три минуты, так что эскадра, такая же большая, как весь наш флот, находящийся сейчас в строю, была бы уничтожена примерно за один час и четверть».

ГЛАВА VII.

АДГЕЗИВНОЕ ПРИТЯЖЕНИЕ.

Термин «сцепление» не следует путать с термином «адгезия», который относится к прилипанию или притяжению тел разного рода. Покойный профессор Даниэль определяет сцепление как притяжение гомогенных (ὁμος — «подобный» и γενος — «род») или подобных частиц; адгезию — как притяжение, существующее между частицами гетерогенного (ετερος — «другой» и γενος — «род»).

Существует множество иллюстраций адгезии, таких как починка фарфора и использование клея или пасты при соединении различных поверхностей, или раствора при строительстве из кирпичей; это также хорошо показано на лекционном столе с помощью пары весов, одна чаша которых, будучи хорошо очищенной щелочью снизу, может быть затем помещена на поверхность воды, содержащейся в тарелке; адгезия между водой и металлом настолько совершенна, что на другую чашу можно положить много гирь в гранах, прежде чем адгезия будет нарушена; и после разрыва, если чашу снова поместить на воду и убрать несколько гран с другой, чтобы отрегулировать две чаши и сделать их почти равными, капля скипидара, будучи добавленной, мгновенно распространяется по воде и, нарушая адгезию между последней и металлом, чаша весов немедленно и снова отрывается, так как адгезия между скипидаром и металлом не так велика, как у воды и металла. Адгезия воздуха и воды хорошо показана в аппарате, рекомендованном для вентиляции шахт, в котором постоянный нисходящий поток воды несет с собой количество воздуха, который, будучи высвобожденным, затем выталкивается из соответствующего отверстия. Тот же вид адгезии между воздухом и водой демонстрируется в древней испанской каталонской кузнице, где дутье подается в железную печь по аналогичному принципу, только используется естественный каскад вместо искусственного падения воды через трубу.

Адгезия воздуха и воды приобретает определенное значение, когда река протекает через большой и густонаселенный город, поскольку вода при своем движении туда и обратно неизбежно увлекает за собой непрерывный поток воздуха, способствуя поддержанию постоянного перемешивания воздушных масс, что желательно для предотвращения скопления вредного воздуха, насыщенного зловонными запахами, исходящими от илистых отмелей или по другим причинам. Факт адгезии, существующей между водой и воздухом, легко продемонстрировать, если опереть один конец длинной стеклянной трубки диаметром не менее одного дюйма на деревянный брусок высотой в один фут. Если позволить воде стекать по трубке так, чтобы над ней оставалось достаточное пространство для воздуха, адгезия между двумя древними стихиями становится очевидной, как только вблизи верхнего конца стеклянной трубки, опирающейся на деревянный брусок, образуется немного дыма. Дым, который имеет большую склонность подниматься, чем опускаться, увлекается вниз по стеклянной трубке и сопровождает воду, когда она течет с более высокого уровня на более низкий. Та же истина иллюстрируется и в горизонтальных желобах или трубках, через которые пропускают воду.

Адгезия между воздухом и стеклом настолько велика, что в трубках лучших барометров совершенно необходимо кипятить ртуть; и если не уделить этому должного внимания, то прилипший воздух между стеклом и ртутью постепенно поднимается вверх и разрушает торричеллиеву пустоту в верхней части барометрической трубки. Даже после кипячения ртути воздух с годами будет просачиваться вверх; и чтобы предотвратить его прохождение между стеклом и ртутью, рекомендуется припаивать платиновое кольцо к концу стеклянной трубки, поскольку ртуть обладает способностью смачивать или покрывать пленкой металлическую платину, и, находясь в тесном контакте, они как бы закрывают единственную дверь, через которую воздух мог бы проникнуть в барометрическую трубку.

Fig. 81. Fig. 81.

Модель прибора для затягивания воздуха вниз. a — резервуар с водой, снабженный поплавковым клапаном и поддерживаемый на одном уровне, так что вода просто стекает по стенкам трубки и увлекает за собой воздух в центре, b, c. Сосуд, в который воздух и вода подаются по гуттаперчевой трубке, t. Имеется еще один поплавковый клапан, позволяющий отработанной воде вытекать, когда она достигает определенного уровня; конец трубы всегда погружен на несколько дюймов в эту воду, в то время как воздух выходит через сопло, d.

ГЛАВА VIII.

КАПИЛЛЯРНОЕ ПРИТЯЖЕНИЕ.

Этот вид притяжения называется капиллярным, поскольку трубки с калибром или отверстием толщиной с волос притягивают и удерживают жидкости.

Если налить воду в стакан, поверхность ее не будет ровной, а вогнутой у краев, где твердое стекло оказывает свое адгезионное притяжение на жидкость и оттягивает ее от уровня. Если стакан сузить до очень узкой трубки с волосяным отверстием, притяжение становится настолько сильным, что вода удерживается в трубке вопреки силе гравитации. Два плоских куска стекла, приложенные друг к другу и затем раскрытые, как книга, втягивают воду между собой по тому же принципу. Кусок соли, положенный на тарелку с небольшим количеством воды, окрашенной индиго, демонстрирует этот вид притяжения наиболее полно, и вода быстро впитывается, что видно по синему цвету на соли. Небольшое количество раствора аммиачно-медного сульфата придает соли более тонкий и отчетливый синий цвет. Кусок сухого гондурасского красного дерева размером в один квадратный дюйм, помещенный на блюдце с небольшим количеством скипидара, вскоре оказывается пропитанным маслом до самого верха, после чего его можно поджечь.

Почти каждый вид древесины обладает капиллярными трубками и будет плавать благодаря тому, что эти мельчайшие сосуды заполнены воздухом; однако, если воздух удалить, дерево тонет, и если прокипятить шар из букового дерева в воде, а затем поместить его под вакуум воздушного насоса в другую холодную воду, он настолько насыщается водой, что перестает плавать. Замечательный случай такого рода упоминается Скорсби, когда лодка была утянута китом на большую глубину в океане, и после всплытия на поверхность обнаружилось, что дерево не плавает и не горит, так как капиллярные поры были полностью заполнены соленой водой.

Кусок эбенового дерева тонет в воде из-за своей плотности, отсутствия пор и воздуха. Калибр, изготовленный из куска дуба с просверленным отверстием диаметром в один дюйм, точно вмещает сухую пробку из ивового дерева, которая не входит в отверстие после того, как ее намочат. Жернова раскалывают, вставляя клинья из сухой твердой древесины, которые затем смачивают, и они разбухают, разрывая камень. Один из самых любопытных примеров капиллярного притяжения показан при дублении кожи — процессе, предназначенном для придания коже мягкости и эластичности, чтобы она стала пригодной для изготовления сапог, упряжи, машинных ремней и т. д. Цель дубильщика — заполнить поры кожи маслом, и поскольку это невозможно сделать простым смазыванием поверхности, он подготавливает путь для масла, тщательно смачивая кожу водой, и пока кожа влажная, втирает масло, а затем выставляет ее на воздух; вода испаряется при обычных температурах, а масло — нет; в результате поры кожи отдают воду, которая исчезает при испарении, а масло благодаря капиллярному притяжению втягивается в толщу кожи, фактически занимая место, освободившееся от воды, и делает материал очень эластичным и в значительной степени водонепроницаемым. В бумажном производстве поры этого материала, если их не заполнить или не проклеить, вызывают расплывание чернил из-за капиллярного притяжения. Пористость почв — одно из главных условий для искусного земледельца, а дренаж предназначен для удаления избытка воды, которая заполнила бы поры земли, вытесняя более ценные росы и дожди, несущие питательные вещества, полученные из удобрений и атмосферы.

Тростник представляет собой совокупность мелких трубок, и если кусок длиной около шести дюймов (отрезанный, конечно, от узлов) поместить в бутылку со скипидаром, масло поднимется вверх и его можно будет сжечь на конце; именно на этом принципе основаны неразрушимые фитили из асбеста и проволочной сетки, свернутой вокруг центрального сердечника, используемые в спиртовых лампах. Масло, воск и сало поднимаются по капиллярному притяжению в фитилях к пламени, где они кипят, превращаются в газ и сгорают.

Fig. 82. Fig. 82.

Фильтр Гебера. a. Раствор ацетата свинца. b. Разбавленная серная кислота. c. Прозрачная жидкость, отделенная от сульфата свинца в b.

Капиллярное притяжение хлопчатобумажных нитей к воде было известно и ценилось старыми алхимиками; и Гебер, один из самых древних пионеров науки, живший около седьмого века, описывает фильтр, с помощью которого жидкость отделяется от твердого вещества. Этот эксперимент хорошо демонстрируется путем помещения раствора ацетата свинца в стакан, который ставится на самый высокий блок из трех, расположенных ступенями. В этот стакан опускается короткий конец хлопчатобумажного фитиля, предварительно смоченного дистиллированной водой; длинный конец погружается в другой стакан внизу, содержащий разбавленную серную кислоту, и по мере того как раствор свинца переходит в него, образуется твердый белый осадок сульфата свинца; затем в этот стакан помещается другой смоченный хлопковый фитиль, длинный конец которого проходит в последний стакан, так что прозрачная жидкость отделяется, а твердое вещество остается позади. (Рис. 82.)

Fig. 83. Fig. 83.

Сифон из хлопковой нити.

В этом фильтре хлопковая нить действует как сифон через капиллярные поры, которые она образует. По тому же принципу можно самым изящным образом промыть креветку (как впервые показал покойный герцог Сассекский), поместив хвост, после удаления веерообразной части, в стакан с водой и позволив голове свисать, когда вода втягивается капиллярным притяжением и продолжает течь через голову. (Рис. 83.)

Нити, из которых изготавливаются льняные, хлопчатобумажные и шерстяные ткани, представляют собой маленькие шнуры, и усадка таких текстильных изделий хорошо известна и обычно является предметом расспросов при покупке; здесь снова проявляется капиллярное притяжение, и ткань сжимается в двух направлениях — нитей основы и утка; так, двадцать семь ярдов обычного ирландского льна навсегда усядут примерно до двадцати шести ярдов в холодной воде. В этих случаях вода притягивается в волокна текстильного материала и, заставляя их разбухать, неизбежно укорачивает их длину, точно так же, как сухая веревка, натянутая между двумя стенами для сушки белья, как известно, вырывает крюки после того, как внезапно намокнет и укоротится под дождем.

Чтобы затянуть повязку, достаточно обмотать сухую льняную ткань вокруг конечностей как можно плотнее, а затем намочить ее водой, после чего происходит необходимая усадка.

Если кусок сухой хлопчатобумажной ткани привязать к одному концу лампового стекла, другой можно очень легко опустить в таз с водой или вынуть из него, но когда хлопок намокает, волокна сжимаются и препятствуют проникновению воздуха, так что стекло удерживает воду, как если бы это был обычный газовый цилиндр, закрытый стеклянной пробкой.

Fig. 84. Fig. 84.

a. Таз с водой. b. Цилиндр из проволочной сетки, закрытый с обоих концов сеткой. Когда он полон воды, его можно поднять из таза за ручку, c.

Испанская пословица, выражающая презрение, гласит: «ходить за водой с решетом», но даже эта кажущаяся невозможность преодолевается использованием цилиндра из проволочной сетки, который можно наполнить водой, и благодаря капиллярному притяжению между ячейками медной проволочной сетки и водой вся она удерживается и может быть осторожно поднята из таза с водой; эксперимент удается только тогда, когда воздух полностью вытеснен из промежутков сетки, а маленький цилиндр полностью заполнен водой; это можно сделать путем многократного погружения и вынимания цилиндра или, что еще эффективнее, сначала смочив его спиртом, а затем окунув цилиндр в воду.

Воздушный шар, сделанный из хлопчатобумажной ткани, невозможно надуть с помощью мехов, но если шар намочить водой, то его можно раздуть воздухом, как если бы он был сделан из воздухонепроницаемого материала; отсюда принцип лакирования шелка или заполнения пор вареным маслом, когда это требуется при производстве воздушных шаров.

Бисквитный фарфор, пористые перегородки для гальванических батарей, алькаррасы или охладители воды — все это примеры одного и того же принципа.

Высказываясь весьма одобрительно о благородных трудах многих джентльменов (начиная с мистера Герни), которые установили «питьевые фонтанчики» в пыльной атмосфере и на людных улицах Лондона, не следует забывать, что благочестивые мусульмане в прошлые времена уже подали нам пример в этом отношении; и в лучшие дни многих мавританских городов измученный жаждой горожанин всегда мог освежиться глотком прохладной воды из пористых бутылок, предоставленных и обеспеченных средствами благотворительных мусульман и расставленных на общественных улицах.

Fig 85. Fig 85.

Мавританская ниша и пористая глиняная бутылка с водой.

ГЛАВА IX.

КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ.

Fig. 86. Fig. 86.

Кристаллы снега.

Уже было сказано, что сила сцепления связывает подобные частицы веществ вместе, будь они аморфными или бесформенными, кристаллическими или имеющими правильную симметричную и математическую фигуру. Термин «кристалл» первоначально применялся древними к кремнезему в форме того, что обычно называют горным хрусталем или бразильским галькой; и они полагали, что это вода, затвердевшая от необычайной интенсивности холода и не поддающаяся оттаиванию при обычном или летнем тепле. Действительно, эта идея древних была воплощена (в определенной степени) в виде искусственного льда, полученного путем кристаллизации больших количеств сульфата натрия, который делали как можно более плоским и на котором приглашали кататься на коньках, выписывая «восьмерку», за обычную плату за вход, составлявшую двенадцать пенсов. Кристалл в настоящее время определяется как неорганическое тело, которое в результате действия сродства приняло форму правильного твердого тела, ограниченного определенным количеством граней или гладких поверхностей.

Тысячи минералов обнаруживаются в кристаллическом состоянии — например, кубы железного колчедана (сульфид железа) и плавикового шпата (фторид кальция), в то время как многочисленные солеобразные тела, называемые солями, продаются только в форме кристаллов. Из этих солей у нас есть отличные примеры в виде английской соли (сульфат магния), селитры (нитрат калия), квасцов (сульфат алюминия) и поташа; термин «соль» применяется специально ко всем веществам, состоящим из кислоты и основания, а также к другим комбинациям элементов, которые могут принимать или не принимать кристаллическую форму. Так, селитра состоит из азотной кислоты и поташа; первая, даже в сильном разведении, быстро меняет цвет бумаги, смоченной в настойке лакмуса и окрашенной в синий цвет, на красный, в то время как поташ проявляет свою щелочную природу, меняя цвет бумаги, окрашенной в желтый цвет настойкой куркумы, на красно-коричневый. Последняя бумага восстанавливает свой первоначальный желтый цвет при погружении в разбавленную азотную кислоту, в то время как лакмусовая бумага вновь обретает свой нежный синий цвет при помещении в щелочной раствор. Кислота и щелочь соединяются и образуют нейтральную соль, такую как селитра, которая не оказывает никакого действия на лакмус или куркуму; в то время как элемент йод, который не является кислотой, соединяется с металлическим элементом калием, который, следовательно, не является щелочью, и образует соль, кристаллизующуюся в кубы, называемую йодидом калия. Опять же, тростниковый сахар, состоящий из углерода, кислорода и водорода, кристаллизуется в твердые прозрачные четырехгранные и неправильные шестигранные призмы, но солью не называется. Кремнезем или песок встречается в природе в виде наиболее совершенных кристаллов в форме шестигранных пирамид, но солью не является; это кислота, называемая кремниевой кислотой. Песок не имеет кислого вкуса, потому что он нерастворим в воде, но при плавлении в тигле со щелочью, такой как поташ, он образует соль, называемую силикатом калия. Магнезия, будучи нерастворимой или почти нерастворимой в воде, почти безвкусна и едва имеет щелочную реакцию, однако она является очень сильным щелочным основанием; 20,7 частей ее нейтрализуют столько же серной кислоты, сколько 47 частей поташа. Соль не всегда является кристаллизующимся веществом, и наоборот. Прогресс наших химических знаний потребовал более широкого распространения и применения термина «соль», и теперь он не ограничивается только комбинацией кислоты и щелочи, но присваивается даже соединениям, состоящим только из серы и металла, которые называются серными солями.

Точно так же в комбинациях хлора, йода, брома и фтора с металлическими телами, ни одно из которых не является кислотным или щелочным, Берцелиус применил термин «галоидные соли» от греческого (als — морская соль и eidos — форма), потому что они аналогичны по строению морской соли; и упоминание морской соли снова напоминает нам о широком значении термина «соль», первоначально ограниченного этим веществом, но теперь расширенного до четырех великих порядков, как определил Тернер:

Порядок I. Оксисоли. — Этот порядок не включает ни одной соли, кислота или основание которой не является окисленным телом (например, нитрат калия).

Порядок II. Гидросоли. — Этот порядок не включает ни одной соли, кислота или основание которой не содержит водорода (например, хлорид аммония).

Порядок III. Серные соли. — Этот порядок не включает ни одной соли, электроположительный или отрицательный ингредиент которой не является сульфидом (например, гидросульфид калия).

Порядок IV. Галоидные соли. — Этот порядок не включает ни одной соли, электроположительный или отрицательный ингредиент которой не является галоидным. (Примеры: йодид калия и морская соль). Чтобы еще лучше закрепить понятие соли в юном уме, следует помнить, что алебастр, из которого создаются произведения искусства, или мрамор, или известняк, или мел — все это соли, потому что они состоят из кислоты и основания.

Чтобы заставить вещество кристаллизоваться, сначала необходимо наделить частицы свободой движения. Существует много способов сделать это химически или путем применения тепла, но мы не можем никаким механическим процессом концентрации, сжатия или деления заставить вещество кристаллизоваться, если не считать, пожалуй, того замечательного превращения ковкого или волокнистого железа в кристаллическое или хрупкое железо при постоянной вибрации, как в осях кареты, или при прикреплении куска волокнистого железа к молоту.

Если мы измельчим кристаллы квасцов, они больше не примут свою кристаллическую форму; при соприкосновении нет свободы движения. Это похоже на помещение нескольких капель ртути на тарелку. У них нет силы создавать движение; их инерция удерживает их на определенных расстояниях, и они не сливаются; но наклоните тарелку, придайте им движение и приведите их в контакт, они вскоре соединятся и образуют одну каплю. Частицы квасцов не находятся в тесном контакте, и у них нет свободы движения, если они не растворены в воде, когда они становятся невидимыми; вода своей химической силой разрушает механическую агрегацию твердых квасцов гораздо сильнее, чем любая операция растирания. Твердые квасцы стали жидкими, как вода; частицы теперь свободны двигаться без препятствий со стороны трения. Получается раствор (от латинского solvo — развязывать). Квасцы действительно должны быть измельчены до мельчайших частиц, так как они одинаково невидимы для глаза, независимо от того, используется микроскоп или нет. Никакой покой не заставит квасцы разделиться; растворяющая сила воды противостоит гравитации; каждая часть раствора одинаково пропитана квасцами, и частицы распределены на равных расстояниях по воде; тяжелые квасцы фактически поднимаются против силы тяжести водой.

Как же тогда вернуть квасцы в твердое состояние? Ответ достаточно прост. Путем испарения избытка воды, либо применением тепла, либо длительным воздействием атмосферы в очень мелком сосуде, мельчайшие атомы квасцов сближаются, и происходит кристаллизация. Переход в твердое состояние обозначается образованием тонкой пленки (называемой пелликулой) кристаллов и далее, еще более удовлетворительно, доказывается взятием капли раствора и помещением ее на кусочек стекла, который быстро заполняется кристаллами, если испарение было доведено достаточно далеко (Рис. 87).

После испарения достаточного количества воды чашку отставляют в сторону и дают остыть, при этом образуются кристаллы с предельной правильностью формы, которые, согласно геометрическому термину, называются октаэдрическими или восьмигранными кристаллами, когда они находятся в состоянии предельного совершенства (Рис. 88).

Fig. 87. Fig. 87.

r r. Кольцевой штатив. s s. Спиртовые лампы. a. Колба, содержащая кипящий раствор квасцов. — Растворение. b. Воронка с кусочком хлопковой нити, набитой в дно. — Фильтрация. c. Выпарительная чашка. — Испарение. d. Капля на стекле. — Кристаллизация.

Fig. 88. Fig. 88.

Наука кристаллография слишком сложна, чтобы обсуждать ее подробно в работе такого рода; поэтому будут объяснены только различные термины, связанные с кристаллами, и приведены эксперименты в иллюстрацию образования различных кристаллов.

Когда вершины — т. е. кончики или точки кристаллов — срезаются, говорят, что они усечены; то же самое изменение происходит на гранях многочисленных кристаллов.

Если некоторое количество соли, называемой хлоридом кальция, в сухом и аморфном состоянии подвергнуть воздействию воздуха, она вскоре поглощает воду, или, как говорят, расплывается: то же самое происходит с кристаллами карбоната калия, и если взвесить четыре унции в выпарительной чашке, а затем выставить примерно на полчаса на воздух, то с помощью весов и гирь можно заметить весьма ощутимое увеличение веса. Расплывание — термин от латинского deliqueo — таять, и это, по сути, постепенное таяние, вызванное поглощением воды из атмосферы. Обратное явление иллюстрируется на различных кристаллах, таких как глауберова соль (сульфат натрия) или обычная стиральная сода (карбонат натрия); если взять чистый прозрачный кристалл из раствора, называемого маточным щелоком, в котором он кристаллизовался, вытереть насухо и поместить под стеклянный колпак, эта соль может оставаться в течение длительного периода без изменений, но если нанести на нее одну царапину булавкой, дверь, по-видимому, открывается для выхода воды, которую она содержит, химически соединенную с солью и называемую кристаллизационной водой; белый кристалл постепенно разбухает, маленькая квази-ранка от царапины булавкой распространяется на все целое, которое становится непрозрачным и, рассыпаясь, превращается в бесформенную массу белой пыли; это изменение называется выветриванием, от effloresco — цвести, как цветок, — вызванным извлечением из них химически связанной воды атмосферой. Что касается сохранения кристаллов, профессор Гриффитс рекомендует смазывать их маслом и протирать, а затем помещать под стеклянный колпак, если они обладают расплывающимися свойствами; или, если они выветриваются, они прекрасно сохраняются под стеклянным колпаком с чашкой воды, чтобы поддерживать воздух насыщенным влагой и предотвратить высыхание кристалла.

Расплывающиеся кристаллы можно сохранить, поместив их в сухом виде в нафту или любую жидкость, в которой они совершенно нерастворимы. Некоторые соли, такие как глауберова соль, содержат так много кристаллизационной воды, что при нагревании они плавятся и растворяются в ней, и это разжижение твердого кристалла называется «водянистым плавлением». Другие соли, такие как морская соль, хлорат калия и т. д., при нагревании разлетаются на куски с резким треском, что иногда объясняется неравномерным расширением кристаллической поверхности или внезапным превращением воды (удерживаемой в кристалле капиллярным притяжением) в пар; так, селитра ведет себя подобным образом и часто удерживает воду в капиллярных трещинах, хотя это безводная соль, или соль, совершенно свободная от связанной воды. Трещащий звук называется декрепитацией и хорошо иллюстрируется бросанием горсти морской соли в чистый огонь; но это свойство уничтожается при измельчении кристаллов.

Многие вещества при плавлении и медленном охлаждении затвердевают в самые совершенные кристаллы; в этих случаях только тепло, антагонист сцепления, является растворяющей силой. Так, если расплавить висмут в тигле и при охлаждении, как раз когда на поверхности образуется пелликула (от pellis — кожа или корка), железным стержнем мгновенно проделать два маленьких отверстия и слить жидкий металл изнутри (одно из отверстий — для входа воздуха, другое — для выхода металла), то при осторожном разбивании тигля обнаруживается, что висмут кристаллизовался в прекраснейшие кубы. Серу, опять же, можно кристаллизовать в призматические кристаллы, следуя аналогичному плану; и большие блоки спермацета, выставляемые восковиками в своих окнах, кристаллизуются внутри и подготавливаются по тому же принципу.

Существуют и другие способы придания веществам кристаллического состояния — а именно, путем перевода их в состояние пара с помощью процесса, называемого сублимацией (от sublimis — высокий или возвышенный), поднятия и конденсации пара в верхней части сосуда; процесс, совершенно отличный от дистилляции, что означает разделение по каплям. Оба этих процесса очень древние и были изобретены арабскими алхимиками задолго до седьмого века. Примеры сублимации показаны при нагревании йода и особенно бензойной кислоты; с последней получается очень изящная имитация снега путем приема пара на веточки падуба или другого вечнозеленого растения, или имитации бумажных подснежников и крокусов, расставленных со вкусом под стеклянным сосудом. Бензойную кислоту следует сначала сублимировать над веточками или искусственными цветами в газовом цилиндре, который можно убрать, когда все остынет, и заменить прозрачным стеклянным колпаком. (Рис. 89.)

Fig. 89. Fig. 89.

a. Газовый цилиндр с пробкой, сначала открытой, которую нужно закрыть, когда лампа убрана. b. Деревянная подставка с отверстием для чашки c, содержащей бензойную кислоту, нагреваемую снизу спиртовой лампой, s. f. Цветы или веточки, расставленные на кусках скалы или минерала.

Все электролитические осаждения на металлах более или менее кристаллические; медь или серебро могут быть осаждены в кристаллической форме путем помещения соскобленной палочки фосфора в раствор сульфата меди или нитрата серебра. Фосфор забирает кислород у металла, или дезоксидирует раствор, и медь или серебро вновь появляются в металлической форме. Поверхность фосфора нельзя соскабливать на воздухе, только под водой, когда операция совершенно безопасна.

Своеобразная и почти мгновенная кристаллизация может быть получена путем насыщения кипящей воды глауберовой солью, которой полторы унции воды обычно растворяют около двух унций; проделав это, влейте раствор, пока он кипит, в чистые масляные колбы или флаконы любого вида, предварительно подогретые в духовке, и немедленно закупорьте их, или привяжите полоски смоченного мочевого пузыря к отверстиям колб или флаконов, или влейте в горлышко небольшое количество оливкового масла, или закройте горлышко пробкой, через которую пропущена трубка термометра. Когда холодно, кристаллизация не происходит до тех пор, пока не будет допущен атмосферный воздух; и раньше считалось, что давление воздуха осуществляет эту цель, пока кто-то не подумал о масле, и теперь теория изменена, и предполагается, что кристаллизация происходит вследствие того, что вода растворяет немного воздуха, который вызывает осаждение мельчайшего кристалла, и это, будучи поворотным моментом, приводит к тому, что все становится твердым. Как бы ни объяснялся этот факт, несомненно, что когда жидкость отказывается кристаллизоваться при доступе воздуха, затвердевание происходит сразу же, как только в сосуд бросают мельчайший кристалл сульфата натрия, или глауберовой соли.

Когда кристаллизация завершена, вся масса обычно настолько полностью затвердевает, что при переворачивании сосуда ни капли жидкости не выливается.

Можно заметить, что одна и та же масса соли будет служить для одной и той же цели любое количество раз. Все, что нужно сделать, — это поместить флакон или колбу в кастрюлю с теплой водой и постепенно довести до точки кипения, пока соль полностью не разжижится, после чего сосуд должен быть закупорен и защищен от воздуха, как и прежде. Когда происходит затвердевание, выделяется много тепла, что становится очевидным с помощью термометра или путем вставки медной проволоки в пастообразную массу кристалла во флаконе, а затем прикосновения к чрезвычайно тонкой стружке или кусочку фосфора, высушенному и помещенному на хлопковую вату. Затвердевание во всех случаях вызывает тепло. Разжижение вызывает холод.

Fig. 90. Fig. 90.

a. Внутренний цилиндр, содержащий охлаждающую смесь. b b. Внешний, содержащий родниковую воду. c c. Лед, соскальзывающий с внутреннего цилиндра.

В аппарате для замораживания Мастерса определенные отмеренные количества кристаллического нашатыря, селитры и нитрата аммония помещаются в металлический цилиндр, окруженный небольшим количеством родниковой воды, содержащейся во внешнем сосуде. Как только кристаллы разжижаются при добавлении воды, создается сильный холод, который замораживает воду и образует точный слепок внутреннего цилиндра изо льда, и это впоследствии может быть удалено путем сливания разжиженных солей и заполнения внутреннего цилиндра водой той же температуры, что и воздух, которая быстро оттаивает окружающий лед и позволяет ему соскользнуть в любой удобный сосуд, готовый его принять. (Рис. 90.)

Изобретательным методом получения крупных и совершенных кристаллов почти любого размера экспериментаторы обязаны Леблану. Его метод состоит в том, чтобы сначала получить мелкие и совершенные кристаллы — скажем, октаэдры квасцов — а затем, поместив их в широкую плоскодонную чашу, он заливает кристаллы количеством насыщенного раствора квасцов, полученного путем выпаривания раствора квасцов до тех пор, пока взятая капля не кристаллизуется при охлаждении. Положения кристаллов меняются не реже одного раза в день стеклянной палочкой, чтобы все грани могли попеременно подвергаться воздействию раствора, ибо сторона, на которой кристалл лежит или соприкасается с сосудом, никогда не получает никакого приращения. Кристаллы будут таким образом постепенно расти или увеличиваться в размерах, и когда они проделают это в течение некоторого времени, лучшие и наиболее симметричные можно вынуть и поместить отдельно в сосуды, содержащие немного того же насыщенного раствора квасцов, и при постоянном переворачивании их можно получить почти любого желаемого размера.

Если кристаллы не переносить в свежие растворы, происходит реакция вследствие истощения квасцов из воды, и кристалл подвергается атаке и растворению. Это действие сначала заметно на краях и углах кристалла; они притупляются и постепенно теряют свою форму вовсе. Этим методом кристаллы можно заставить расти в длину или ширину — первое, когда они помещаются на свои бока, второе, если их заставить стоять на своих основаниях.

По принципу Леблана делаются красивые кристаллические корзинки из квасцов, сульфата меди и бихромата калия. Корзинки обычно делаются из покрытой медной проволоки, и когда соли кристаллизуются на них как на ядре или центре, их постоянно переносят в свежие растворы, так что все полностью покрывается, и образуются красные, белые и синие сверкающие кристаллические корзинки. Они сохранят свой блеск в любое время, если поместить их под стеклянный колпак с чашкой, содержащей немного воды.

Приведенный ниже эскиз дает отличную иллюстрацию некоторых замечательных природных конкреций в своеобразной столбчатой структуре базальта.

Fig. 91. Fig. 91.

Дорога гигантов.

ГЛАВА X.

ХИМИЯ.

Fig 92 Fig 92

Алхимики за работой

Едва ли существует какой-либо вид знаний, который приобретался бы так медленно, как химия, и, возможно, никакая другая наука не предлагала таких захватывающих наград трудам своих приверженцев, как философский камень, который должен был производить неисчерпаемый запас золота; или эликсир жизни, который должен был дать открывателю искусства изготовления золота время, продленную жизнь, в которой он мог бы тратить его и наслаждаться им.

Сотни лет назад Египет был великим хранилищем всех знаний, искусств и наук, и именно в эту древнюю страну путешествовали самые знаменитые мудрецы античности.

Гермес, или Меркурий Трисмегист, любимый министр египетского царя Осириса, прославился как изобретатель искусства алхимии, а первый трактат о нем приписывается Зосиму из Хемниса или Панополя. Мавры, завоевавшие Испанию, отличались своей образованностью, а также вкусом и изяществом, с которыми они проектировали и осуществляли новый стиль архитектуры с его прекрасным арабесковым орнаментом. Они также были великими последователями искусства алхимии, когда перестали быть завоевателями и примирились с искусствами мира. Странно, что такой народ, жаждавший в последующие годы всяческих знаний, должен был уничтожить в лице своих предков самую многочисленную коллекцию книг, которую когда-либо видел мир: великолепная Александрийская библиотека, собранная Птолемеями с большим усердием и за огромные деньги, была сожжена по приказу халифа Омара; в то время как утверждается, что алхимические труды были ранее уничтожены Диоклетианом в четвертом веке, чтобы египтяне не приобрели такими средствами достаточного богатства, чтобы противостоять римской власти, ибо золото было тогда, как и сейчас, «нервами войны».

Восточные историки рассказывают о трудностях и расходах, понесенных последующими халифами, которые, отказавшись от сарацинского варварства своих предков, были рады собрать со всех частей книги, которые должны были составить княжескую библиотеку в Багдаде. Как вздыхает ученый, когда читает о семистах тысячах книг, обреченных на позорную должность отопления сорока тысяч бань в столице Египта, и о великолепной Александрийской библиотеке, ментальном топливе для светильника знаний во все века, потребленном в банных печах и дававшем топливо на шесть месяцев для этой цели. Арабы, однако, искупили эти варварские деяния в последующие века, и когда вся Европа была опустошена под железным правлением готов, они стали защитниками философии и покровителями ее занятий; и таким образом мы подходим к седьмому веку, в котором жил Гебер, арабский принц, и который считается самым ранним из истинных алхимиков, чье имя дошло до потомства.

Не пытаясь заполнить алхимическую историю промежуточных веков, мы перепрыгиваем на шестьсот лет вперед и теперь находим себя в воображении в Англии, с ученым монахом Роджером Бэконом, уроженцем Сомерсетшира, который жил около середины тринадцатого века; и хотя постоянное изучение алхимии еще не принесло «камня», оно принесло плоды в других открытиях, и Роджер Бэкон, как говорят, с большой долей правды, открыл порох, ибо он говорит в одном из своих трудов: — «Из селитры и других ингредиентов мы можем создать огонь, который будет гореть на любом расстоянии»; и снова, намекая на его эффекты, «небольшая часть материи, размером с большой палец, правильно расположенная, произведет потрясающий звук и сверкание, которыми могут быть уничтожены города и армии». Преувеличенный стиль, по-видимому, был любимым у всех философов, от времен Роджера Бэкона до времен Мушенбрука из Лейденского университета, который случайно открыл лейденскую банку в 1746 году и, получив первый удар от флакона, содержащего немного воды, в который были вставлены пробка и гвоздь, заявляет, что «он почувствовал себя пораженным в руки, плечи и грудь, так что потерял дыхание и два дня приходил в себя от последствий удара и ужаса»; добавляя, что «он не принял бы второго удара за королевство Франция». Не обращая внимания на многочисленные алхимические события, происходившие со времен Роджера Бэкона, мы снова продвигаемся на четыреста лет — а именно, к 1662 году, когда 15 июля король Карл II даровал королевскую хартию Философскому обществу Оксфорда, которое переехало в Лондон под названием Королевского общества Лондона по развитию естественных знаний, и в 1665 году был опубликован первый номер «Философских трудов»; эта работа содержит последовательные открытия Мэйо, Хейлса, Блэка, Лесли, Кавендиша, Лавуазье, Пристли, Дэви, Фарадея; и с 1762 года регулярно публикуется со скоростью один том в год. С этим предисловием приступим теперь к обсуждению некоторых разнообразных явлений химического притяжения, или того, что более правильно называется

ХИМИЧЕСКОЕ СРОДСТВО.

Вышеуказанный заголовок относится к бесконечной серии изменений, вызванных химическими комбинациями, все из которых могут быть сведены к определенным фиксированным законам и допускают простую классификацию и упорядочение. Механическую агрегацию, однако, как бы хорошо она ни была организована, всегда можно отличить от химической. Так, зерно пороха состоит из селитры, которую можно смыть кипящей водой, из серы, которую можно сублимировать и заставить улетучиться в виде пара, из древесного угля, который остается после завершения предыдущих процессов; эта смесь была доведена до совершенства тщательной пропорцией соответствующих ингредиентов, она была смочена, измельчена, спрессована, гранулирована и, наконец, высушена; все эти механические процессы были выполнены настолько хорошо, что каждое зерно, если его проанализировать, было бы похоже на другое; и все же это, в конце концов, только механическая агрегация, потому что сера, древесный уголь и селитра остаются неизменными. Зерно пороха, смоченное, раздавленное и исследованное под сильным микроскопом, показало бы желтые частицы серы, черные частицы древесного угля, в то время как вода, отфильтрованная из зерна пороха и высушенная, показала бы селитру по форме кристалла. С другой стороны, если немного селитры расплавить при тусклом красном калении в маленьком тигле и добавить две или три крупинки серы, они быстро окисляются и соединяются с поташем, образуя сульфат калия; и после этого изменения можно добавить несколько крупинок древесного угля аналогичным образом, когда они ярко горят, окисляются и превращаются в углекислоту, которая также соединяется подобным образом с поташем, образуя карбонат калия; так что когда расплавленная селитра остывает и несколько частиц исследуются под микроскопом, древесный уголь и сера уже неразличимы, они подверглись химической комбинации с частями селитры и произвели две новые соли, совершенно отличные по вкусу, весу и внешнему виду от исходных веществ, использованных для их получения. Следовательно, химическая комбинация определяется как «то свойство, которым обладает одно или несколько веществ, соединяться вместе и производить третье или иное тело, совершенно отличное по своей природе от любого из двух или более, порождающих новое соединение».

Вернемся к нашему первому эксперименту с порохом: возьмите серу, поместите немного в железный ковш, нагрейте над газовым пламенем, пока она не загорится, затем поднимитесь по лестнице и осторожно вылейте ее с наибольшей высоты, которой можете достичь, в ведро с теплой водой: если этот эксперимент проводится в затемненной комнате, получается великолепный и непрерывный поток огня синего цвета, без единого разрыва по всей его длине, при условии, что ковш постепенно наклоняется и опорожняется. Вещество, которое падает в теплую воду, больше не желтое и твердое, а красное, мягкое и пластичное; это все еще сера, хотя она приняла новую форму, потому что этот элемент диморфен (dis — дважды и morphe — форма) и, подобно Протею, может принимать две формы. Возьмите другой ковш и расплавьте немного селитры при тусклом красном калении, затем добавьте небольшое количество серы, которая будет гореть, как и прежде; и теперь, подождав несколько минут, повторите тот же эксперимент, выливая жидкость со ступенек через воздух в воду; заметьте, она больше не пылает, и вещество, полученное в воде, не красное, мягкое и пластичное, а белое или почти белое и быстро растворяется в воде. Сера соединилась с кислородом селитры и образовала серную кислоту, которая соединяется с поташем и образует сульфат калия; здесь, значит, кислород, сера и калий соединились и образовали соль, в которой отдельные свойства трех тел полностью исчезли; чтобы доказать это, достаточно растворить сульфат калия в воде, и после фильтрации раствора или предоставления ему возможности отстояться, пока он не станет совершенно прозрачным и ярким, можно добавить немного раствора бариты, когда выпадает белый осадок, состоящий из сульфата бария, который нерастворим в азотной или других сильных кислотах. Поведение раствора сульфата калия с нитратом бария теперь можно противопоставить поведению элементов, которые он содержит; при добавлении серы к раствору нитрата бария не происходит никаких изменений, потому что сера совершенно нерастворима. Если поток газообразного кислорода пропускается из мочевого пузыря и через сопло через тот же тест, никакого эффекта не производится; нитрат бария уже приобрел свою полную пропорцию кислорода, и никакое дальнейшее добавление не имеет никакой силы изменить его природу; наконец, если кусочек металла калия поместить в раствор нитрата бария, он не тонет, будучи легче воды, и загорается; но это никоим образом не связано с присутствием теста, так как то же самое произойдет, если другой кусочек металла поместить в воду — именно кислород последней быстро соединяется с калием и заставляет его стать настолько горячим, что водород, выходящий вокруг маленьких раскаленных докрасна капель, загорается; более того, факт горения калия при таких обстоятельствах является еще одним поразительным доказательством противоположных качеств трех элементов — серы, кислорода и калия — по сравнению с тремя химически соединенными и образующими сульфат калия. Тот же вид эксперимента можно повторить с древесным углем; если немного порошкообразного древесного угля раскалить докрасна, а затем вдуть в воздух с помощью воздуходувной машины, образуется множество искр, и древесный уголь сгорает, образуя газ углекислоту, при этом остается немного золы; но если нагреть еще немного селитры в ковше и добавить древесный уголь, происходит блестящая дефлаграция (deflagro — гореть), и древесный уголь, вместо того чтобы улетучиться в воздух в виде углекислоты, теперь удерживается в той же форме, но прочно и химически соединен с поташем селитры, образуя карбонат калия, или поташ, который не черный и нерастворимый в воде и кислотах, как древесный уголь, а белый, и не только растворим в воде, но и наиболее быстро атакуется кислотами с шипением, и углерод выходит в виде газа углекислоты. Таким образом, мы проследили различие между механической агрегацией и химическим сродством, взяв в качестве примера разницу между порохом в целом (в котором ингредиенты сбалансированы настолько тонко, что это почти химическая комбинация) и его составляющими — серой, древесным углем и селитрой, когда они химически соединены; или, говоря короче, мы заметили разницу между механической смесью и некоторыми химическими комбинациями трех важных элементов. Наше очень поверхностное и частичное исследование трех простых тел, однако, не дает нам глубокого понимания принципов химии; мы, так сказать, только освоили значение нескольких слов на языке; мы могли бы знать, что chien — это по-французски собака, или cheval — лошадь, или homme — человек; но это знание не было бы приобретением французского языка, потому что мы должны сначала знать алфавит, а затем комбинацию этих букв в слова; мы также должны приобрести знание правильного расположения этих слов в предложениях, или грамматику, как синтаксис, так и просодию, прежде чем мы сможем претендовать на звание французского ученого: так обстоит дело и с химией — любое количество изолированных экспериментов с различными химическими веществами было бы сравнительно бесполезным, и поэтому «алфавит химии», или «таблица простых элементов», должен быть сначала усвоен. Эти тела понимаются как твердые вещества, жидкости и газы, которые до сих пор бросали вызов самым сложным средствам, применяемым для сведения их к более чем одному виду материи. Даже чистый свет разделим на семь частей — а именно: красный, оранжевый, желтый, зеленый, синий, индиго и фиолетовый; но элементы, которые мы сейчас перечислим, не являются сложными, а, насколько нам известно, абсолютно простой или единичной природы; они представляют границы, а не окончательность знаний, которые могут быть получены относительно них.

Элементов насчитывается шестьдесят четыре, из которых около сорока являются довольно распространенными, а значит, обычными; остальные же двадцать четыре встречаются редко и по этой причине менее полезны. Когда природа использует элемент в широком масштабе, его, безусловно, можно назвать обычным, но он, как правило, служит общему благу и выполняет важнейшие функции.

КЛАССИФИКАЦИЯ ХИМИЧЕСКОГО АЛФАВИТА.

13 Неметаллические тела.

Name.
Symbol.  
Combining
proportion
or atomic
weight.

1. | Oxygen        | O   = | 8  
2. | Hydrogen | H   = | 1  
3. | Nitrogen | N   = | 14  
4. | Chlorine | Cl  = |  35.5
5. | Iodine | I   = | 127.1
6. | Bromine | Br  = | 80.0
7. | Fluorine | F   = | 18.9
8. | Carbon | C   = | 6  
9. | Boron | B   = | 10.9
10. | Sulphur | Sv  = | 16  
11. | Phosphorus | P   = | 32  
12. | Silicon | Si  = | 21.3
13. | Selenium | Se  = | 39.5

51 Metals.

1. Aluminium | Al =  13.7
2. Antimony | Sb = 129
3. Arsenic | As =  75
4. Barium | Ba =  68.5
5. Bismuth | Bi = 213
6. Cadmium | Cd =  56
7. Calcium | Ca =  20
8. Cerium | Ce =  47   
9. Chromium | Cr =  26.7
10. Cobalt | Co =  29.5
11. Copper | Cu =  31.7
12. Donarium
13. Didymium | D
14. Erbium | E
15. Gold | Au = 197
16. Glucinum | Gl
17. Iron | Fe =  28
18. Ilmenium | Il
19. Iridium | Ir =  99
20. Lead | Pb = 103.7
21. Lanthanium | La
22. Lithium | Li =   6.5
23. Magnesium | Mg =  12.2
24. Manganese | Mn =  27.6
25. Mercury | Hg = 100
26. Molybdenum | Mo =  46
27. Nickel | Ni =  29.6
28. Norium
29. Niobium | Nb
30. Osmium | Os =  99.6
31. Platinum | Pt =  98.7
32. Potassium | K  =  39.2
33. Palladium | Pd =  53.3
34. Pelopium | Pe
35. Rhodium | R  =  52.2
36. Rhuthenium | Ru =  52.2
37. Silver | Ag = 108.1
38. Sodium | Na =  23
39. Strontium | Sr =  43.8
40. Tin | Sn =  59
41. Tantalum | Ta = 184
42. Tellurium | Te =  64.2
43. Terbium | Tb
44. Thorium | Th =  59.6
45. Titanium | Ti =  25
46. Tungsten | W[A]=  95
47. Uranium | U  =  60
48. Vanadium | V  =  68.6
49. Yttrium | Y 
50. Zinc | Zn =  32.6
51. Zirconium | Zr =  22.4

(Примечание: элементы, напечатанные курсивом, в настоящее время не имеют существенного значения.)

[A] Из минерала вольфрамита; в настоящее время чрезвычайно ценен, так как при сплавлении с железом становится тверже стали и способен ее просверливать.

Нескольких слов будет достаточно, чтобы объяснить значение терминов, стоящих над названиями, буквами и числами в Таблице элементов. Названия элементов имеют весьма интересное происхождение, в которое не входит задача данной работы; символы представляют собой сокращения, своего рода простейшие шифры, призванные сэкономить время и избавить от утомительного повторения длинных слов, подобно тому как знаки «+» (плюс) и «-» (минус) используются в алгебраических формулах. Например, постоянное появление воды в химических соединениях требует обозначения, а полное написание привело бы к самым утомительным повторам; вода состоит из кислорода и водорода, и, взяв первую букву каждого слова, мы получаем наглядный символ, который не только дает нам сокращенное обозначение воды, но и сразу же сообщает сведения о ее составе посредством букв HO.

Далее, если взять более сложный пример, который может встретиться при изучении органической химии — такое выражение, как гидратированный оксид ацетила, записывается сразу как C4H4O2, где цифры относятся к числу эквивалентов каждого элемента, а именно: 4 эквивалента C (символ углерода), 4 эквивалента H (водорода) и 2 эквивалента O (кислорода).

Длинное слово «паранафталин» — вещество, содержащееся в каменноугольной смоле, — заменяется символами и цифрами C30H12.

Цифры в третьем столбце, однако, представляют наибольший интерес для точного и математически выверенного химика. Они отражают совокупный труд самых прилежных и ученых химиков и являются точными количествами, в которых соединяются различные элементы. Приведем один пример: если 8 весовых частей кислорода (то есть его соединительная пропорция) соединить с 1 весовой частью водорода (его соединительное число), результатом будет 9 весовых частей воды; но если использовать 8 частей кислорода и 2 части водорода, то с кислородом сможет соединиться только одна часть последнего, и результатом снова будет образование 9 частей воды с избытком в 1 эквивалент водорода.

Бесполезно умножать примеры, достаточно знать, что с помощью этой таблицы чисел получаются показатели анализа. Предположим, вещество содержит 27 частей воды, и необходимо определить количество кислорода в нем; правило пропорций даст ответ сразу: 9:27::8:24. 9 частей воды относятся к 27 частям так же, как 8 частей кислорода (количество, содержащееся в 9 частях воды) относятся к искомому ответу, а именно: 24 частям кислорода. Поскольку названия, символы и соединительные пропорции понятны, мы можем теперь приступить к выполнению многих интересных

ХИМИЧЕСКИХ ЭКСПЕРИМЕНТОВ.

Поскольку список открывают постоянные газы, они первыми привлекут наше внимание, начиная с элемента кислорода — символ O, соединительная пропорция 8. Ничто не может дать лучшего представления об огромном количестве кислорода, присутствующего в животном, растительном и минеральном царствах, чем утверждение, что он составляет одну треть веса всей земной коры. Кремнезем, или кремень, содержит около половины своего веса кислорода; известь содержит сорок процентов; глинозем — около тридцати трех процентов. В этих веществах элемент кислород остается неактивным и бессильным, скованный крепкими оковами химического сродства с кремнием кремня, кальцием извести и алюминием глинозема. Если нагревать эти вещества сами по себе, они не отдадут то большое количество кислорода, которое содержат.

Природа, однако, расточительна в своем творении, и поэтому нам остается лишь усердно искать вещество или минерал, содержащий обилие кислорода, часть которого он отдаст под воздействием того, что «старые алхимики» называли пыткой огнем. Таким минералом является черный оксид марганца, или, точнее, диоксид марганца, который состоит из одной соединительной пропорции металла марганца (27,6) и двух пропорций кислорода (8 × 2 = 16). Если три пропорции диоксида марганца нагреть докрасна в железной реторте, они выделят одну пропорцию (равную 8) кислорода, и все, что только что было объяснено столькими словами, заключено в символах и цифрах ниже:

3 MnO2 = Mn3O4 + O.

Таким образом, 3 MnO2 представляют три пропорции диоксида марганца до применения тепла, в то время как знак «=», знак уравнения (равно), призван показать, что элементы или соединения, помещенные перед ним, производят те, что следуют за ним; следовательно, результат Mn3O4 + O показывает, что образуется другое соединение металла и кислорода, в то время как «+ O» указывает на выделяющийся газообразный кислород. Железная реторта, используемая для минерала, должна быть предпочтительно из чугуна, а не из ковкого железа, так как последнее очень быстро изнашивается при контакте с кислородом при красном калении. Ружейный ствол подойдет для эксперимента в малом масштабе, к нему необходимо приспособить кран и кусок оловянной трубки. Такое импровизированное устройство может вполне подойти, когда нет ничего лучшего; но с точки зрения расходов, вероятно, в конечном итоге дешевле заказать у господ Симпсона и Мола, или у господ Гриффина, или у господ Болтона чугунную бутыль, или, как ее называют, чугунную реторту, размером, достаточным для получения двух галлонов кислорода из диоксида марганца, которая вместе с четырьмя футами железной отводной трубки, соединенной с бутылью винтом, стоит не более шести шиллингов — возможно, это огромная трата для детского кармана, и поэтому мы укажем далее еще более дешевый аппарат для той же цели. (Рис. 93.)

Fig. 93. Fig. 93.

a. Железная бутыль, содержащая черный оксид марганца, с трубкой, ведущей к пневматической ванне, b b, в которой закреплена полка c с отверстием, под которым установлено окончание трубки, и газ проходит в газометр d.

Кислород подается в квадратный жестяной ящик, снабженный полкой с одного конца, с несколькими отверстиями диаметром не менее одного дюйма, называемый пневматической ванной; любая деревянная лохань, маслобойка или бак для стирки, таз для ног или ванна, снабженные полкой, могут быть возведены тем же названием в достоинство химического прибора. Газометр должен быть наполнен водой путем извлечения пробки и погружения его в ванну, и когда горлышко окажется ниже уровня воды, пробка снова вставляется, а газометр с находящейся в нем водой устойчиво поднимается на полку; попадание атмосферного воздуха предотвращается удержанием нижней части газометра, называемой краем, под водой. Иногда в пневматической ванне так мало воды, что при подъеме газометра на полку жидкость не покрывает дно, и воздух устремляется вверх большими пузырями. В этих обстоятельствах лучше запастись галлоновым каменным кувшином, полным воды, чтобы при подъеме газометра на полку его можно было опустить в ванну (по тому же принципу, что ворона и кувшин в басне), и таким образом за счет его объема (как камни в кувшине) поднять воду до нужного уровня. Когда газометр наполовину заполнен газом, кувшин можно убрать. Это устройство избавляет от хлопот по постоянному добавлению и вычерпыванию воды из пневматической ванны. (Рис. 94.)

Fig. 94. Fig. 94.

a a. Пневматическая ванна с газометром, поднятым на полку; пузырьки воздуха устремляются в b, так как уровень воды ниже полки, а именно в c c. d d. Та же ванна и газометр с водой, удерживаемой над полкой за счет введения каменного кувшина e, полного воды.

Существуют и другие твердые оксигенированные тела, в которых сродство менее сильное, и поэтому для выделения газообразного кислорода достаточно более низкой степени нагрева; одним из самых полезных в этом отношении является соль, называемая хлоратом калия. Если нагревать это вещество само по себе, температура, необходимая для выделения кислорода, почти такая же высокая, как та, что требуется для черного оксида марганца; но, как ни странно, если оба вещества измельчить в порошок и смешать в равных по весу количествах, то достаточно весьма умеренного повышения температуры, чтобы заставить хлорат калия отдать свой кислород, в то время как оксид марганца не претерпевает никаких изменений. По-видимому, он выполняет лишь механическую функцию — возможно, разделяет каждую частицу хлората калия от другой, так что тепло воздействует на вещество по частям, подобно тому как плотное каре пехоты может отразить почти любую атаку, в то время как то же подразделение, рассредоточенное на большом пространстве, может быть малополезным; так и с хлоратом калия, который подвергается быстрому разложению при смешивании с частицами оксида марганца и распределении между ними; в меньшей степени — с красным оксидом железа, и еще меньше — с песком или кирпичной пылью. (Рис. 95.)

Fig. 95. Fig. 95.

Получение кислорода из хлората калия и оксида марганца.

KO.ClO5 = KCl + O6.

Этот любопытный факт обычно объясняется ссылкой на то, что называется каталитическим действием, или разложением при контакте (κατα — вниз, и λυω — я развязываю), что является способностью тела переводить другое в новое соединение, не претерпевая при этом никаких изменений. Чтобы сделать этот термин еще более понятным, мы можем заметить другой пример с льняными тряпками, которые можно подвергать воздействию воды в течение любого времени без опасения превращения в сахар; если, однако, к льняным тряпкам сначала добавить купоросное масло, а затем подвергнуть их перевариванию при надлежащей температуре с водой, то тряпки превращаются в сахар (автор видел образец, сделанный из «старой рубашки»); но, что любопытно, купоросное масло в этом процессе не меняется, и если начать процесс с фунтом кислоты, то такое же количество можно обнаружить в конце химического разложения льняных тряпок и их превращения в сахар.

Если смесь равных частей оксида марганца и хлората калия поместить в чистую флорентийскую колбу с пробкой и присоединенной оловянной или стеклянной трубкой, то при нагревании спиртовой лампой быстро выделяется большое количество кислорода. Такая реторта будет стоить около четырех пенсов, и если колба разобьется в процессе, ее легко заменить другой стоимостью в один пенни, так как одна и та же пробка и трубка обычно подходят к ряду таких дешевых стеклянных сосудов. Пробки всегда можно размягчить, используя специальный пресс для пробок или поместив их под кусок доски или плоскую поверхность и катая и прижимая пробку, пока она не станет вполне эластичной.

При установке последней в горлышко колбы, пожалуй, безопаснее держать тонкий и хрупкий сосуд в ткани, чтобы в случае, если колба разобьется, химический эксперимент не был прерван на много дней из-за сильных порезов и ран на пальцах. После того как пробка подогнана, ее нужно вынуть из колбы и просверлить сверлом для пробок. Этот полезный инструмент продается полными наборами для всех размеров стеклянных трубок, и после вставки олова или стекла колба и трубка будут готовы к использованию, при условии, что трубка изогнута под нужным углом. Это довольно легко проделать с оловом, но не так просто со стеклянной трубкой, которую нужно держать над пламенем спиртовой лампы до размягчения, а затем очень постепенно сгибать до нужного изгиба. Если нагреть короткий участок стеклянной трубки, он сгибается слишком резко, а выпуклость стекла сплющивается, в то время как внутренний диаметр трубки уменьшается, поэтому следует прогревать не менее трех дюймов длины, и тепло не должно удерживаться только в одном месте, а должно поддерживаться в направлении изгиба, при этом вся манипуляция проводится без какой-либо спешки. (Рис. 96.)

Fig. 96. Fig. 96.

a. Пресс для пробок. b. Сверла для пробок. c. Операция сгибания стеклянной трубки над пламенем спиртовой лампы. d. Горлышко колбы с пробкой и трубкой, изогнутой и подогнанной, готовой к использованию.

Наполнив газометр кислородом, его можно вынуть из пневматической ванны, сдвинув на тарелку под поверхностью воды, и чтобы пробка случайно не вылетела из газометра под давлением газа, пока он немного сжат во время перемещения на тарелку, рекомендуется держать пробку газометра крепко, но осторожно, чтобы она не могла выскользнуть со своего места. Можно подготовить несколько газометров с кислородом и расставить их на тарелках, каждая из которых, конечно, должна содержать немного воды, достаточной, чтобы покрыть край газометра.

ЭКСПЕРИМЕНТЫ С КИСЛОРОДОМ.

Этот газ был первоначально открыт Пристли в августе 1774 года и впервые получен путем нагревания красного преципитата, то есть красного оксида ртути.

HgO = Hg + O.

Мы оставляем эти символы и цифры для расшифровки юному философу с помощью таблицы элементов и т. д. и возвращаемся к экспериментам.

Существуют определенные тонкие восковые свечи, похожие на вощеный шнур, называемые бужи, которые можно согнуть в любую форму, и они очень удобны для экспериментов с газами. Если одну из таких свечей согнуть, как на рис. 97, затем зажечь и дать погореть несколько минут, постепенно образуется длинный нагар, который остается в состоянии тления, когда пламя свечи задувают. При погружении ее в газометр с кислородом она мгновенно вспыхивает с некоторым подобием хлопка и горит с гораздо большей яркостью, как описал доктор Пристли в своем первом эксперименте с этим газом, и столь элегантно повторил профессор Бранд в своей утонченной диссертации о прогрессе химической науки.

Fig. 97. Fig. 97.

«1 августа 1774 года — знаменательный день в анналах химической философии, ибо именно тогда доктор Пристли открыл дефлогистированный воздух. Некоторые, играя в лучах риторики, назвали это днем рождения пневматической химии; но это был еще более отмеченный и памятный период; именно тогда (если следовать метафоре) эта отрасль науки, прозябавшая в болезненном и немощном младенчестве в плохо управляемом питомнике ранних химиков, начала проявлять признаки улучшающегося телосложения и демонстрировать самые многообещающие и неожиданные признаки будущего значения. Первый эксперимент, который привел к очень удовлетворительному результату, был завершен следующим образом: стеклянный сосуд был наполнен ртутью и вставлен в чашу с той же жидкостью; затем был введен красный преципитат ртути, который плавал на ртути в сосуде; в этом положении к нему было применено тепло с помощью зажигательной линзы, и, используя собственные слова Пристли: «Я вскоре обнаружил, что воздух из него выделялся очень охотно. Получив примерно в три или четыре раза больше объема моих материалов, я впустил в него воду и обнаружил, что она не впитывается. Но что удивило меня больше, чем я могу выразить, так это то, что свеча горела в этом воздухе с удивительно сильным пламенем, очень похожим на то увеличенное пламя, с которым свеча горит в азотистом воздухе, подвергнутом воздействию железа или извести серы (то есть веселящем газе); но поскольку я не получил ничего подобного этому замечательному явлению ни от какого другого вида воздуха, кроме этой своеобразной модификации азотистого воздуха, и я не знал, что в приготовлении mercurius calcinatus использовалась азотная кислота, я был совершенно в недоумении, как это объяснить». (Рис. 98.)

Fig. 98. Fig. 98.

a. Стеклянный сосуд, полный ртути, содержащий красный преципитат сверху и стоящий в чаше b, также содержащей ртуть. c. Зажигательная линза, концентрирующая солнечные лучи на красном преципитате, — это оригинальный эксперимент Пристли.

Второй эксперимент.

Термин «кислород» происходит от греческого (οζυς — кислота, и γενναω — я порождаю) и был первоначально дан этому элементу Лавуазье, который также претендовал на его открытие; и если эта честь ему отказана, то, безусловно, он заслужил равную научную славу своими мастерскими экспериментами, благодаря которым он обнаружил, что смесь сорока двух частей по объему азота с восемью частями по объему кислорода дает соединение, точно напоминающее нашу атмосферу. Название, данное кислороду, было основано на серии экспериментов, один из которых будет упомянут сейчас.

Fig. 99. Fig. 99.

a. Ложка для дефлаграции. b. Пробка. c. Цинковая, латунная или жестяная пластина. d d. Газометр.

Поместите немного серы в маленький медный ковшик, прикрепленный к проволоке, называемый ложкой для дефлаграции, пропущенный через круглый кусок цинковой или латунной пластины и пробку, так что последняя действует как регулирующее устройство для фиксации проволоки в любой требуемой точке. Горение серы, ранее слабое, теперь приобретает удивительную интенсивность, и генерируется своеобразный цветной свет, в то время как сера соединяется с кислородом и образует сернистый газ. Он производит, по сути, тот же газ, который образуется при сжигании обычной серной спички. Это соединение ценно как дезинфицирующее средство и является очень важным отбеливающим агентом, наиболее широко используемым при отбеливании соломы, применяемой в производстве соломенных шляп. Это кислый газ, как обнаружил Лавуазье, и это свойство можно обнаружить, налив немного настойки лакмуса на дно тарелки, в которой стоит газометр. Синий цвет лакмуса быстро меняется на красный, и можно подумать, что никаких дальнейших аргументов невозможно потребовать, чтобы доказать, что кислород был подкисляющим агентом, тем более что результат такой же и в следующей иллюстрации.

Третий эксперимент.

Отрежьте небольшой кусочек от обычной палочки фосфора под водой, позаботьтесь о том, чтобы правильно высушить его тканью, и после помещения его в ложку для дефлаграции снимите пробку с газометра, так как нет опасения, что кислород улетучится, поскольку он несколько тяжелее атмосферного воздуха; а затем, поместив ложку с фосфором в горлышко газометра, приложите нагретую проволоку и сразу же введите ложку в середину кислорода; через несколько секунд получается самый яркий свет, и газометр наполняется белым дымом; когда он оседает, будучи фосфорной кислотой и прекрасно растворимой в воде, можно применить тот же лакмусовый тест, когда он аналогичным образом меняется на красный. Полученная кислота является одним из важнейших компонентов костей.

Четвертый эксперимент.

Кусочек древесного угля, обвязанный проволокой, поджигается либо путем удержания его в пламени спиртовой лампы, либо путем прикрепления небольшого кусочка вощеного хлопка к нижней части и поджигания его; затем уголь можно вставить в бутыль с кислородом, когда происходят самые яркие сцинтилляции. После того как горение прекратилось и все остыло, можно также налить немного настойки лакмуса и взболтать, когда она также становится красной, доказывая в третий раз образование кислого тела, называемого угольной кислотой — кислоты, как и другие уже упомянутые, большой ценности, и той, которую природа использует в колоссальном масштабе как средство обеспечения растений и т. д. твердым углем. Угольная кислота, смертельный яд для животной жизни, при надлежащем разбавлении и в составе атмосферного воздуха является одним из основных питательных тел, необходимых растущим и здоровым растениям.

В трех экспериментах были получены кислые тела; можем ли мы строить догадки о результате следующего?

Пятый эксперимент.

В ложку для дефлаграции поместите кусочек калия, подожгите его, удерживая ложку в пламени спиртовой лампы, а затем быстро погрузите горящий металл в бутыль с кислородом. В ложке для дефлаграции на несколько секунд происходит яркое воспламенение, и в газометре почти нет дыма. Продукт на этот раз — твердое вещество, называемое поташом, и если его растворить в воде и отфильтровать, то он оказывается прозрачным и ярким, и теперь при добавлении небольшого количества настойки лакмуса к одной половине раствора он остается совершенно незатронутым и остается синим; но если к другой половине добавить небольшое количество настойки куркумы, она немедленно меняется с ярко-желтого раствора на красновато-коричневый, потому что куркума является одним из тестов на щелочь; и таким образом с помощью этого и других тестов устанавливается, что результат горения — не кислота, а щелочь. Эксперимент становится еще более удовлетворительным, если сжечь еще один кусочек калия в кислороде и растворить продукт в воде, и если добавить любую часть покрасневшей жидкости, полученной из сернистой, фосфорной и угольной кислот из предыдущих экспериментов, к отдельным порциям щелочного раствора, они все восстанавливаются до своего первоначального синего цвета, потому что кислота нейтрализуется щелочью; и эксперимент становится вполне убедительным благодаря восстановлению покрасневшей куркумы до ярко-желтого при добавлении раствора любой из трех уже названных кислот. Более того, кислота не обязательно должна содержать долю кислорода, так как существует многочисленный класс гидрацидов, в которых подкисляющим принципом является водород вместо кислорода, такие как соляная, йодистоводородная, бромистоводородная и плавиковая кислоты.

Шестой эксперимент.

Кусочек часовой пружины размягчается на одном конце путем удержания его в пламени спиртовой лампы и охлаждения. Затем вокруг размягченного конца обвязывается кусочек вощеного хлопка, и после поджигания он погружается в газометр, содержащий кислород; хлопок сначала сгорает, а затем тепло передается стали, которая постепенно загорается и, будучи однажды хорошо воспламененной, продолжает гореть с удивительной быстротой, образуя капли жидкого шлака, которые падают на дно тарелки, а также красноватый дым, который конденсируется на стенках газометра; ни шлак, упавший в тарелку, ни красноватое вещество, сконденсировавшееся на газометре, не повлияют ни на настойку лакмуса, ни на куркуму; они не являются ни кислотными, ни щелочными, а представляют собой нейтральные соединения железа, называемые сесквиоксидом железа (Fe2O3) и магнитным оксидом (Fe3O4 = FeO.Fe2O3).

Седьмой эксперимент.

Некоторое количество газообразного кислорода, содержащегося в мочевом пузыре, снабженном надлежащим соплом, можно выдавить на жидкий фосфор, содержащийся в чашке на дне стакана для пальцев, полного кипящей воды, когда происходит самое яркое горение, доказывающее, что до тех пор, пока соблюдается принцип, а именно: снабжение кислородом горючего вещества, оно будет гореть под водой, при условии, что оно нерастворимо и обладает замечательным сродством к кислороду, которое принадлежит фосфору. Эксперимент следует проводить с кипящей водой, чтобы поддерживать фосфор в жидком состоянии; и вполне неплохо подержать квадратный фут проволочной сетки над стаканом для пальцев во время проведения эксперимента. (Рис. 100.)

Fig. 100. Fig. 100.

a. Мочевой пузырь, содержащий кислород, снабженный запорным краном и соплом, ведущим к b, b. Стакан для пальцев, содержащий кипящую воду. c. Чашка с расплавленным фосфором под водой. Газ выходит из мочевого пузыря при нажатии.

Восьмой эксперимент.

Кислород доступен из многих веществ, когда они смешиваются с горючими веществами, и отсюда блестящие эффекты, производимые сжиганием смеси селитры, мучного порошка, серы и железных или стальных опилок; металл горит с большой яркостью и выбрасывается из корпуса в виде красивейших искр, которые длинные и игольчатые со сталью и в форме миниатюрных розеток с железными опилками; именно кислород из селитры вызывает горение металла, другие ингредиенты только ускоряют тепло и скорость воспламенения блестящего железа, которое обычно называют «герб».

Девятый эксперимент.

Смесь нитрата калия, порошкообразного древесного угля, серы и нитрата стронция, забитая в прочный бумажный корпус длиной около двух дюймов и хорошо закрытая на конце лаком, будучи совершенно водонепроницаемой, может быть подожжена и будет продолжать гореть под водой, пока вся не сгорит; единственная предосторожность, необходимая для сжигания состава из корпуса, — это держать его отверстием вниз, и если эксперимент попробовать в глубоком стеклянном газометре, он имеет очень приятный эффект. (Рис. 101.)

Fig. 101. Fig. 101.

a. Корпус красного огня, горящий вниз и прикрепленный медной проволокой к куску свинцовой трубки b, чтобы утопить его. c c. Газометр, содержащий воду.

Состав красного огня изготавливается путем смешивания нитрата стронция 40 частей по весу, цветов серы 13 частей, хлората калия 5 частей, сульфида сурьмы 4 частей. Эти ингредиенты должны быть сначала хорошо измельчены по отдельности, а затем тщательно смешаны на листе бумаги бумажным ножом. Они могут взорваться при растирании вместе в ступке из-за присутствия серы и хлората калия, и состав, если его хранить какое-то время, склонен к самовозгоранию.

Десятый эксперимент.

Некоторое количество цинка расплавляют в железном ковше и доводят до красного каления; если на поверхность бросить немного сухой селитры и осторожно перемешать с металлом, он загорается с образованием интенсивного белого света, в то время как большие количества белых хлопьев поднимаются, а затем опускаются при охлаждении, являясь оксидом цинка, называемым алхимиками «Философской шерстью» (ZnO). В этом эксперименте кислород из селитры осуществляет окисление металла цинка.

Одиннадцатый эксперимент.

Смесь четырех фунтов селитры с двумя фунтами серы и полутора фунтами ламповой сажи дает самый красивый и любопытный огонь, постоянно выбрасываемый в воздух в виде искр, имеющих форму колесика шпоры, и такой, который можно сжигать с полной безопасностью в комнате, так как искры сгорают так быстро, вследствие мелкодисперсного состояния угля, что их можно принимать на носовой платок или руку, не обжигая их. Трудность заключается в осуществлении полного смешивания угля. Два других ингредиента должны быть сначала тщательно измельчены по отдельности и снова растерты при смешивании, и, наконец, уголь должен быть тщательно втерт, пока вся смесь не приобретет однородный оттенок серого и очень близкий к черному, и по мере продвижения смеси порции должны быть набиты в бумажный корпус и подожжены; если звезды или гвоздики выходят гроздьями и хорошо распространяются без других и более тусклых искр, это признак того, что все хорошо смешано; но если искры сопровождаются шлаком и выбрасываются вяло, и им требуется некоторое время, чтобы сгореть, смешивание и растирание в ступке должны быть продолжены; и даже это не должно быть доведено до крайности, иначе искры будут слишком маленькими. Примечание: если бы ламповая сажа была нагрета докрасна в закрытом сосуде, она, вероятно, подошла бы лучше при охлаждении и измельчении.

Двенадцатый эксперимент.

В высокий газометр с широким горлышком через жестяную воронку пропустите немного раскаленной ламповой сажи, когда получается самый яркий пламяподобный огонь, показывающий, что мелкодисперсного угля с чистым кислородом было бы достаточно для обеспечения света; но так как атмосфера состоит из кислорода, разбавленного азотом, соединения угля с водородом являются подходящими телами для сжигания, чтобы производить искусственный свет.

Тринадцатый эксперимент. Свет Бьюда.

Этот красивый свет получается путем пропускания постоянного тока газообразного кислорода (выходящего под очень низким давлением) через центральную трубку масляной лампы Арганда и вверх по ней, которая должна быть снабжена сильно карбонизированным маслом и очень толстым фитилем, так как кислород имеет тенденцию сжигать хлопок, если масло не подается хорошо и не допускается перелив через фитиль, как это происходит в лампах маяков. Обычно используется лучшее китовое масло, хотя стоило бы проверить ценность «Бельмонтинового масла» Прайса для той же цели. (Рис. 102.)

Fig. 102. Fig. 102.

a. Резервуар для масла. b. Гибкая трубка, подающая кислород в центр лампы Арганда.

Четырнадцатый эксперимент. Красный свет.

Тщательно очистите масло из аппарата света Бьюда; или, что лучше, имейте две лампы, одну для масла, а другую для спирта; наполните аппарат раствором нитрата стронция и хлорида кальция в винном спирте и дайте ему гореть от хлопка так же, как масло, и снабдите его газообразным кислородом.

Пятнадцатый эксперимент. Зеленый свет.

Растворите борную кислоту и нитрат бария в винном спирте и снабдите лампу Бьюда этим раствором.

Шестнадцатый эксперимент. Желтый свет.

Растворите поваренную соль в винном спирте и сожгите ее, как уже описано в аппарате света Бьюда.

Семнадцатый эксперимент. Окси-кальциевый свет.

Этот очень удобный свет получается простым способом, либо путем использования струи кислорода в качестве паяльной трубки для направления пламени спиртовой лампы на шарик извести; либо используется обычный светильный газ вместо спиртовой лампы, также направляемый на шарик извести. По этому плану одного мешка, содержащего кислород, достаточно для производства яркого света, однако не равного окси-водородному свету, который будет объяснен в статье о водороде. (Рис. 103.)

Fig. 103. Fig. 103.

№ 1. a. Кислородная струя. b. Шарик извести, подвешенный на проволоке. c. Спиртовая лампа. № 2. d. Кислородная струя. e. Газ (струя, соединенная с газовой трубой сзади гибкой трубкой), направленная на шарик извести, f.

Восемнадцатый эксперимент.

Чтобы показать вес газообразного кислорода и то, что он тяжелее воздуха, пробки из двух бутылей, содержащих его, можно вынуть, одну бутыль можно оставить открытой на некоторое время, а затем проверить зажженной свечой, когда она все еще будет указывать на присутствие газа, в то время как другую можно внезапно перевернуть над маленькой чашкой, в которой может гореть немного эфира, смешанного с несколькими каплями скипидара, — пламя горит с гораздо большей яркостью в момент, когда кислород вступает с ним в контакт.

Девятнадцатый эксперимент.

Теория воздействия кислорода на систему при вдыхании заключалась бы в увеличении работы дыхательных органов; и утверждается, что после вдыхания галлона или около того этого газа пульс повышается на сорок или пятьдесят ударов в минуту: газ легко вдыхается из большого индийского резинового мешка через янтарный мундштук; он, конечно, должен быть совершенно чистым, и если он сделан из смеси хлората калия и оксида марганца, его следует очистить путем пропускания через известь и воду или известковое молоко.

Двадцатый эксперимент.

Существуют определенные красящие вещества, которые ослабляются или разрушаются под действием света и других причин, которые лишают их газообразного кислорода или дезоксидируют их. Слабая настойка лакмуса, если ее долго хранить, часто становится бесцветной, но если эту бесцветную жидкость взболтать в бутыли с газообразным кислородом, она постепенно восстанавливается; и если лакмус, куркума, индиго, орчил или марена, бумага или определенные ленты, окрашенные теми же красящими веществами, выцвели, их можно частично восстановить путем увлажнения и помещения в бутыль с газообразным кислородом. Эффект кислорода заключается в обращении процесса дезоксидации и придании кислорода красящим веществам. С помощью особого процесса индиго можно получить совершенно белым и снова восстановить до его обычного синего цвета либо путем воздействия воздуха, либо путем пропускания потока кислорода через него.

Двадцать первый эксперимент.

Господа Мэтисон из Торрингтон-стрит, Рассел-сквер, готовят в форме проволоки некоторые из редчайших металлов, такие как магний, литий и т. д. Проволока из металла магния великолепно горит в газообразном кислороде и образует щелочноземельную магнезию. Металл литий, к которому относится такая очень низкая соединительная пропорция, а именно 6,5, также может быть получен в состоянии проволоки и горит в газообразном кислороде с интенсивным белым светом в щелочную литию, которая, растворенная в спирте с небольшим количеством уксусной кислоты и сожженная, дает красное пламя, создавая любопытный контраст между эффектами цвета, производимыми металлическим и окисленным состоянием лития.

АЛЛОТРОПНОЕ СОСТОЯНИЕ ГАЗООБРАЗНОГО КИСЛОРОДА.

Термин «аллотропия» (от αλλοτροπος — иной природы) был впервые использован известным химиком Берцелиусом. Диморфизм, или разнообразие в кристаллической форме, является, следовательно, частным случаем аллотропии и наиболее забавно иллюстрируется йодидом ртути (HgI), который изготавливается либо путем растирания вместе равных соединительных пропорций ртути и йода (оба из которых можно найти в Таблице элементов, стр. 86), либо путем тщательного осаждения раствора сулемы (хлорида ртути (HgCl)) раствором йодида калия, причем последнего добавляется ровно столько, сколько нужно, и не более, чтобы осадить металл, иначе йодид ртути снова растворяется избытком осадителя. Сначала он грязно-желтый, а затем постепенно меняется при перемешивании на алый; если собрать его на фильтре, промыть и осушить, он становится красивого алого цвета, и когда немного этого вещества растирают по листу бумаги, становится заметен ярко-алый цвет, который можно быстро изменить на лимонно-желтый путем нагревания бумаги над пламенем спиртовой лампы; и йодид ртути снова возвращается к алому цвету путем растирания желтых кристаллов пальцами. Этот эксперимент можно повторять снова и снова с одинаковыми результатами. Если часть алого йодида ртути возгоняется с одного кусочка стекла на другой, он образует кристаллы, производные от прямого ромбического призмы; когда их царапают булавкой, они снова меняются на алое состояние, причем последнее при кристаллизации имеет форму октаэдра с квадратным основанием.

Можно упомянуть и другие случаи диморфизма, а именно: с серой, карбонатом кальция и свинцом, и многими другими, в то время как аллотропия любопытно иллюстрируется в различных состояниях древесного угля, который в более многочисленных примерах черный и непрозрачный, а в другом случае прозрачный, как вода. Ламповая сажа мягкая, но алмаз — самое твердое природное вещество. Об аллотропном состоянии серы уже упоминалось; фосфор, опять же, существует в трех модификациях: 1-я, обычный фосфор, который светится в темноте и испускает белый дым. 2-я, белый фосфор. 3-я, красный или аморфный фосфор, который не светится и не испускает белый дым при воздействии воздуха и настолько изменен в своих свойствах, что его можно безопасно носить в кармане.

Таким образом, было предложено достаточно доказательств, чтобы показать, что аллотропное свойство не ограничивается одним элементом или соединением, а обнаруживается во многих телах, и ни в одном из них больше, чем в аллотропном состоянии элемента кислорода, называемом

ОЗОНОМ.

Греческий язык был снова выбран первооткрывателем, Шёнбейном из Базеля, для названия этой любопытной модификации кислорода, и он так назван от οξειν — пахнуть. Название сразу же предполагает заметную разницу между озоном и кислородом, потому что последний совершенно лишен запаха, в то время как первый имеет тот своеобразный запах, который называют электрическим, и он различим всякий раз, когда работает электрическая машина, или если лейденская банка заряжается мощной катушкой Румкорфа или Хердера; он также заметен, когда вода разлагается током электричества и расщепляется на свои элементы, кислород и водород. При высокой концентрации он пахнет хлором; и автор помнит, как видел первые эксперименты Шёнбейна в Англии, в лаборатории мистера Купера на Блэкфрайарс-роуд. Озон готовится путем взятия чистой пустой бутыли и наливания в нее очень небольшого количества дистиллированной воды, в которую вводится кусочек чистого соскобленного фосфора, так чтобы около половины его диаметра подвергалось воздействию воздуха в бутыли, в то время как другая часть находится в контакте с водой. (Рис. 104.)

В целях предосторожности бутыль может стоять в тазу или суповой тарелке, чтобы, если фосфор загорится, его можно было мгновенно потушить, налив в бутыль холодную воду, и если она треснет и разобьется, фосфор попадет в тарелку.

Fig. 104. Fig. 104.

a. Квартовая бутыль с неплотно вставленной пробкой. b. Палочка чистого фосфора. c. Уровень воды ровно до половины толщины фосфора. d d. Суповая тарелка.

Когда озон образован, фосфор можно вынуть, а дым фосфористой кислоты смыть путем взбалтывания бутыли; он различим по запаху, а также по своему действию на тестовую бумагу, приготовленную путем окрашивания крахмалом, содержащим йодид калия, на бумаге Bath post; когда ее помещают в бутыль, содержащую озон, она меняет цвет теста на синий, или, скорее, на пурпурно-синий.

Озон — самое энергичное тело и мощный отбеливающий агент; если к главному проводнику электрической машины прикрепить острие, а наэлектризованный воздух принять в бутыль, то обнаружится, что он пахнет и обладает способностью отбеливать очень разбавленный раствор индиго. Озон — это не просто плод воображения, так как его можно не только получать определенными методами, но и разрушать красным калением. Если подготовить острие с петлей из платиновой проволоки, и последнюю после соединения с гальванической батареей раскалить докрасна, а все устройство поместить на изолирующий табурет и соединить с главным проводником электрической машины, то обнаружится, что наэлектризованный воздух больше не пахнет, озон разрушен; с другой стороны, если гальваническую батарею отсоединить, а наэлектризованному воздуху снова позволить проходить от холодной платиновой проволоки, запах снова становится заметным, воздух будет отбеливать, и если его направить сразу на тест йодистого крахмала, он меняет его описанным образом. (Рис. 105.)

Fig. 105. Fig. 105.

v. Маленькая гальваническая батарея, стоящая на табурете со стеклянными ножками s s, способная нагревать тонкий отрезок платиновой проволоки длиной около двух дюймов, изогнутый для образования острия между проводящими проводами w w. — Примечание: гальванический ток можно отключить по желанию, чтобы охладить проволоку при необходимости. a — главный проводник обычной цилиндрической электрической машины. b — проволока, передающая фрикционное электричество к проводящим проводам гальванической батареи, где острие p, будучи самым острым острием в устройстве, доставляет наэлектризованный и озонированный воздух.

Озон нерастворим в воде и окисляет серебро и листовой свинец, мелко измельченный мышьяк и сурьму; он является ядом при вдыхании в концентрированном состоянии, в то время как в разбавленном виде и генерируемый естественными процессами, он является благотворным и прекрасным средством против тех многочисленных запахов, возникающих от разложения животных и растительных веществ, которые могут вызвать болезнь или смерть: озон, следовательно, является мощным дезинфицирующим средством. Тест на озон делается путем кипячения вместе десяти частей по весу крахмала, одной части йодида калия и двухсот частей воды; его можно либо нанести на бумагу Bath post и использовать сразу, либо пропитать тестом промокательную бумагу и высушить, а когда потребуется для использования, ее нужно увлажнить, либо до, либо после тестирования на озон, так как она остается бесцветной в сухом виде, но становится синей после смачивания водой.

Бумага, приготовленная с сульфатом марганца, является отличным тестом на озон и быстро меняет цвет на коричневый из-за окисления протосоли марганца и ее превращения в диоксид металла.

Озон также готовится путем наливания небольшого количества серного эфира в квартовую бутыль, а затем, после нагревания стеклянной палочки в пламени спиртовой лампы, ее можно погрузить в бутыль, и через несколько минут пребывания там озон можно обнаружить обычными тестами.

АЗОТ, ИЛИ АЗОТ.

Νιτρον — селитра; γενναω — я образую; α — лишительный; ζωη — жизнь. Символ N; соединительная пропорция 14. Также назывался Пристли флогистированным воздухом.

В 1772 году доктор Резерфорд, профессор ботаники Эдинбургского университета, опубликовал диссертацию на латыни о фиксированном воздухе, в которой говорит: «Дыханием животных здоровый воздух не только делается мефитическим (то есть заряженным углекислым газом), но и претерпевает другое изменение. Ибо после того, как мефитическая часть поглощается едким щелочным щелоком, оставшаяся часть не становится здоровой; и хотя она не вызывает осадка в известковой воде, она тем не менее гасит пламя и уничтожает жизнь». Таков отчет доктора об открытии азота, который можно отделить от кислорода в воздухе очень простым способом. Атмосфера — это великая кладовая азота, и четыре пятых ее колоссального объема состоят из этого элемента.

Состав атмосферного воздуха.

|  | Bulk. | Weight.
| Oxygen |  20 |  22.3
| Nitrogen |  80 |  77.7
|  | --- | -----
|  | 100 | 100.

Обычный способ получения газообразного азота заключается в извлечении или удалении кислорода из определенного объема атмосферного воздуха; единственный момент, на который следует обратить внимание, — это выбор вещества, которое будет продолжать гореть до тех пор, пока остается хоть немного кислорода. Так, если поместить зажженную лучину в бутыль с воздухом, она будет гореть лишь некоторое время, постепенно погаснет и в конце концов потухнет; это происходит не потому, что весь кислород удален или изменен, поскольку после того, как лучина погасла, в сосуд можно поместить горящую серу, и она будет продолжать гореть в течение ограниченного времени; и даже после того, как эти два горючих вещества, так сказать, насытились кислородом, его остается еще немного, и этот остаток поглощается горящим фосфором, чья жадность к кислороду утоляется лишь тогда, когда он забирает его целиком. Именно по этой причине фосфор используется для удаления кислорода, а также потому, что продукт реакции (фосфорная кислота) полностью растворим в воде, благодаря чему кислород сначала связывается, а затем вымывается из заданного объема воздуха, оставляя азот.

Первый опыт.

Для получения газообразного азота достаточно поместить немного сухого фосфора в чашку из берлинского фарфора, стоящую на винном бокале, и поставить их в суповую тарелку с водой. Фосфор поджигают горячей проволокой, а затем осторожно накрывают газометром или цилиндрическим сосудом так, чтобы край сосуда был погружен в воду в суповой тарелке. Сначала происходит расширение вследствие нагревания, но этот эффект вскоре сменяется обратным, так как кислород при соединении с фосфором превращается в твердое вещество, образуя белый дым, который постепенно исчезает. (Рис. 106.)

Fig. 106. Fig. 106.

a. Цилиндрический стеклянный сосуд, открытый с одного конца и перевернутый над b, винным бокалом, поддерживающим c, чашку с горящим фосфором; вся установка стоит в суповой тарелке d d, содержащей воду.

Предположим, что два грана фосфора были помещены в платиновую трубку и через нее пропустили ровно столько атмосферного воздуха, сколько необходимо для превращения всего фосфора в фосфорную кислоту; вес фосфора увеличился бы до 4½ гранов за счет добавления 2½ гранов кислорода; теперь, один кубический дюйм кислорода весит 0,3419 грана, или около 1/3 грана, следовательно, исчезает 7,3 кубических дюйма кислорода, которые весят максимально близко к 2½ гранам, так что, поскольку 36,5 кубических дюймов воздуха содержат 7,3 кубических дюйма кислорода, именно такое количество воздуха должно было пройти над 2 гранами фосфора, чтобы превратить его в 4½ грана фосфорной кислоты.

Для особо точных целей азот лучше всего получать путем пропускания воздуха над мелкораздробленной металлической медью, нагретой докрасна; этот металл поглощает весь кислород и оставляет азот. Мелкораздробленную медь получают путем пропускания газообразного водорода над чистым черным оксидом меди.

Второй опыт.

Fig. 107. Fig. 107.

a. Стеклянный сосуд с кожаным воротником, через который проходит штемпель c. b b. Трубка, содержащая мелкораздробленный свинец, часть которого выпадает, воспламеняется и удерживается небольшим лотком прямо под ней; лоток является частью железного штатива d d с опорами, поддерживающими концы стеклянной трубки; вся установка стоит в чаше с водой e e.

Очень поучительный опыт проводится путем нагревания значительного количества тартрата свинца в герметично запаянной стеклянной трубке, которая, будучи помещенной на железную опору, накрывается колпаком с подвижным стержнем и штемпелем; вся установка располагается в тарелке с водой. Когда штемпель надавливает на стекло, оно разбивается (Рис. 107), и воздух постепенно проникает к мелкораздробленному свинцу, после чего происходит воспламенение и поглощение кислорода, что подтверждается подъемом уровня воды в сосуде. По тому же принципу, если наполнить бутыль на одну треть жидкой амальгамой свинца и ртути, а затем закупорить ее и встряхивать в течение двух часов или более, мелкораздробленный свинец поглотит кислород, оставив чистый азот. Или если смесь равных весов серы и железных опилок превратить в пасту с водой в тонкой железной чашке, а затем подогреть и поместить под газометр, полный воздуха, стоящий на полке пневматической ванны или в чаше с водой, то вода постепенно поднимется в сосуде примерно через сорок восемь часов вследствие поглощения газообразного кислорода.

Третий опыт.

Азот лишен цвета, вкуса, запаха, щелочных или кислотных свойств; и, как мы вскоре заметим, он образует кислоту при химическом соединении с кислородом и щелочь при соединении с водородом. Зажженная лучина, погруженная в этот газ, немедленно гаснет, в то время как его удельный вес, который меньше удельного веса кислорода или воздуха, доказывается правилом пропорций.

Weight of 100 cubic inches of air at 60° Fahr., bar. 29.92 in. |  | Unity.    | Weight of 100 cubic inches of nitrogen at 60° Fahr., bar. 29.92 in. | Specific gravity of nitrogen.
30.829 | : |     1      :: |   29.952    : |       971

Его легкость можно очень наглядно продемонстрировать простым опытом. Возьмите два газометра одинакового размера и, наполнив один кислородом, а другой азотом, сдвиньте стеклянные пластины под дно сосудов и переверните тот, что с кислородом, поместив горлышко в подставку, образованную открытым сверху ящиком; затем поставьте сосуд с азотом над горлышком первого, осторожно убирая стеклянные пластины; если стол устойчив, верхний газометр будет прекрасно стоять на нижнем. Затем (предварительно зажегши лучину так, чтобы у нее был длинный нагар) снимите пробку с сосуда с азотом и вставьте зажженную лучину, которая немедленно погаснет, а затем так же быстро загорится вновь, если опустить ее в нижний сосуд с кислородом. Этот опыт можно повторять несколько раз, и он является хорошей иллюстрацией относительных удельных весов двух газов, а также важности закона всеобщей диффузии, уже объясненного на стр. 6, согласно которому эти газы смешиваются, а не соединяются друг с другом, и атмосфера остается в одном единообразном состоянии состава, несмотря на изменения, происходящие на поверхности земли. Если не учитывать водяной пар, всегда присутствующий в атмосфере в переменных количествах, то десять тысяч объемов сухого воздуха содержат, согласно Грэму:

Nitrogen | 7912
Oxygen | 2080
Carbonic acid | 4
Carburetted hydrogen (CH₂) | 4
Ammonia | a trace
| ——————
| 10,000

Fig. 108. Fig. 108.

a. Газометр, содержащий азот n, стоящий на b, другом сосуде, полном кислорода o. Лучина c гаснет в n и загорается вновь в o. d d. Подставка, поддерживающая сосуды.

Четвертый опыт.

Именно элегантный, образованный, но злополучный Лавуазье открыл путем экспериментов с ртутью и воздухом сложную природу атмосферы; и именно этот химик дал азоту название «азот» (azote); однако следует помнить, что из того, что газ гасит пламя, не обязательно следует, что он является ядом. Азот гасит пламя, но мы вдыхаем огромное количество воздуха без каких-либо вредных последствий от азота, который он содержит; с другой стороны, многие газы, гасящие пламя, являются специфическими ядами, такие как углекислый газ, оксид углерода, циан и т. д.

Опыт Лавуазье можно повторить, пропустив в мерный сосуд, градуированный на пять равных объемов, четыре меры азота и одну меру кислорода; затем следует сдвинуть стеклянную пластину на горлышко сосуда, и его можно осторожно переворачивать некоторое время, чтобы смешать два газа, и когда смесь проверяется зажженной лучиной, обнаруживается, что она не увеличивает и не уменьшает осветительную способность, и лучина горит так же, как в атмосферном воздухе. (Рис. 109.)

Fig. 109. Fig. 109.

a. Газометр, разделенный на пять равных частей. b B. Секция пневматической ванны, показывающая переливание газа из одного сосуда в другой. Газ переходит из c в a через воду.

ВОДОРОД.

Водород (υδωρ, вода; γενναω, я порождаю), так названный Лавуазье — называемый другими химиками горючим воздухом и флогистоном. Символ H; соединительная способность 1. Самая легкая из известных форм материи.

Каждые 100 частей воды по весу содержат 11 частей газообразного водорода; и поскольку количество воды на поверхности земли составляет не менее двух третей всей площади, источник этого газа, как и кислорода или азота, неисчерпаем. Ван Гельмонт, Мэйо и Хейлс показали, что можно получить определенные горючие и своеобразные газы, но именно строго философскому уму Кавендиша было суждено определить природу элементов, содержащихся в горючих газах старых химиков и придающих им специфические свойства. Воздействуя разбавленными кислотами на железо, цинк и олово, Кавендиш выделил горючий упругий газ; он открыл почти все свойства, которые мы рассмотрим в последующих опытах, и, в частности, продемонстрировал состав воды в своей статье, прочитанной в Королевском обществе в 1784 году.

Первый опыт.

Водород готовится очень простым способом: в бутыль помещают немного цинковых стружек, к которой прикреплена пробка и оловянная или изогнутая стеклянная трубка, и на металл наливают немного разбавленной серной или соляной кислоты. Происходит вскипание и бурление, и газ выделяется в больших количествах, при этом вода разлагается; кислород переходит к цинку и образует оксид цинка, а тот, соединяясь с серной кислотой, образует сульфат цинка, который можно получить после выхода водорода путем выпаривания и кристаллизации. (Рис. 110.)

Zn + HO.SO3 = ZnO.SO3 + H; или Zn + HCl = ZnCl + H.

Почти во всех процессах, используемых для получения газообразного водорода, обычно применяется металл, и этот факт навел на мысль, что водород, возможно, является металлом, хотя это самая легкая из известных форм материи; и во всех последующих опытах будет видно, что металлическое вещество будет использоваться для того, чтобы забрать кислород и вытеснить водород.

Fig. 110. Fig. 110.

a. Бутыль, содержащая цинковые стружки и воду, снабженная крышкой и двумя трубками; одна из них, отмеченная b, содержит воронку и подает серную кислоту к цинку и воде, в то время как газ выходит через трубку c.

Всякий раз, когда готовится водород, ему следует дать выходить из генерирующего сосуда в течение нескольких минут, прежде чем подносить пламя, чтобы атмосферный воздух был вытеснен. Самые серьезные несчастные случаи происходили из-за неосторожности в этом отношении, так как смесь водорода и воздуха взрывоопасна, и тем более опасна, когда она воспламеняется в закрытой стеклянной бутыли.

Второй опыт.

Если кусочек калия поместить в небольшую клетку из грубой проволочной сетки, прикрепленную к стержню, и опустить под небольшой сосуд, полный воды, стоящий на полке пневматической ванны, то с большой скоростью образуется газообразный водород, который собирается в газометр. Кусочек калия, будучи окруженным водой, остается холодным, в то время как водород, выходящий под водой, конечно, не сгорает, как это происходит всякий раз, когда металл бросают на поверхность воды.

Третий опыт.

Поперек небольшой железной настольной печи помещается около восемнадцати дюймов дюймовой газовой трубы, содержащей железные опилки, причем вся конструкция раскалена докрасна; к одному концу прикреплена труба, подающая пар из котла, колбы или реторты, в то время как другая труба прикреплена к противоположному концу и ведет к пневматической ванне. Как только пар проходит над раскаленными железными опилками, он лишается кислорода, который остается с железом, образуя ржавчину или оксид железа, в то время как водород, называемый в этом случае «водяным газом», выходит с большой скоростью. Когда пар пропускают над раскаленным углем, водород также образуется вместе с оксидом углерода, и это, по сути, обычный процесс производства «водяного газа», который после очистки насыщается некоторым летучим углеводородом и сжигается. На первый взгляд такой способ производства газа показался бы чрезвычайно выгодным, и, несмотря на многочисленные неудачи, открытие (так называемое) «водяного газа» воспроизводится как своего рода хроническое чудо; но опыт и практика ясно показали, что «водяной газ» — это заблуждение, и пока мы можем получать уголь, не стоит идти окольными путями: сначала сжигать уголь для производства пара; во-вторых, сжигать уголь для нагревания древесного угля, над которым пропускается пар для превращения в газ, который затем нужно очистить и насытить дешевым углеводородом, полученным из угля или минеральной нафты; в то время как обычный светильный газ получается сразу путем нагревания угля в железных ретортах. (Рис. 111.)

Таким образом, с помощью металлов цинка, олова, калия, раскаленного железа (и мы могли бы добавить несколько других) кислород воды удаляется, а газообразный водород высвобождается.

Fig. 111. Fig. 111.

a. Колба, содержащая воду и производящая пар, который проходит в железную трубку b b, содержащую железные опилки, нагретые докрасна в угольной печи c. Водород проходит в сосуд d, стоящий на полке пневматической ванны.

Четвертый опыт.

Если бутыли с газообразным водородом приготовлены всеми описанными способами, они будут проявлять одинаковые свойства при проверке в аналогичных обстоятельствах. Зажженная лучина, поднесенная к горлышкам бутылей с водородом, которые должны быть перевернуты, заставляет газ загореться с небольшим шумом вследствие смеси воздуха и водорода, которая неизменно происходит при снятии пробки; при погружении зажженной лучины в основную массу газа она гаснет, показывая, что водород обладает свойством, противоположным кислороду, а именно: он загорается, но не поддерживает горение. Если держать бутыли с водородом в вертикальном положении, то при снятии пробки газ выходит с большой скоростью, и его место занимает атмосферный воздух, настолько, что к моменту поднесения зажженной лучины, вместо того чтобы гореть спокойно, газ часто удивляет оператора громким хлопком. Это внезапное воздействие на нервы можно предотвратить, всегда проводя опыты с перевернутыми бутылями. (Рис. 112.)

Fig. 112. Fig. 112.

a. Бутыль, открытая в вертикальном положении, водород взрывается. b. Бутыль, открытая в перевернутом положении, водород спокойно горит у горлышка.

Пятый опыт.

Водород в 14,4 раза легче воздуха, и по этой причине его можно переливать в бутыли и сосуды без помощи пневматической ванны. Одно из самых забавных доказательств его легкости — наполнение этим газом бумажных пакетов или воздушных шаров; и мы читаем в отчетах о празднествах в Париже об использовании воздушных шаров, искусно сконструированных в виде животных, так что была представлена настоящая воздушная охота, с тем лишь недостатком, что почти все животные предпочитали подниматься ногами вверх, обстоятельство, которое вызывало сильное веселье у легкомысленных французов. Легкость водорода можно показать двумя способами: во-первых, наполнив небольшой шар из «золотобойной кожи» (кишечной оболочки) чистым водородом (приготовленным путем пропускания газа, полученного из цинка и разбавленной чистой серной кислоты, через крепкий раствор поташа, а затем через раствор нитрата серебра) и позволив шару подняться; а затем, конечно, закрепив шар тонким шпагатом или прочной нитью, его можно опустить вниз и вдохнуть газ, при этом на голос производится самый любопытный эффект: он внезапно меняется с мужского баса на смешной носовой писк. Единственные необходимые меры предосторожности — сделать газ совершенно чистым и избегать пламени при вдыхании газа. Шапталь рассказывает, что бесстрашный (вернее, безрассудный), но несчастный аэронавт г-н Пилатр де Розье, однажды вдохнув водород, имел неосторожность приблизиться к зажженной свече, после чего во рту произошел взрыв, который, по его словам, «был настолько сильным, что ему показалось, будто все его зубы вылетели». Конечно, если бы можно было с помощью какой-то необычайной силы изменить состояние атмосферы в концертном зале или театре, все басовые голоса стали бы чрезвычайно гнусавыми и весьма комичными, в то время как сопрано подражали бы железнодорожным свисткам и пугающе визжали; и если бы удельный вес воздуха постоянно и существенно менялся, наши голоса никогда не были бы прежними, а менялись бы изо дня в день в зависимости от состояния воздуха, так что «знакомый голос» стал бы невозможен.

Колокольчик, звенящий в газометре, содержащем воздух, издает совсем другой звук, чем тот, который получается в сосуде, полном водорода — простой опыт легко выполнить, поместив сосуд с водородом над самодействующим колокольчиком, подобным тем, что используются для телеграфных целей. (Рис. 113.)

Fig. 113. Fig. 113.

a. Подставка и колокольчик. b b. Оловянный цилиндр, полный водорода, который можно поднимать или опускать по желанию, поднимая его за ручку сверху, при этом слышны любопытные изменения в звуке колокольчика.

Шестой опыт.

Некоторые маленькие трубы органа можно заставить издавать самые любопытные звуки, пропуская через них тяжелые и легкие газы; в этих опытах следует использовать мешки, содержащие газы, которые могут подавать воздух, кислород, углекислый газ или водород через органные трубы под одинаковым давлением.

Седьмой опыт.

Одна из тех игрушек, которые называются «пищащая игрушка», дает еще один смешной пример влияния водорода на звук, когда она используется в сосуде, содержащем этот газ. (Рис. 114.)

Fig. 114. Fig. 114.

Пищащая игрушка, используемая в сосуде с водородом.

Восьмой опыт.

Аккордеон, на котором играют в большом сосуде, содержащем газообразный водород, демонстрирует еще более ясно, каков был бы эффект от оркестра, запертого в комнате, содержащей смесь значительной части водорода с воздухом, так как первый, подобно азоту, не является ядом и убивает только при отсутствии газообразного кислорода.

Девятый опыт.

Некоторые очень забавные опыты с воздушными шарами были разработаны г-ном Дарби, выдающимся производителем фейерверков, с помощью которых они могут нести сигналы трех видов, и таким образом движущая или подъемная сила может быть использована до определенной степени.

Внимание г-на Дарби было впервые направлено на изготовление хорошего, пригодного к эксплуатации и дешевого воздушного шара, который он сделал из бумаги, вырезанной с математической точностью; клинья или секции были сделаны равными, и при склеивании они укреплялись вставкой веревки в месте соединения; так что каркас шара был сделан из веревки, все это заканчивалось горловиной, которая была дополнительно укреплена ситцем и завершалась при необходимости хорошим слоем вареного масла. Эти шары имеют высоту около девяти футов и пять футов в диаметре в самой широкой части, точно как груша, и сужаются к горловине самым изящным и элегантным образом. Они замечательно удерживают газообразный водород в течение многих часов и не пропускают его благодаря тому, что бумага, из которой они сделаны, хорошо подобрана и все отверстия заделаны, а также благодаря тому, что давление так хорошо распределяется по внутренней поверхности благодаря почти математической точности, с которой они вырезаны, и тщательной подготовке бумаги с помощью соответствующего лака. Одно из их главных достоинств — дешевизна; ибо в то время как шар из «золотобойной кожи» такого же размера стоил бы около 5 фунтов стерлингов, их можно поставлять по 5 шиллингов за штуку в больших количествах.

Шар, предназначенный для перевозки одного или нескольких человек, должен быть изготовлен из лучших материалов и не может быть сделан слишком тщательно; поэтому это довольно дорогое дело, и на строительство этих «воздушных колесниц» тратилось до 200, 500 и даже 1000 фунтов стерлингов.

Основные моменты, требующие внимания: во-первых, качество шелка; во-вторых, точность и скрупулезная тщательность, необходимые при раскрое и соединении клиньев; в-третьих, нанесение хорошего лака для заполнения пор шелка, который должен быть нерастворимым в воде и достаточно эластичным, чтобы не трескаться.

Обычный материал — индийский шелк (называемый шелком Кора), по цене от 2 шиллингов до 2 шиллингов 6 пенсов за ярд.

Клинья или части, из которых строится шар, требуют, как было сказано ранее, большого внимания; среди аэронавтов существует поговорка: «что паутина удержит газ, если она правильно сформирована», цель состоит в том, чтобы распределить давление поровну по всему мешку или шару.

Лак, которым шелк делается воздухонепроницаемым, может быть изготовлен по частному рецепту г-на Грэма, аэронавта, который заявляет, что использует для этой цели два галлона льняного масла (вареного), два галлона (сырого) и четыре унции пчелиного воска; все это кипятится вместе в течение одного часа, результат получается замечательный, а лак — прочный и не склонный к растрескиванию.

Для ремонта отверстий в воздушном шаре г-н Грэм рекомендует цемент, состоящий из двух фунтов черной смолы и одного фунта сала, расплавленных вместе и нанесенных на куски лакированного шелка на отверстия.

Фактическая стоимость воздушного шара будет понятна из информации, также полученной от г-на Грэма. Его знаменитый «Виктория-баллон», который прошел через столько опасных приключений, имел высоту шестьдесят пять футов и тридцать восемь футов в диаметре в самой широкой части; и при его строительстве были использованы следующие материалы:

| £ |   s. |   d.
1400 yards of Corah silk, at 2s. 6d. per yard | 175 | 0 | 0
The netting weighed 70 lbs. | 20 | 0 | 0
Extra ropes weighed 20 lbs. at 2s. per lb. | 2 | 0 | 0
The car weighed 25 lbs. | 7 | 0 | 0
Varnish, wages, &c. | 16 | 0 | 0
| ———— | ———— | ————
| £220 | 0 | 0

Для наполнения этого шара потребовалось тридцать восемь тысяч кубических футов светильного газа, за что одна компания взимала 20 фунтов стерлингов, другие — от 9 до 10 фунтов стерлингов; и восемь человек требовалось, чтобы удерживать надутого «мешковатого монстра».

Такой шар, как описано выше, — это просто мыльный пузырь по сравнению с «Новым воздушным кораблем», который сейчас строится в окрестностях Нью-Йорка; детали настолько практичны и интересны, что мы приводим почти весь отчет об этом мамонте или «Грейт Истерн» среди воздушных шаров, как он был дан в «Нью-Йорк Таймс».

«Эксперимент в научном воздухоплавании, более масштабный, чем когда-либо предпринимался, скоро будет опробован в этом городе. Проект пересечения Атлантического океана на воздушном корабле, о котором давно говорили, но который так и не был осуществлен, принял столь определенную форму, что аппарат уже готов, а аэронавт готов взяться за свою задачу.

Работа велась тихо, в непосредственной близости от Нью-Йорка, с начала весны. Новый воздушный корабль, который был окрещен «Город Нью-Йорк», настолько близок к завершению, что осталось лишь несколько существенных деталей, чтобы позволить проектировщикам представить его публике.

Аэронавт, отвечающий за проект, — г-н Т. С. К. Лоу, уроженец Нью-Гэмпшира, совершивший тридцать шесть подъемов на воздушном шаре.

Размеры «Города Нью-Йорка» настолько превосходят размеры любого ранее построенного воздушного шара, что сам факт его существования примечателен. Вкратце, для столь большого объекта, вот его размеры: наибольший диаметр — 130 футов; поперечный диаметр — 104 фута; высота от клапана до лодки — 350 футов; вес с оснащением — 3½ тонны; подъемная сила (совокупная) — 22½ тонны; емкость газовой оболочки — 725 000 кубических футов.

«Город Нью-Йорк», следовательно, почти в пять раз больше самого большого воздушного шара, когда-либо построенного ранее. Его форма — обычный перпендикулярный газоприемник с прикрепленной корзиной и спасательной шлюпкой.

Для изготовления оболочки было использовано шесть тысяч ярдов саржевой ткани. В пересчете на футы фактический размер этого материала составляет 54 000 футов — или почти 11 миль. Семнадцать швейных машин Уилера и Уилсона были использованы для соединения кусков, а верхняя часть оболочки, предназначенная для размещения газового клапана, имеет тройную толщину, усилена тяжелым коричневым полотном и прошита тройными швами. Поскольку давление в этой точке наибольшее, требуется необычайная прочность. Утверждается, что 100 женщин, работая постоянно в течение двух лет, не смогли бы выполнить эту работу, которая измеряется милями. Материал прочный, а строчка еще прочнее.

«Лак, нанесенный на эту оболочку, — это состав, секрет которого принадлежит г-ну Лоу. Наносятся три или четыре слоя, чтобы предотвратить утечку газа.

Сетка, которая окружает оболочку, представляет собой прочный шнур, изготовленный из льна специально для этой цели. Его совокупная прочность равна сопротивлению в 160 тонн, при этом каждый шнур способен выдержать вес в 400 или 500 фунтов.

Корзина, которая будет подвешена непосредственно под воздушным шаром, сделана из ротанга, имеет 20 футов в окружности и 4 фута в глубину. Ее форма круглая, и она окружена парусиной. Эта кабина будет перевозить аэронавтов. Она обогревается известковой печью, изобретением г-на О. А. Гагера, которым он поделился с г-ном Лоу. Известковая печь — новая особенность в воздушных путешествиях. Утверждается, что она будет давать тепло без огня и предназначена только для обогрева. Печь имеет 1½ фута в высоту и 2 фута в квадрате. Г-н Лоу заявляет, что он настолько убежден в полезности этого приспособления, что считает возможным подняться в область, где вода замерзает, и при этом не замерзнуть самому. Это предстоит проверить.

«Ниже корзины находится металлическая спасательная шлюпка, в которой помещен двигатель Эрикссона. Таким образом, изобретение капитана Эрикссона будет опробовано в воздухе. Его конкретная цель — управление пропеллером, оснащенным по принципу винта, с помощью которого предполагается получить регулирующую силу. Применение механической силы разработано очень искусно. Пропеллер закреплен в носовой части спасательной шлюпки, выступая под углом около сорока пяти градусов. От колеса на конце отходят двадцать лопастей. Каждая из этих лопастей имеет 5 футов в длину, постепенно расширяясь от точки контакта с винтом до конца, где ширина каждой составляет 1½ фута. Г-н Лоу утверждает, что благодаря применению этих механических приспособлений его воздушный корабль можно легко поднимать или опускать, чтобы искать различные воздушные течения; что они дадут ему достаточный запас управления и предотвратят вращательное движение машины. Применяя принцип лопасти, он не претендует на какое-либо новое открытие, а просто на практическое развитие теории, выдвинутой другими аэронавтами и частично воплощенной в жизнь Чарльзом Грином, знаменитым английским аэронавтом.

«Г-н Лоу утверждает, что применение механизмов в воздухоплавании слишком долго было лишь теорией. Он предлагает воплотить теорию в практику и посмотреть, что из этого выйдет. Подсчитано, что подъемная и опускающая сила механизмов будет равна весу в 300 фунтов, при этом лопасти настроены так, чтобы допускать очень быстрое движение вверх или вниз. Поскольку потери всего трех или четырех фунтов достаточно, чтобы позволить воздушному шару быстро подняться, а утечка очень небольшой части газа достаточна для снижения высоты, г-н Лоу считает этот систематический регулятор вполне достаточным, чтобы позволить ему контролировать свои движения и оставаться на любой желаемой высоте. Он намерен подняться на высоту трех или четырех миль в начале пути, но эта высота не будет поддерживаться постоянно. Он предпочитает, говорит он, оставаться на приличном расстоянии от земных вещей, где «он может видеть людей». Остается надеяться, что его механизмы выполнят все, что он от них ожидает. Это новое дело во всех отношениях, и предстоит проверить множество новых применений. Г-н Лоу, выражая крайнюю уверенность во всех аспектах своего аппарата, заверил нас, что он обязательно полетит и, столь же обязательно, либо упадет в океан, либо доставит экземпляр «Таймс» за понедельник в Лондон в следующую среду. Он предлагает совершить посадку в Англии или Франции и возьмет курс к северу от востока. Курс строго на восток привел бы его в Испанию, но против этого курса он возражает. Он надеется совершить перелет из этого города в Лондон за сорок восемь часов, безусловно, за шестьдесят четыре часа. Он отбрасывает мысль об опасности, занимается своими приготовлениями не спеша и обещает себе хорошо провести время. Поскольку верхние течения, направленные строго на восток, не позволят ему вернуться тем же путем, он предлагает упаковать «Город Нью-Йорк» и сесть на первый пароход до дома.

«Воздушный корабль будет нести груз. Его кубический объем в 725 000 футов газа достаточен, чтобы поднять вес в 22½ тонны. С полным оснащением его собственный вес составит 3½ тонны. С этим весом остается 19 тонн подъемной силы, и, соответственно, есть место для стольких пассажиров, сколько захотят рискнуть. Мы понимаем, однако, что компания ограничена восемью или десятью. Г-н Лоу запасает песок для балласта, считает свои шансы на спасение чрезвычайно благоприятными, питает полное доверие к прочности своей сетки, мощности своих механизмов и плавучести своей спасательной шлюпки и в целом считает себя защищенным от риска катастрофы. Если он совершит свое путешествие благополучно, он сделает больше, чем любой воздушный навигатор еще решался предпринять. Если он потерпит неудачу, предприятие поглотит кругленькую сумму в 20 000 долларов. Богатые люди, которые являются его спонсорами, разделяя его энтузиазм, объявляют неудачу невозможной и приглашают терпеливую публику подождать и посмотреть».

Ночной подъем, наблюдаемый в любом из общественных садов, — это, безусловно, волнующее зрелище, особенно если ветер довольно сильный. При приближении к воздушному шару, раскачивающемуся из стороны в сторону под порывами ветра, кажется, что он способен раздавить смельчака, который осмелится оказаться под ним; видимый как большая темная масса на еще тускло освещенной площади, он кажется неспособным к управлению; когда наполнение завершено, аэронавт, исполненный важности, садится в корзину, и голубые огни вместе с другими фейерверками демонстрируют жертву, которой предстоит совершить «последний подъем» или, возможно, спуск. Наконец, дана команда, канаты отброшены, и громоздкая колесница величественно поднимается под звуки государственного гимна. Толпа больше ничего не видит, но «Таймс» следующего дня сообщает о конце воздушного путешествия.

Воздушные шары никогда не смогут иметь постоянной ценности как средство передвижения, пока ими нельзя будет управлять; и это проблема, решение которой похоже на «вечный двигатель». Во-первых, воздушный шар любого размера подвергает огромную поверхность давлению и силе ветров; и когда мы учитываем, что они движутся со скоростью от трех до восьмидесяти миль в час, становится понятно, что сама ткань воздушного шара должна уступить при любой попытке разорвать, работать или тянуть его против такой силы. Во-вторых и в-последних, еще не создана сила, которая сделала бы все это без неудобства быть настолько тяжелой, что рулевой двигатель прочно фиксирует воздушный шар к земле своей упрямой гравитацией. Когда будут построены мощные двигатели без препятствия в виде веса аэронавта — когда воздушные шары будут сделаны из тонкой меди или листового железа, тогда мы, возможно, услышим о путешествии хорошего корабля «Эриал», направляющегося куда угодно и совершенно независимого от дока, порта и множества сборов, которые должны выплачивать морские корабли. Однако приятно для рвения и настойчивости тех, кто мечтает о воздухоплавании, знать, что воздушный шар не совсем бесполезен; и здесь мы можем вернуться к рассмотрению сигналов г-на Дарби, которые бывают разных видов и предназначены для воздействия на чувства как ночью, так и днем; и во-первых, с помощью звуковых сигналов. Такие средства давно признаны, от древнего поплавка и колокола «Инчкейп Рок» до мучительного сигнального выстрела в море или пронзительного железнодорожного свистка и детонирующих сигналов, используемых для предотвращения ужасов столкновения между двумя поездами. Сигнальные звуки производятся взрывом снарядов, способных дать отчет, равный отчету шестифунтовой пушки, и они сконструированы очень простым способом. Шар, состоящий из дерева или меди и сделанный путем свинчивания двух полушарий, прикреплен к стержню или хвосту из тростника или ланцетовидного дерева, должным образом оперенному, как стрела; на стороне, противоположной стреле, т. е. на ее антиподах, помещен небольшой выступ, содержащий крошечную стеклянную колбу, наполненную купоросным маслом и окруженную смесью хлората калия и сахара, причем все это защищено гуттаперчей и сообщается через запальное отверстие с внутренней частью, которая, конечно, наполнена порохом. Эти снаряды прикреплены к круглому каркасу прочным бичевым шнуром, который проходит к центральному запалу, и отсоединяются один за другим по мере того, как медленный запал (сделанный полым по принципу лампы Арганда) устойчиво догорает. Как только снаряд падает на землю, маленькая колба, содержащая купоросное масло, разбивается, и кислота, вступая в контакт с хлоратом калия и сахаром, заставляет смесь воспламениться, после чего порох взрывается. Во время осады Севастополя многие подобные мины были приготовлены русскими в земле, так что, когда несчастный солдат наступал на это место, скрытая мина взрывалась и серьезно ранила его; такая мелкая война так же плоха, как стрельба по часовым, и является жестоким применением науки, которая без необходимости увеличивает страдания войны, не принося тех великих результатов, ради которых воевали только поистине великие полководцы, Веллингтон и Наполеон. (Рис. 115.)

Fig. 115. Fig. 115.

a. Кольцо, прикрепленное к воздушному шару, несущее шестиугольный каркас с шестью снарядами. b. Полый запал, который медленно догорает до шнуров и отсоединяет каждый снаряд по очереди. c. Секция снаряда. Заштрихованная часть представляет порох.

Распределитель листовок состоит из длинного куска дерева, к которому прикреплено несколько полых запалов с пакетами листовок, защищенных от сгорания или опаления тонкой оловянной пластиной; таким образом можно доставить 10 000 или 20 000 листовок, и ветер помогает их разбрасывать, пока воздушный шар пролетает расстояние во много миль. Необходимо помнить, что в каждом случае снаряды и листовки отсоединяются путем перегорания шнура по мере того, как огонь ползет вверх от запала. (Рис. 116.)

Fig. 116. Fig. 116.

Распределитель листовок, состоящий из трех полых запалов с прикрепленными пакетами листовок.

Другое весьма остроумное приспособление, также подготовленное г-ном Дарби, называется изобретателем «Сигнал для суши и воды» и может быть описано следующим образом: короткий полый шар из гуттаперчи или другого удобного материала, пять или шесть дюймов в диаметре, наполненный печатными листовками или информацией, какой бы она ни была, которую требуется отправить, прикреплен к крышке, к которой прикреплен красный флаг со словами «Откройте снаряд» и четыре перекрестные палки, трости или китовый ус с кусочками пробки на равных расстояниях. Все это соединено шнуром с запалом, как описано ранее. Эти сигналы приспособлены для суши и воды: в любом случае они падают вертикально, и благодаря выступающим палкам они хорошо держатся на воде и могут быть видны в телескоп на расстоянии трех миль. (Рис. 117.) Многие из этих сигналов были отправлены г-ном Дарби из Воксхолла; один был подобран в Харвиче, другой в Брайтоне, третий в Кройдоне; в последнем случае он был найден сельским жителем, который, опасаясь пороха и горючих веществ, не стал осматривать снаряд, но, упомянув об этом обстоятельстве джентльмену, живущему рядом с ним, они договорились разрезать его; и известие об их прибытии в этом и других случаях было вежливо переслано г-ну Дарби в сады Воксхолла.

Fig. 117. Fig. 117.

Сигнал для суши и воды, который остается в вертикальном положении на суше или плавает на поверхности воды. a. Водонепроницаемый снаряд из гуттаперчи, содержащий сообщение или информацию. b b b. Тростниковые палки для удержания флага в вертикальном положении; на концах прикреплены пробковые заглушки.

Воздушные шары, как и многие другие умные изобретения, презирались военными как новомодные уловки, игрушки, которые могут подойти, чтобы порадовать зевающую публику, но являются и должны быть бесполезными в полевых условиях. Снова и снова предлагалось, чтобы корпус воздушных шаров для наблюдения был прикреплен к британской армии, но схема была отвергнута, хотя расходы на несколько ярдов шелка и генерацию водорода были бы сущим пустяком по сравнению с транспортировкой и использованием одной 32-фунтовой пушки. Однако устаревшие представления восьмидесятилетних генералов получили сильный удар от того факта, что император Наполеон III смог с помощью привязного воздушного шара наблюдать за передвижениями и диспозициями австрийских войск; и с помощью информации, полученной таким образом, он сделал свои приготовления и был вознагражден победой при Сольферино; и как только битва закончилась, Наполеон III занял в Кавриане ту самую комнату и съел обед, приготовленный для его противника, императора Франца Иосифа.

Снова и снова писались самые превосходные истории воздухоплавания, но все они сводятся к одной истине, а именно: к большой опасности и риску таких экскурсий; и чтобы позволить нашим читателям сформировать собственное суждение, прилагается хронологический список некоторых из самых знаменитых аэронавтов и т. д.

1675. Бернэр попытался лететь — погиб. 1678. Беснье попытался лететь. 1772. Аббат Дефорж анонсировал воздушную колесницу. 1783. Монгольфье сконструировал первый воздушный шар. «Братья Робер», первый газовый шар, уничтожен крестьянами Женевы, которые вообразили его злым духом или луной. 1784. Мадам Тибле, первая леди, которая когда-либо была в облаках; она поднялась на 13 500 футов. «Герцог де Шартр, впоследствии Эгалите Орлеанский, проехал 135 миль за пять часов на воздушном шаре. «Тестю де Брисси, конный подъем. «Д'Ашиль, Дегранж и Шалфур — шар Монгольфье. «Баквиль попытался совершить полет с крыльями. «Лунарди — газовый шар. «Рамбо — шар Монгольфье, который сгорел. «Андреани — шар Монгольфье. 1785. Генерал Мани — газовый шар, упал в воду и не был спасен в течение шести часов. «Томпсон при пересечении Ирландского пролива был протаранен бушпритом корабля, двигаясь со скоростью двадцать миль в час. «Бриоски — газовый шар поднялся слишком высоко и лопнул; полученная им травма в конечном итоге стала причиной его смерти. «Венецианский дворянин и его жена — газовый шар — погибли. «Пилатр де Розье и М. Ромен — газовый шар загорелся — оба погибли. 1806. Мосман — газовый шар — погиб. «Оливари — шар Монгольфье — погиб. 1808. Дегер попытался совершить полет с крыльями. 1812. Битторф — шар Монгольфье — погиб. 1819. Бланшар, мадам — газовый шар — погибла. 1819. Гей-Люссак — газовый шар, поднялся на 23 040 футов над уровнем моря. Барометр 12,95 дюйма; термометр 14,9 по Фаренгейту. «Гей-Люссак и Био — газовый шар на благо науки. Оба философа благополучно вернулись на землю. 1824. Сэдлер — газовый шар — погиб. «Шелдон — газовый шар. «Харрис — газовый шар — погиб. 1836. Кокинг — парашют с газового шара — погиб. 1847. Годар — шар Монгольфье упал в Сену и был извлечен из нее. 1850. Пуатвен, успешный французский аэронавт. «Гейл, лейтенант — газовый шар — погиб. «Биксио и Барраль — газовый шар. «Грэм, г-н и г-жа — газовый шар. Серьезный несчастный случай при подъеме возле Великой выставки в Гайд-парке. «Грин, самый успешный живущий аэронавт настоящего времени.

Из 41 перечисленного человека 14 погибли, и почти все аэронавты столкнулись с несчастными случаями, которые могли оказаться фатальными.

Fig. 118. Fig. 118.

Летательный аппарат (теоретический).

Десятый опыт.

Мыльные пузыри, надутые водородом, поднимаются с большой скоростью и разбиваются о потолок; если прервать их полет зажженной лучиной, они сгорают с легким желтым цветом и глухим хлопком.

Одиннадцатый опыт.

Сконструировав оловянную форму из двух половин в форме довольно большой колбы, можно сделать шар из коллодия, налив коллодий внутрь оловянного сосуда и позаботившись о том, чтобы каждая часть была должным образом покрыта; оловянную форму можно нагреть внешним воздействием горячей воды, чтобы удалить эфир коллодия, и когда он станет совсем сухим, форму открывают и шар вынимают. Такие шары можно сделать и наполнить водородом, прикрепив к ним полоску бумаги, смоченную в растворе воска, фосфора и сернистого углерода; по мере испарения последнего фосфор воспламеняется и распространяется на шар, который сгорает с легким хлопком. Оловянная форма должна быть сделана очень совершенно и должна быть яркой внутри; и если шары наполнены кислородом и водородом, допуская достаточный избыток последнего для обеспечения подъемной силы, они взрываются с громким шумом, как только огонь достигает смешанных газов.

Двенадцатый опыт.

В суповую тарелку налейте немного крепкого мыльного раствора; затем надуйте несколько пузырей смесью кислорода и водорода; при поднесении пламени происходит громкий хлопок, и если комната маленькая, окно следует открыть, так как сотрясение воздуха может разбить стекло.

Тринадцатый опыт.

Любой шум, повторяющийся не менее тридцати двух раз в секунду, производит музыкальный звук, и путем создания ряда небольших взрывов водорода внутри стеклянных трубок различных размеров получаются самые своеобразные звуки. Пламя водорода должно быть чрезвычайно маленьким, а стеклянные трубки, удерживаемые над ним, могут быть любой длины и диаметра; только проба определит, подходят ли они для этой цели или нет.

Четырнадцатый опыт.

Цветы, фигуры или другие рисунки могут быть нарисованы на шелке раствором нитрата серебра, и все это, будучи смоченным водой, подвергается воздействию газообразного водорода, который удаляет кислород из серебра и восстанавливает его до металлического состояния.

Точно так же рисунки, выполненные раствором хлорида золота, проявляются в металлическом виде при воздействии газообразного водорода. Хлорид олова, обычно называемый муриатом олова, также может быть восстановлен подобным образом; при проведении этих опытов следует следить за тем, чтобы ткань, на которую нанесены буквы, фигуры или рисунки металлической солью, оставалась совершенно влажной во время воздействия на нее газообразного водорода.

Пятнадцатый опыт.

Смесь двух объемов водорода с одним объемом кислорода взрывается с большой силой и образует два объема пара, который конденсируется на стенках прочного стеклянного сосуда, в котором может проводиться опыт, в виде воды. Поскольку прибор, называемый бутылью Кавендиша, с помощью которого этот опыт можно выполнить безопасно, довольно дорог и требует использования воздушного насоса, газовых баллонов с запорными кранами, а также электрической машины и лейденской банки, можно применить другие, более простые средства для демонстрации соединения кислорода и водорода и образования воды.

Если налить немного спирта в чашку и поджечь его, а затем подержать над пламенем пустой холодный газовый баллон, то вследствие сгорания водорода, содержащегося в спирте, произойдет обильное выделение влаги. Спирт содержит шесть эквивалентов водорода, четыре эквивалента углерода и два эквивалента кислорода. Если под соответствующий конденсатор поместить зажженную свечу или пламя масляной, камфиновой, белмонтиновой или газовой горелки, то в результате сгорания этих веществ образуется большое количество воды (рис. 119).

Fig. 119. Fig. 119.

a. Горящая свеча, масляная или газовая лампа. Медная головка и длинная трубка, входящие в b c, приемник, из которого конденсированная вода капает в d. e e. Две пробки, между которыми проложена влажная ветошь.

Шестнадцатый опыт.

Во время сгорания смеси двух объемов водорода с одним объемом кислорода выделяется огромное количество тепла, которое с пользой применяется в устройстве оксиводородной горелки. Пламя смешанных газов дает мало света или не дает его вовсе, но при направлении его на различные металлы, помещенные в небольшое отверстие в огнеупорном кирпиче, в результате сгорания металлов получается чрезвычайно интенсивный свет, окрашенный по-разному в зависимости от природы используемых веществ. При использовании чугуна получаются наиболее яркие искры, особенно если после расплавления и кипячения чугуна струей двух газов один из них, а именно водород, перекрыть и направить на расплавленный железный шарик только кислород: тогда углерод железа сгорает с большой быстротой, маленький шарик окутывается снопом искр, и все это дает отличное представление о принципе запатентованного метода Бессемера по превращению чугуна непосредственно в чистое ковкое железо или, при прекращении процесса до полного сгорания углерода, в литую сталь.

Приборы для проведения этих опытов бывают различных видов, и время от времени предлагались разные типы горелок из соображений их предполагаемой безопасности. Можно утверждать, что все устройства, предлагаемые для сжигания любого количества смешанных газов, чрезвычайно опасны: если происходит взрыв, он почти так же разрушителен, как порох, и даже если комнате не будет нанесен особый ущерб, все равно существует риск того, что внезапная вибрация воздуха приведет к необратимой глухоте. Если необходимо сжигать смешанные газы, то, пожалуй, самым безопасным аппаратом является прибор Гурни; в этой конструкции смешанные газы проходят через небольшой резервуар с водой, и таким образом газодержатель, а именно мочевой пузырь, оказывается отделен от горелки в момент горения. (Рис. 120.) Эта горелка весьма рекомендуется мистером Вудвордом, глубокоуважаемым президентом Ислингтонского литературно-научного института, и может быть приспособлена для демонстрации явлений поляризованного света, микроскопа и других интересных оптических явлений.

Fig. 120. Fig. 120.

Горелка Гурни. a. Трубка с запорным краном, ведущая от газодержателя. b. Небольшой резервуар с водой, через который проходят смешанные газы. c. Горелка, где сгорают газы. d. Пробка, которая вылетает, если пламя отступает в трубку c.

Мистер Вудворд утверждает, что серия опытов, проводившихся в течение многих лет, доказала, что пока мочевой пузырь, содержащий смешанные газы, находится под давлением, пламя не может пройти через предохранительные камеры, и, следовательно, взрыв невозможен; и даже если по крайней неосторожности или умыслу, например, при снятии давления или контакте искры с пузырем, произойдет взрыв, он не может произвести иного эффекта, кроме кратковременного испуга, вызванного хлопком; тогда как при использовании газов в отдельных мешках под давлением в два или три полуцентнера, если давление на один из мешков случайно снято или ослаблено, газ из другого будет вытеснен в него, и, если это не обнаружить вовремя, вызовет взрыв весьма опасного характера; или если по неосторожности один из частично опорожненных мешков будет наполнен не тем газом, последствия будут столь же опасными.

Fig. 121. Fig. 121.

a. Мочевой пузырь со смешанными газами, прижимаемый доской b b, прикрепленной с помощью проволочных опор к другой доске c c, которая несет грузы d d. e e. Трубка, к которой привинчен пузырь a, и когда a пустеет, он наполняется заново из другого пузыря r. f f f. Трубка, подающая смешанные газы к фонарю g g, где они сгорают в горелке Гурни h.

В обычно используемой оксиводородной горелке газы хранятся совершенно раздельно, либо в газометрах, либо в газовых мешках, и подаются по отдельным трубкам к горелке очень простой конструкции, разработанной покойным профессором Дэниелом, где они смешиваются в очень малых объемах и сгорают непосредственно на выходе из горелки. (Рис. 122.)

Fig. 122. Fig. 122.

Горелка Дэниела. o o. Запорный кран и трубка, подающая кислород и входящая внутрь большей трубки h h, к которой присоединен запорный кран h, соединенный с приемником водорода. a. Отверстие, возле которого смешиваются газы и где они сгорают.

Газы хранятся либо в медных газометрах, либо в воздухонепроницаемых мешках из ткани Макинтоша, способных вместить от четырех до шести кубических футов газа и снабженных прижимными досками. Доски нагружаются двумя или тремя гирями по пятьдесят шесть фунтов, чтобы вытеснять газ с достаточным давлением, и, разумеется, должны быть нагружены одинаково; если вес грузов изменяется, запорные краны следует перекрыть и свет погасить, так как из-за неосторожности в этом отношении случались самые катастрофические результаты. (Рис. 123.)

Fig. 123. Fig. 123.

Рис. 123. Газовый мешок и прижимные доски.

Конструкция оксиводородной горелки дополнительно варьируется путем приема газов из отдельных резервуаров и их смешивания в верхней части горелки, которая снабжена предохранительной трубкой, заполненной круговыми кусками проволочной сетки. (Рис. 124.) При таком устройстве получается чрезвычайно интенсивный свет, называемый друммондовым или известковым светом, и вместо водорода сейчас обычно используется светильный газ.

Fig. 124. Fig. 124.

a a. Доска, к которой прикреплена b b. o. Трубка для кислорода. h. Трубка для водорода. c c. Пространство, заполненное проволочной сеткой. d. Известковый цилиндр.

Семнадцатый опыт.

Существует много обстоятельств, которые вызывают соединение кислорода и водорода, которые, если их оставить в стеклянном сосуде в чистом виде, могут сохраняться в течение любого времени без изменений; но если в смешанные газы ввести немного порошкообразного стекла или любого другого мелкораздробленного вещества с острыми краями при температуре, не превышающей 660° по Фаренгейту, то газы бесшумно соединяются и образуют воду.

Этот любопытный способ осуществления их соединения демонстрируется еще более интересным образом с помощью совершенно чистой платиновой фольги, которая при введении в смешанные газы постепенно начинает светиться и, раскаляясь докрасна, вызывает взрыв газов. Или, что еще лучше, по методу, впервые предложенному Дёберейнером в 1824 году, при котором мелко приготовленная платиновая губка, т.е. платина в пористом состоянии, обладающая большой металлической поверхностью, почти мгновенно нагревается докрасна при контакте со смешанными газами. Когда этот факт стал известен, его применили для создания прибора мгновенного воспламенения, в котором водород направлялся на маленький шарик платиновой губки и немедленно воспламенялся. Эти лампы Дёберейнера были у немногих любознательных людей и, несомненно, получили бы широкое распространение, если бы открытие фосфора не дало более дешевого и удобного средства для получения огня. Когда платиновая губка смешивается с тонкой глиной и формуется в маленькие таблетки, их можно (после легкого подогрева) ввести в смесь двух газов, и они бесшумно вызовут их соединение. Теория этого соединения несколько неясна, и, пожалуй, самая простая из них та, что предполагает, будто платиновая губка действует как проводник электрических влияний между двумя наборами газообразных частиц; хотя, опять же, трудно примирить эту теорию с тем фактом, что порошкообразное стекло при 660°, будучи плохим проводником электричества, должно достигать той же цели. Результат, по-видимому, обусловлен некими поверхностными эффектами, благодаря которым газы, кажется, конденсируются и приводятся в состояние, позволяющее им покинуть газообразную форму и принять форму воды.

Когда сэр Г. Дэви изобрел предохранительную лампу, он знал, что в определенных взрывоопасных условиях воздуха в угольных шахтах пламя лампы гаснет, и чтобы шахтер не остался в унылой темноте и лабиринтах галерей без каких-либо средств увидеть путь наружу, он разработал остроумное устройство с тонкой платиновой проволокой, которая была навита вокруг пламени лампы и закреплена должным образом, чтобы ее нельзя было сдвинуть с места случайным сотрясением. Когда пламя предохранительной лампы с прикрепленной платиновой проволокой случайно гасло из-за взрывоопасной атмосферы, в которой она находилась, платина начинала светиться от интенсивного жара и продолжала излучать свет до тех пор, пока оставалась в опасной части шахты. Сэр Г. Дэви предупреждал тех, кто может использовать платину, следить за тем, чтобы ни одна часть тонкой проволоки не выходила за пределы проволочной сетки, по той очевидной причине, что при воспламенении снаружи защитной сетки она подожгла бы рудничный газ.

Восемнадцатый опыт.

Вода разлагается путем пропускания через нее тока вольтова электричества с помощью двух платиновых пластин, которые могут быть соединены с десятиэлементной батареей Гроува. Газы собираются в отдельные трубки, и этот опыт представляет собой одну из самых поучительных иллюстраций состава воды. (Рис. 125.)

Fig. 125. Fig. 125.

p p. Две платиновые пластины, соединенные проводами с чашками. Провода проходят через отверстия в чаше для промывания пальцев b b и закреплены совершенно неподвижно путем заливки цементом, состоящим из смолы и сала, до линии l l. Две стеклянные трубки, наполненные водой, подкисленной серной кислотой, помещены над платиновыми пластинами в чаше, которая также содержит разбавленную серную кислоту для улучшения проводимости воды. Провода батареи помещены в чашки, а стрелки показывают направление электрического тока.

Электрический ток, проходящий от одной платиновой пластины к другой и между ними, разлагает воду, предлагая обратный вариант опыта Дёберейнера и в высшей степени подтверждая вероятность теории, уже выдвинутой для объяснения необычного соединения кислорода и водорода в присутствии чистой платиновой фольги, и особенно если мы рассмотрим работу газовой батареи Гроува, в которой электрический ток создается кусочками платиновой фольги, покрытыми мелкораздробленной платиной, называемой платиновой чернью; каждый кусочек содержится в отдельной стеклянной трубке, заполненной попеременно кислородом и водородом, и путем соединения большого количества этих трубок получается электрический ток, в то время как кислород и водород медленно поглощаются и исчезают, соединившись и образовав воду, хотя и находясь в отдельных стеклянных трубках. (Рис. 126.)

Fig. 126. Fig. 126.

Газовая батарея Гроува состоит из трубок, содержащих попеременно кислород и водород, и имеющих тонкий кусочек платиновой фольги p, вставленный с помощью паяльной трубки в каждую стеклянную трубку. Фольга свисает на всю длину внутренней части стекла. Каждая пара трубок содержится в маленьком стеклянном стакане, содержащем немного разбавленной серной кислоты, и водородная трубка h одной пары соединена с кислородной трубкой o следующей. w w. Концевые провода серии.

Анализ воды очень наглядно демонстрируется на экране путем установки нескольких очень маленьких трубок и платиновых проволок таким же образом, как показано на рис. 125. Сосуд, в котором находятся трубки и проволоки с разбавленной серной кислотой, должен быть небольшим и расположенным так, чтобы хорошо входить в пространство, обычно занимаемое изображением в обычном волшебном фонаре, или, что еще лучше, в фонаре, освещаемом оксиводородным или известковым светом. Если разбавленную кислоту окрасить небольшим количеством раствора индиго, постепенное вытеснение жидкости в результате образования двух газов очень наглядно проявляется на экране, когда к прибору присоединяется небольшая вольтова батарея; и, конечно, большое количество людей может наблюдать за опытом одновременно.

Что касается применения света, получаемого от струи смешанных газов, направленной на известковый шарик, можно сказать, что в течение многих лет фонари для растворимых картин и другие оптические эффекты создавались с помощью этого света; а совсем недавно майор Фицморис сжал смешанные газы в старомодных приемниках для масляного газа и направил их на известковый шарик; именно этот свет, исходивший от многих подобных устройств, освещал британские военные корабли, когда Наполеон III покидал яхту Ее Величества ночью в доках Шербура.

Fig. 127. Fig. 127.

Шербур.

Мистер Сайкс Уорд из Лидса также предложил очень простое и отличное применение оксиводородного света для освещения под поверхностью воды и для удобства водолазов, которые часто вынуждены прекращать свои операции из-за нехватки света. Подводная лампа мистера Уорда состоит из серии очень прочных медных трубок, которые наполняются смешанными газами с помощью нагнетательного насоса; и для того, чтобы лампа не погасла, она горит под двойными стеклянными абажурами, которые желательны для предотвращения растрескивания стекла, непосредственно прилегающего к свету, от контакта с холодной водой.

Fig. 128. Fig. 128.

a a. Трубчатый резервуар для хранения смешанных газов. b. Горелка и известковый шарик. d. Первый стеклянный абажур, удерживаемый крышкой и винтом. c. Второй стеклянный абажур. e e. Ручка, за которую его опускают в воду.

Автор опробовал эту лампу в Райде, и хотя береговая охрана возражала против создания яркого света ночью, который, по их словам, можно было принять за сигнал и который вызвал бы некоторую путаницу среди военных судов в непосредственной близости, было проведено достаточно опытов, чтобы показать, что лампа Уорда может гореть значительное время под водой и может поддерживаться в заряженном газом состоянии с помощью процесса, который легко осуществим в лодке. Газы доставлялись смешанными в газовых мешках и при необходимости закачивались в резервуар. С гораздо большим резервуаром можно было бы получить большие результаты; и если в современной войне будут использоваться водолазные колокола типа «Наутилус», им потребуется мощный свет, чтобы видеть свою добычу, чтобы они могли прикрепить взрывчатые вещества, которые должны пробить большие дыры в военных кораблях.

Fig. 129. Fig. 129.

Подводная лампа.

ГЛАВА XI.

ХЛОР, ИОД, БРОМ, ФТОР.

Четыре галогена, или «рождающие вещества, подобные морской соли».

Хлор (χλωρος, зеленый). Символ Cl. Эквивалент 35,5. Удельный вес 2,44. Шееле называл его дефлогистированной муриевой кислотой; Лавуазье — оксимуриевой кислотой; Дэви — хлором.

Рассмотрение природы этого важного элемента знакомит нас с одним из самых оригинальных химиков восемнадцатого века — прославленным Шееле, который родился в Штральзунде в 1742 году и, несмотря на все препятствия, ведя свою «битву жизни» с болезнями и печалями, сумел совершить некоторые из самых ценных открытий в науке, и среди них — открытие газообразного хлора. Именно при исследовании минерального твердого вещества, а именно марганца, Шееле познакомился с новым газообразным элементом; и в весьма оригинальной диссертации о марганце в 1774 году он описывает способ получения того, что он назвал дефлогистированной муриевой кислотой — название, которое, безусловно, вызывает сожаление из-за своей абсурдной длины, но название, которое было строго в соответствии с тогдашней установленной теорией флогистона; и если считать последнее синонимом водорода, то вполне в соответствии с нашими нынешними взглядами на природу этого элемента. Шееле открыл основные характеристики хлора, и особенно его способность к отбеливанию, которая сама по себе достаточна, чтобы поставить этот газ в высокое коммерческое положение, если учесть, что все наше белье раньше отправлялось в Голландию, где приобрели большую ловкость в древнем способе отбеливания — а именно, путем воздействия на ткань атмосферного воздуха или действия сырости или росы, чему значительно способствовало действие света. Некоторое представление о нынешней ценности хлора можно получить, если сказать, что льняные изделия удерживались голландскими отбельщиками в течение девяти месяцев; и если весна и лето случались благоприятными, операция проводилась хорошо; с другой стороны, если было холодно и сыро, товары могли быть более или менее повреждены постоянным воздействием неблагоприятных атмосферных изменений. В настоящее время можно отбелить столько же за девять недель, сколько раньше можно было сделать за то же количество месяцев; и весь процесс хлорного отбеливания осуществляется независимо от внешних атмосферных капризов, в то время как деньги, выплачиваемые за этот процесс, больше не уходят в Голландию, а остаются в руках наших собственных прилежных отбельщиков и производителей.

Первый опыт.

Как впервые указал Шееле, хлор получается при действии черной окиси марганца на «спирт соли», или соляную кислоту; и самый элементарный и поучительный опыт, показывающий его получение, можно провести следующим образом: —

Fig. 130. Fig. 130.

a. Колба, содержащая дымящую соляную кислоту, которая слегка кипятится теплом спиртовой лампы. b. Трубка, проходящая к бутыли Вульфа, содержащей пемзу или асбест, смоченные серной кислотой. c. Вторая трубка, проходящая в сухую пустую бутыль, которая принимает газообразную соляную кислоту.

Поместите в чистую флорентийскую масляную колбу, к которой предварительно были подогнаны пробка и изогнутая трубка, немного крепкой дымящей соляной кислоты. Установите колбу на кольцевой штатив, а затем пропустите изогнутую трубку либо к бутыли Вульфа, содержащей немного пемзы, смоченной купоросным маслом, либо к стеклянной трубке, содержащей пемзу или асбест, смоченные той же кислотой. Другая стеклянная трубка, изогнутая под прямым углом, отходит от бутыли Вульфа в приемную бутыль. (Рис. 130). При нагревании газообразная соляная кислота вытесняется из своего раствора в воде, а любые пары воды, уносимые вверх, задерживаются асбестом или пемзой, смоченными купоросным маслом; применение последнего называется сушкой газа, т.е. лишением его всей влаги; иногда для той же цели используется соль, называемая хлоридом кальция, и юный химик должен понимать, что газы не сушат, как полотенца, путем воздействия тепла или путем помещения их в мочевые пузыри перед огнем, как мы однажды слышали, действительно рекомендовалось, а путем пропускания газа, заряженного невидимым паром, над каким-либо веществом, обладающим большим сродством к воде. Сухая газообразная соляная кислота падает в бутыль и вытесняет воздух, будучи примерно на одну четверть тяжелее последнего, и постепенно переливаясь через край сосуда, образует белый дым, который оказывается кислотным по лакмусовой бумажке, но не обладает способностью отбеливать и не является зеленым; это, по сути, соединение одного эквивалента хлора с одним эквивалентом водорода, и чтобы отделить последний и освободить хлор, необходимо направить соляную кислоту на какое-либо тело, имеющее сродство к водороду. Такое вещество обеспечивается использованием черной окиси марганца, которая помещается либо в небольшую колбу, либо в трубку, снабженную двумя луковицами, и при нагревании лампой она отделяет водород от соляной кислоты и образует воду, которая частично конденсируется во второй луковице. И теперь газ, который выходит, больше не является кислотным и не дымит белым дымом при контакте с воздухом; но он зеленый, имеет сильный запах, отбеливает и настолько силен в своем действии на все живые ткани, что его следует тщательно избегать и не вдыхать; если небольшое количество случайно вдыхается, это вызывает сильный приступ кашля, который длится значительное время и утихает только при вдыхании разбавленных паров аммиака, или эфира, или спирта, и проглатывании молока и других смягчающих напитков. (Рис. 131).

Fig. 131. Fig. 131.

a. Колба, содержащая дымящую соляную кислоту, нагреваемая спиртовой лампой. b. Трубка, проходящая к бутыли Вульфа, содержащей пемзу или асбест, смоченные купоросным маслом. c. Вторая трубка, которая проходит в широкогорлую маленькую колбу, содержащую черную окись марганца, частично в порошке и частично в кусках; и третья трубка передает хлор в любой удобный сосуд. Двухлуковичная трубка e e может быть заменена колбой, при этом окись марганца содержится в луковице m. — N.B. Любая трубка может быть соединена с другой кусочком каучуковой трубки, которая перевязывается бечевкой.

Трубка a соединена с трубкой b каучуковой трубкой c, перевязанной шпагатом.

Второй опыт.

Способ получения хлора, как уже было приведено, хотя и очень поучителен, хлопотен в исполнении; поэтому можно описать более простой процесс: —

Налейте немного крепкой соляной кислоты на порошкообразную черную окись марганца, содержащуюся во флорентийской масляной колбе, следя за тем, чтобы весь черный порошок был смочен кислотой, чтобы ни одна его часть не прилипла ко дну колбы в сухом состоянии, что может вызвать растрескивание стекла при нагревании. Теперь прикрепляется пробка и изогнутая стеклянная трубка, которая подводится к пневматической ванне; при нагревании смеси в колбе выделяется хлор, который можно собирать в бутыли с притертыми пробками; первую порцию, которая выходит, хотя она и содержит атмосферный воздух, следует тщательно собрать, чтобы предотвратить несчастный случай от вдыхания газа, и она вполне подойдет для иллюстрации отбеливающей способности газа, поэтому ее не нужно тратить впустую. Вышеуказанный процесс можно описать символами, каждый из которых легко расшифровывается при обращении к таблице элементов, страница 86.

MnO2 + 2 HCl = MnCl + 2 HO + Cl.

Третий опыт.

Другой и еще более быстрый способ получения небольшого количества хлора заключается в том, чтобы поместить маленький химический стакан, содержащий пол-унции хлорированной извести, обычно называемой хлорной известью или отбеливающим порошком, осторожно на дно глубокого и большого химического стакана, а затем с помощью трубки и воронки направить на хлорную известь немного разбавленного купоросного масла, состоящего из половины кислоты и половины воды; немедленно происходит вскипание из-за выделения газообразного хлора, и по мере образования он переливается через края маленького стакана в большой, где его можно отличить по зеленому цвету. Если немного газа зачерпнуть очень маленьким стаканом, устроенным как ведерко, и вылить в цилиндрический стакан, содержащий немного разбавленного раствора индиго, и взболтать с ним, цвет исчезает почти мгновенно; а если в стакан бросить кусочек голландского металла, он загорится, если выделилось достаточно хлора, или немного мелко измельченной сурьмы продемонстрирует тот же результат. Таким образом, с помощью нескольких стаканов, хлорной извести, серной кислоты, раствора индиго и небольшого количества голландского металла можно продемонстрировать основные свойства хлора. (Рис. 132.)

Fig. 132. Fig. 132.

a a. Большой химический стакан. b. Маленький, содержащий хлорную известь. c. Трубка и воронка, через которые наливается разбавленная серная кислота. d d. Лист бумаги поверх большого стакана с отверстием в центре для вставки трубки. e. Маленький стакан, используемый как ведерко.

Четвертый опыт.

В маленькую платиновую ложечку поместите небольшой шарик металла натрия и, нагрев его в пламени спиртовой лампы, введите металл в бутыль с хлором, при этом происходит чрезвычайно интенсивное и яркое горение, излучающее яркий желтый свет, и жар часто бывает настолько велик, что бутыль трескается. После горения, и когда бутыль остынет, она обычно покрыта белым порошком, который на вкус окажется точно таким же, как соль, и, по сути, является этим веществом, полученным путем соединения хлора, ядовитого вещества, с металлом натрием, который загорается при контакте с небольшим количеством воды; отсюда и использование соли для получения газообразного хлора, когда он требуется в больших масштабах.

| Parts.
Common salt | 4
Black oxide of manganese   | 1
Sulphuric acid | 2
Water | 2

Пятый опыт.

Немного голландского металла, или порошкообразной сурьмы, или кусочек фосфора немедленно загорается при введении в бутыль, содержащую газообразный хлор, образуя ряд соединений, называемых хлоридами, и демонстрируя выделением тепла и света энергичный характер хлора, а также то, что кислород не является единственным поддерживающим горение веществом; хлор в некоторых случаях обладает даже большей химической силой, поскольку требуется некоторое время, прежде чем фосфор воспламенится в кислороде, тогда как он загорается сразу же, будучи помещенным в бутыль с хлором.

Шестой опыт.

Вес и отбеливающая способность хлора хорошо демонстрируются путем помещения раствора индиго в высокий цилиндрический стакан, оставляя сверху пространство глубиной около пяти дюймов. Перевернув бутыль с хлором над горлышком цилиндрического стакана, он выливается как вода, будучи примерно в два с половиной раза тяжелее атмосферного воздуха, а затем, после помещения притертой стеклянной пластины поверх стакана, хлор распознается по своему цвету, в то время как отбеливающая способность демонстрируется сразу же, как только газ взбалтывается с раствором индиго.

Седьмой опыт.

В качестве хорошего контраста к последнему опыту можно подготовить другой цилиндрический сосуд того же размера, содержащий раствор иодида калия с некоторым количеством крахмала, полученного путем кипячения чайной ложки аррорута с водой; любой хлор, оставшийся в бутыли (шестой опыт), можно перевернуть в верхнюю часть этого стакана и взболтать, после чего он приобретает красивый пурпурно-синий цвет вследствие высвобождения иода хлором, чье большее сродство к основанию производит этот результат. Цвет вызван соединением иода и крахмала, которые образуют вместе красивое пурпурное соединение, и таким образом объясняется кажущаяся аномалия разрушения и создания цвета одним и тем же агентом.

Восьмой опыт.

Сухой хлор не отбеливает, и этот факт легко доказать, взяв совершенно сухую бутыль и поместив в нее две или три унции плавленого хлорида кальция, разбитого на мелкие куски, затем, если бутыль, полную хлора, перевернуть над той, что содержит хлорид кальция, приняв меры предосторожности, чтобы расположить несколько слоев промокательной бумаги с отверстием в центре на вершине последней, чтобы поймать любую воду, которая может вытечь из бутыли с хлором в момент ее переворачивания, газ будет высушен контактом с хлоридом кальция, и если кусок бумаги со словом «хлор», написанным на нем индиго и предварительно нагретым и высушенным, поместить в хлор, никаких изменений не произойдет, но как только бумагу вынимают, окунают в воду и помещают в бутыль с влажным хлором, цвет немедленно исчезает. (Рис. 133.)

Fig. 133. Fig. 133.

a a. Сухая бутыль, содержащая хлорид кальция. b. Бутыль с хлором. Стрелка указывает газ. c c. Промокательная бумага для улавливания воды из бутыли b. d. Бутыль закрыта и содержит бумагу.

Этот опыт показывает, что хлор является лишь средством достижения цели и что он разлагает воду, высвобождая кислород, который, как предполагается, проявляет высокую отбеливающую способность в своем «насцентном» состоянии — состоянии, которое, как полагают, принимают многие газы непосредственно перед тем, как они принимают газообразное состояние, своего рода промежуточное звено между твердым или жидким и газообразным состоянием материи. Насцентное состояние, возможно, является состоянием озона, о котором мы уже упоминали как о мощном отбеливающем агенте.

Девятый опыт.

Кусок бумаги, смоченный скипидаром, испускает густой черный дым, и часто заметна вспышка огня, как только его погружают в бутыль, содержащую газообразный хлор; здесь газ соединяется только с водородом скипидара, а углерод оседает в виде сажи.

Десятый опыт.

Если зажженную свечу погрузить в бутыль с хлором, она продолжает гореть, испуская огромное количество дыма по причине, уже объясненной, и демонстрируя совершенство атмосферы, в которой мы живем и дышим, и показывая, что если бы кислород обладал теми же свойствами, что и хлор, горение соединений водорода и углерода было бы невозможно из-за огромного количества сажи, которое было бы произведено, так что должен был бы быть предусмотрен какой-то другой элемент, который свободно вступал бы в соединение с ним, чтобы производить как искусственный свет, так и тепло. Хлор — это газ, который нельзя вдыхать, и озон обладает теми же особенностями, так как мышь, помещенная на короткое время в избыток озона, вскоре погибла; но озон — это необычное состояние кислорода; элемент в обычном состоянии безвреден и является тем, который в такой большой степени входит в состав воздуха, которым мы дышим.

Одиннадцатый опыт.

Когда один объем олефинового газа (приготовленного путем кипячения одной меры спирта и трех серной кислоты) смешивается с двумя объемами хлора, и оба газа взбалтываются вместе в длинном стеклянном сосуде в течение нескольких секунд, со стеклянной пластиной поверх горлышка, которая должна иметь идеально плоский край, они соединяются при воздействии пламени с образованием большого облака черного дыма, возникающего из-за осевшего углерода, в то время как слышится своего рода ревущий шум в течение того времени, пока пламя проходит от верха до дна стакана. (Рис. 134.)

Fig. 134. Fig. 134.

Замечательное осаждение углерода во время горения одного объема олефинового газа с двумя объемами хлора.

Двенадцатый опыт.

Раньше бандановые платки были в самом высоком почете, и туалет ни одного джентльмена не считался полным без него. Узор был самого простого вида, состоящий только из белых пятен на красном или другом цветном фоне. Эти пятна создавались очень остроумным способом братьями Монтейт из Глазго путем сжатия многих слоев шелка с помощью свинцовых пластин, перфорированных отверстиями; затем на верхнюю пластину выливался раствор хлора, и при приложении давления он проникал через всю массу в направлении отверстий, отбеливая цвет при прохождении. Этот важный коммерческий результат можно имитировать в малом масштабе, поместив кусок ситца, окрашенного в турецкий красный цвет, между двумя толстыми кусками доски, каждый из которых перфорирован отверстием диаметром два дюйма, точно совпадающим, когда один накладывается на другой. Куски доски можно сжать вместе любым удобным способом, либо грузами, либо прочными вулканизированными каучуковыми лентами, либо винтами, и когда крепкий раствор газообразного хлора или хлорной извести выливается в отверстие и просачивается через ткань, цвет удаляется, и часть отбеливается почти мгновенно путем предварительного смачивания ситца небольшим количеством слабой кислоты, а затем выливания раствора хлорной извести. После снятия и промывки сложенного красного ситца обнаруживается, что он отбелен во всех местах, подвергшихся воздействию раствора, и теперь покрыт белыми пятнами. (Рис. 135.)

Fig. 135. Fig. 135.

a. Круглое отверстие в верхнем куске дерева, аналогичное перфорировано в нижнем. b b. Прочные каучуковые ленты. Отбеливающий раствор выливается в a.

ИОД.

Иод (Ιωδης, фиолетово-цветный). Символ I; эквивалент 127,1; удельный вес 4,948. Удельный вес паров иода 8,716.

В предыдущей главе, посвященной элементу хлору, мало или ничего не было сказано об этой неисчерпаемой сокровищнице хлора, иода и брома — а именно, о безбрежном океане. Кто-то заметил, что, поскольку возможно, что воздух может содержать немного всего, способного принимать газообразную форму, так и океан может содержать в состоянии раствора крупицу каждого растворимого вещества, в доказательство чего мы недавно читали о некоторых очень важных опытах, приведших к отделению металла серебра из морской воды, конечно, не в каком-либо прибыльном количестве, но вполне достаточном, чтобы доказать его присутствие в океане.

Никаких сложных исследований не требуется, чтобы установить присутствие хлора, если вспомнить, что Шафхойтль подсчитал, что все океаны на земном шаре содержат три миллиона пятьдесят одну тысячу триста сорок две кубические географические мили соли, или примерно в пять раз больше, чем масса Альп.

Теперь, соль содержит около 60 процентов газообразного хлора, и поэтому отбельщики никогда не могут стоять на месте из-за его нехватки; но иод не так обилен, и был открыт М. Куртуа в Париже в келпе — веществе, из которого он готовил карбонат соды, или стиральную соду; но поскольку сейчас она готовится дешевле из обычной соли, келп в настоящее время требуется только для содержащихся в нем солей иода, а также для хлорида калия. Келп получается путем сжигания сухих морских водорослей в неглубокой яме; зола накапливается и сплавляется вместе, и эта сплавленная масса, разбитая на куски, образует келп. Океанское дно, несомненно, имеет свои плодородные и бесплодные равнины и горы, и среди так называемых «океанских лугов» следует упомянуть две огромные группы и полосы морских водорослей, называемые Саргассовым морем, которые занимают в общей сложности пространство, превышающее в шесть или семь раз площадь Германии.

Иод содержится в наибольшей пропорции в глубоководных растениях, таких как длинные эластичные стебли фукуса пальчатого и т.д. Келп выщелачивается водой, и после отделения всех кристаллизующихся солей остается плотная маслянистая жидкость, называемая «иодным щелоком», к которой добавляется серная кислота, и после того, как она постоит день или два, кислый «щелок» помещается в большую свинцовую реторту и осторожно нагревается с черной окисью марганца. Хлор, образуясь очень медленно, высвобождает иод, как уже было продемонстрировано в седьмом опыте, стр. 133, и он собирается в стеклянные приемники.

Иод, когда он совершенно чист и хорошо кристаллизован, обладает прекрасным металлическим блеском и имеет синевато-черный цвет, издавая запах, который сразу напоминает «морской запах».

Первый опыт.

Несколько зерен иода, помещенных в колбу, можно возгнать при очень слабом нагревании, и они дадут великолепный фиолетовый пар, который можно перелить из колбы в теплую бутыль. Если бутыль холодная, иод конденсируется в мелкие и блестящие кристаллы. (Рис. 136.)

Fig. 136. Fig. 136.

a. Колба, содержащая иод, нагреваемая спиртовой лампой. b. Холодная колба сверху для приема пара. c c. Лист картона, чтобы отсечь тепло от спиртовой лампы.

Второй опыт.

На тонкий ломтик фосфора поместите несколько маленьких частиц иода; тепло, выделяющееся при соединении двух элементов, вскоре заставляет фосфор загореться.

Третий опыт.

Нагрейте кирпич, а затем бросьте на него несколько зерен иода; если держать лист белой бумаги сзади, великолепный фиолетовый цвет пара виден с большой выгодой. Именно благодаря открытию иода в золе губки, которая долгое время использовалась как средство от зоба, примечательного железистого опухания, этот элемент начали использовать в медицинских целях, и важная соль, называемая иодидом калия, сейчас используется в больших количествах не только в медицине, но также для того самого увлекательного искусства, которое неуклонно прокладывало себе путь и сейчас практикуется так широко под названием фотография.

ИСКУССТВО ФОТОГРАФИИ.

Именно великий Джордж Стефенсон задал покойному декану Бакленду каверзный вопрос: «Можете ли вы сказать мне, что за сила движет этим поездом?», имея в виду поезд, который как раз проезжал в тот момент. Ученый декан ответил: «Полагаю, это один из ваших больших паровозов». «Но что движет паровозом?» «О, весьма вероятно, ловкий ньюкаслский машинист». «А что вы скажете насчет света солнца?» «Как это может быть?» — спросил Бакленд. «Это не что иное», — сказал Стефенсон. «Это свет, законсервированный в земле на десятки тысяч лет; свет, поглощенный растениями и овощами, будучи необходимым для конденсации углерода в процессе их роста, если это не углерод в другой форме; и теперь, после того как он был погребен в земле долгие века в угольных пластах, этот скрытый свет снова извлекается и высвобождается, заставляется работать — как в том локомотиве — для великих человеческих целей».

Таково было мнение самого оригинального и практичного человека, когда-либо рассуждавшего о философии; и если бы он мог дожить до того, чтобы осознать полное приспособление и деловое использование света в искусстве фотографии, он сказал бы, что человек лишь подражает природе, и при создании фотографий он должен использовать тот же агент, который в прошлые века помогал создавать уголь.

В другой части этой элементарной работы нам предстоит рассмотреть природу света; здесь, однако, будет обсуждаться только химическая часть процесса фотографии.

Много лет назад (в 1777 году) самый ученый соотечественник Дженни Линд, Шееле, обнаружил, что вещество, называемое хлоридом серебра, полученное путем осаждения раствора хлорида серебра раствором соли, чернеет гораздо быстрее в фиолетовых лучах, чем в любой другой части спектра. Он говорит: «Установите стеклянную призму у окна и позвольте преломленным солнечным лучам упасть на пол; в этот цветной свет поместите бумагу, посыпанную luna cornua (роговым серебром или хлоридом серебра), и вы заметите, что это роговое серебро чернеет быстрее в фиолетовом луче, чем в любом другом луче».

В 1779 году Пристли направил особое внимание на действие света на растения; а знаменитый Соссюр, продолжая эти и другие опыты, определил, что углекислота растений более обще разлагается на углерод и кислород в синих лучах спектра; эти факты, вероятно, подсказали смелую теорию Стефенсона, о которой уже упоминалось. Пропуская промежуточные шаги фотографии, мы подходим ко второму году нынешнего столетия и находим в Журнале Королевского института статью Веджвуда, озаглавленную «Отчет о методе копирования картин на стекле и создания профилей с помощью воздействия света на нитрат серебра; с наблюдениями Г. Дэви». Такая статья заставила бы читателя предположить, что осталось сделать очень мало и что простые детали быстро утвердят это искусство; но в данном случае экспериментаторов ждало разочарование, так как после создания своих фотографий они не могли сделать их постоянными; они еще не открыли средства закрепления изображений. Прошло почти четырнадцать лет, когда эту тему снова поднял Ньепс из Шалона, с небольшим успехом в том, что касалось закрепления; и прошло двадцать семь лет после опытов Веджвуда и Дэви, когда в 1829 году Ньепс и Дагер заключили договор о товариществе для взаимного исследования этого вопроса. Эти имена могли бы предполагать быстрый прогресс; но, как ни странно, прошло еще десять лет, отец Ньепс тем временем умер, и был заключен новый контракт между сыном и М. Дагером, когда в январе 1839 года знаменитое открытие было обнародовано миру, а в июле того же года французское правительство предоставило пожизненную пенсию в шесть тысяч франков Дагеру и четыре тысячи сыну Ньепса, который так достойно продолжил опыты, начатые его отцом. Триумф трудолюбивых французских экспериментаторов, однако, не должен был быть уникальным; по ту сторону Ла-Манша другой терпеливый и трудолюбивый философ завершил на бумаге точно такие же результаты, как те, что были получены Дагером на серебряных пластинах. Мистер Фокс Тальбот в Англии обессмертил себя открытием, которое сразу же назвали тальботипией и на которое в 1841 году был получен патент. Набросав таким образом краткую историю этого искусства, мы можем теперь перейти к деталям процесса.

Первый опыт.

Фотогенный рисунок, так называемый, но теперь называемый позитивной копией, готовится путем помещения тщательно отобранной бумаги, свободной от пятен или неровностей (хорошая бумага сейчас производится несколькими английскими производителями, хотя некоторые виды французской бумаги, такие как Cansan, пользуются высокой репутацией), в квадратную белую твердую фарфоровую чашку, содержащую раствор поваренной соли в дистиллированной воде, 109 гран соли на пинту. Бумага выдерживается в этом растворе в течение десяти минут, а затем вынимается и прессуется в чистом деревянном прессе, или ее следует промокнуть насухо на чистой плоской поверхности чистым куском белого ситца, который можно хранить специально для этой обязанности и не использовать ни для чего другого, и хорошо, чтобы все будущие фотографы понимали, что аккуратность и чистота совершенно необходимы при проведении этих процессов. Если бы потребовался дизайн для герба искусства фотографии, он, безусловно, мог бы быть самым причудливым, но девизом должны быть чистота и аккуратность, и при подготовке бумаги ее не следует без необходимости трогать руками, а брать только за углы. Цель промакивания бумаги состоит в том, чтобы предотвратить накопление соли в больших количествах в одной части бумаги и обратное в другой, и распределить соль равномерно по всей поверхности. Бумага, будучи теперь высушенной, называется соленой бумагой и делается чувствительной при необходимости путем наложения ее на раствор аммиачно-нитратного серебра, приготовленный путем добавления аммиака к раствору, содержащему шестьдесят гран нитрата серебра на унцию дистиллированной воды, до тех пор, пока вся окись серебра не растворится снова, за исключением очень небольшой части. Также рекомендуется добавить несколько капель азотной кислоты, и после того, как раствор постоит, его можно слить совершенно чистым, и он готов к использованию либо в ванне, либо, если необходимо строго придерживаться экономии, соленую бумагу можно положить плашмя на доску, закрепить на месте четырьмя булавками по углам, а затем провести вдоль стороны стеклянного разравнивателя ровно столько, чтобы намочить поверхность бумаги, и жидкость осторожно протянуть по поверхности соленой бумаги, которую оставляют сохнуть на плоской поверхности на несколько минут, а затем подвешивают за один угол к куску ленты, натянутому через комнату, до полного высыхания, а затем помещают в книгу для промокательной бумаги, помещающуюся в футляр, который полностью исключает свет. Копировальную бумагу следует делать ночью, так как день тогда свободен для всех фотографических операций, требующих обилия света. Она не хранится долго и должна быть использована на следующий день.

Fig. 137. Fig. 137.

a. Стеклянный разравниватель с пробковой ручкой. b. Серебряный раствор, удерживаемый на стержне и бумаге силами капиллярного притяжения. c c c C. Четыре булавки, удерживающие бумагу на доске. — Прим.: Разравниватель изготовлен из стеклянного стержня толщиной в три восьмых дюйма.

Кусок кружева, скелетированный лист, четкая гравюра на тонкой бумаге и, прежде всего, негатив на стекле или бумаге легко копируются путем размещения подготовленной бумаги подготовленной стороной (тщательно защищенной от света) вверх на любой плоской поверхности, например, на листовом стекле; поверх этого укладывается кусок кружева или негатив лицевой или изобразительной стороной вниз, затем сверху кладется другой кусок листового стекла, а по углам размещаются грузики; после воздействия солнечных лучей в течение тридцати минут, более или менее (в зависимости от пасмурной или ясной погоды), изображение переносится в темную комнату и исследуется при свете свечи или свете из окна, закрытого желтым ситцем, и после того, как на один угол кружева, негатива или копировальной бумаги положен пресс-папье, его можно осторожно приподнять в одной части, и если копия достаточно темная, она готова к закреплению, но если она бледная, приподнятый угол осторожно возвращается на место, кладется верхнее стекло, и изображение снова подвергается воздействию света. Если положение кружева или негатива изменится во время осмотра, повторное экспонирование бесполезно и приведет лишь к получению двойного и нечеткого изображения, так как невозможно будет уложить кружево или негатив точно на то же самое место на копировальной бумаге.

Описанные лабораторные приемы значительно облегчаются при использовании копировальной рамки или пресса, который состоит из квадратной деревянной рамы с окном из толстого листового стекла; на него помещаются негатив и копировальная бумага, и они приводятся в плотный контакт с помощью доски на обороте, прижимаемой ручным винтом. (Рис. 138.) После того как фотогенный рисунок или позитивная копия получены, они фиксируются путем помещения в раствор гипосульфита натрия, состоящий из одной жидкой унции насыщенного раствора на восемь унций воды. Насыщенный раствор гипосульфита натрия удобно хранить для использования в большой бутыли, и для улучшения цвета в фиксирующий раствор добавляется совсем немного хлорида золота; теперь изображение должно быть тщательно промыто, высушено и спрессовано.

Fig. 138. Fig. 138.

Оборотная сторона копировальной рамки, показывающая ручной винт и прижимную доску. Листовое стекло внутри установлено в основании рамки и, разумеется, является частью, подвергаемой воздействию света.

Второй эксперимент.

Другой способ подготовки копировальной бумаги, называемой альбуминовой бумагой, заключается в том, чтобы взять белки четырех яиц и четыре унции дистиллированной воды, содержащей сто шестьдесят гран хлорида аммония; их взбивают вилкой или пучком перьев, и по мере образования пены ее снимают серебряной ложкой в другую чашу или химический стакан, и, дав отстояться в течение двенадцати часов, процеживают через тонкий муслин, после чего она готова к использованию. Лучшую бумагу кладут на поверхность этой жидкости на три минуты, вынимают и сразу же сушат на горячей плите.

При накладывании бумаги на поверхность жидкости сначала укладывается один угол, при этом следят за тем, чтобы не захватить пузырьки воздуха, которые помешали бы жидкости смочить бумагу, в то время как остальная часть бумаги медленно опускается на поверхность жидкости.

Альбуминовая бумага сенсибилизируется путем выдерживания ее в течение пяти минут в растворе нитрата серебра (семьдесят два грана на унцию воды), и после высыхания она может храниться три дня. Эта копировальная бумага используется так же, как и предыдущая, и для ее приготовления следует использовать только свежие яйца, поскольку несвежие вскоре вызывают изменение копии и ее почернение по всей поверхности из-за выделения серы, которая соединяется с серебром. Цвет копии иногда улучшается с помощью раствора горячего поташа и путем погружения хорошо промытого изображения, после использования гипосульфита натрия, в очень разбавленный раствор гидросульфида аммония.

Третий эксперимент.

В процессе дагеротипии серебряная пластинка после тщательной очистки и полировки подвергается воздействию паров йода и таким образом становится настолько чувствительной, что ее можно сразу же экспонировать в камере. В процессе тальботипии проявляется тот же принцип, и бумага подготавливается путем предварительного покрытия ее поверхности йодистым серебром, которое затем становится чувствительным к действию света с помощью избытка нитрата серебра следующим образом:

Одна сторона листа выбранной бумаги Cansan сначала покрывается (с помощью разравнивателя) раствором нитрата серебра (тридцать гран на унцию воды), подвешивается в темной комнате и высушивается; затем ее погружают в раствор йодистого калия (пятьсот гран на пинту дистиллированной воды) на пять или десять минут, и она немедленно приобретает желтый цвет вследствие осаждения желтого йодистого серебра; затем ее хорошо промывают большим количеством воды и, высушив, могут хранить любое количество времени; такая бумага называется «йодированной бумагой». Свет не оказывает на нее никакого действия. Чтобы сделать бумагу чувствительной, подготавливают три раствора в отдельных бутылях, помеченных 1, 2, 3.

№ 1 содержит раствор нитрата серебра, пятьдесят гран на унцию воды.

№ 2 — ледяная уксусная кислота.

№ 3 — насыщенный раствор галловой кислоты.

Что касается № 3, г-н Уильям Крукс показал, что когда требуется большое количество насыщенного раствора галловой кислоты, лучше сразу растворить две унции галловой кислоты в шести унциях спирта (60° выше крепости); для ускорения растворения колбу можно удобно нагреть путем погружения в горячую воду; когда раствор остынет, его следует отфильтровать, смешать с половиной драхмы ледяной уксусной кислоты и хранить в бутыли с притертой пробкой для использования; в таком виде он может храниться без изменений значительное время. Галловая кислота не выпадает в осадок из этого раствора при добавлении воды; следовательно, если в каком-либо случае это желательно, проявление изображения можно проводить в гораздо более сильной ванне, чем обычно используемая. Чтобы получить раствор примерно той же концентрации, что и насыщенный водный раствор, такой как № 3, половину драхмы спиртового раствора смешивают с двумя унциями воды; но для моей конкретной цели, говорит г-н Крукс, ссылаясь на процесс с вощеной бумагой, «я предпочитаю более слабую ванну, которую готовят путем смешивания половины драхмы с десятью унциями воды». В любом случае окажется необходимым добавлять раствор нитрата серебра небольшими порциями, по мере того как проявляющееся изображение, по-видимому, будет этого требовать.

Возвращаясь снова к растворам, помеченным 1, 2, 3, отметим, что цифры помогут памяти при смешивании пропорций каждого из них. Если бумагу требуется использовать немедленно, можно смешать по одной драхме каждого и распределить по йодированной бумаге (разумеется, в темной комнате), которую затем переносят в чистую книгу для промокания из белой впитывающей бумаги и, поместив в держатель для бумаги, можно нести в камеру и сразу же экспонировать. Если бумагу не требуется использовать немедленно, растворы смешивают в пропорциях согласно номерам, а именно: одна часть № 1, две части № 2, три части № 3; при составлении смеси желательно иметь мерку специально для № 3, галловой кислоты, иначе мерку, если она используется для всех трех растворов, придется каждый раз промывать, что очень хлопотно, особенно там, где нет достаточного количества воды.

Если сенсибилизированную бумагу требуется сохранить несколько часов до использования, № 3 необходимо добавлять в еще большей пропорции, используя до десяти или даже двадцати мер № 3 на две меры № 2 и одну меру № 1, и даже такого сильного разбавления часто недостаточно, чтобы предотвратить порчу бумаги в жаркую погоду; поэтому, если температура высока, не следует слишком полагаться на эту бумагу, так как особенно разочаровывает после многомильной прогулки к романтическим и красивым пейзажам обнаружить при проявлении изображений вечером, что использованная бумага испортилась еще до экспонирования; и вскоре будет видно, что когда сенсибилизированную бумагу приходится носить с собой для использования, лучше применять процесс с вощеной бумагой.

После того как сенсибилизированная йодированная бумага экспонирована в камере — а время экспозиции нельзя определить заранее, так как этот навык приобретается только с опытом и может варьироваться от пяти до тридцати минут или даже дольше — невидимое изображение проявляется и становится видимым не путем воздействия паров ртути, как в процессе Дагера с серебряными пластинками, а смесью одной части № 1 с четырьмя частями № 3. За проявлением внимательно следят, глядя через негатив, помещенный перед зажженной свечой, и время проявления может варьироваться от десяти до тридцати минут, и все это время изображение должно оставаться влажным от раствора, поэтому, возможно, лучше сделать ванну из раствора и положить изображение на ее поверхность, чем лить жидкость на изображение. После того как проявление завершено, изображение промывают в чистой воде и временно фиксируют, если требуется, путем погружения в ванну, содержащую 200 гран бромистого калия на одну пинту воды, или постоянно — гипосульфитом натрия, приготовленным путем смешивания одной части насыщенного раствора с пятью или десятью частями воды, или одной унции соли на шесть или двенадцать унций воды; но, как упоминалось ранее, лучше держать винчестерскую кварту, наполненную насыщенным раствором гипосульфита натрия, и тогда он всегда готов к использованию, вместо того чтобы использовать весы и гирьки и постоянно отвешивать порции соли. Изображение после фиксации тщательно промывают водой и, высушив, помещают между листами вощеной книги — то есть несколько листов промокательной бумаги пропитывают белым воском, и когда изображение помещают между ними и проводят горячим утюгом по внешнему листу, воск проникает в поры бумаги, и после удаления излишков воска путем пропускания изображения через книгу из впитывающей бумаги, по которой проводят горячим утюгом, негатив наконец готов к использованию, и с него можно сделать любое количество позитивных копий, как уже описано в первом эксперименте на странице 139.

Этот способ манипуляций называется тальботипией, и прежде чем оставить эту тему, можно объяснить еще один процесс йодирования бумаги.

К раствору нитрата серебра (двадцать, тридцать или пятьдесят гран на унцию воды) добавляют достаточное количество кристаллов йодистого калия, сначала для получения желтого йодистого серебра, а затем для его растворения, так что желтый осадок появляется при малом количестве и исчезает при избытке йодида. Если этот раствор распределить по листам бумаги, а затем поместить их в ванну с водой, йодистое серебро осаждается на поверхности, и после тщательного промывания для удаления избытка йодистого калия бумагу можно высушить, и она будет храниться любое количество времени без изменений. Эту бумагу можно сенсибилизировать, экспонировать, проявлять, фиксировать и вощить, как уже было объяснено.

Четвертый эксперимент. Процесс с вощеной бумагой.

Этот способ получения негативных фотографий начинается там, где заканчивается тальботипия, а именно: с предварительного вощения бумаги идеально и равномерно, как уже было объяснено; предпочтительна негативная бумага Cansan. Вощеную бумагу теперь хорошо пропитывают в ванне, приготовленной путем растворения ста гран йодистого калия, шести гран цианистого калия, четырех гран фтористого калия, десяти гран бромистого калия, десяти гран хлорида натрия в одной пинте свежей сыворотки с добавлением небольшого количества спирта и нескольких гран йода. После пропитывания в этом растворе в течение примерно одного часа бумагу вынимают и подвешивают для просушки.

Прим.: Что касается йодирования вощеной бумаги, почти лучше приобретать ее уже готовой, и тогда на каждый лист можно положиться. Г-н Мелхьюш из Блэкхита и Холборна поставляет ее в любом количестве, и его бумага никогда не подводит; оператору остается только выполнить процессы сенсибилизации и проявления. Чтобы сделать йодированную бумагу чувствительной, ее погружают примерно на шесть минут в ванну, содержащую раствор нитрата серебра (тридцать пять гран на унцию воды с сорока каплями ледяной уксусной кислоты); затем бумагу вынимают, промывают в двух кюветах с обычной чистой дождевой или дистиллированной водой и сушат между листами промокательной бумаги.

Этот процесс можно выполнить накануне вечером при свете свечи или днем в комнате, освещенной одним окном, закрытым четырьмя слоями желтого ситца, и после того, как бумага высохнет, она будет храниться три недели или месяц и может быть экспонирована в камере с трехдюймовым объективом с восемнадцатидюймовым фокусным расстоянием и дюймовой диафрагмой в ясный день от пяти до пятнадцати минут; в плохую погоду экспозиция должна быть дольше. Изображение можно принести домой и сделать видимым или проявить путем погружения в ванну, содержащую насыщенный раствор галловой кислоты, и по мере продолжения проявления можно добавить несколько капель сенсибилизирующего раствора нитрата серебра и ледяной уксусной кислоты. Наконец, изображение фиксируют путем погружения на четверть часа в раствор гипосульфита натрия (четыре унции кристаллов на одну пинту воды или одна часть насыщенного раствора на восемь частей воды) и, хорошо промыв, сушат, подвешивают перед огнем, чтобы расплавить воск, и теперь оно готово для печати.

Пятый эксперимент. Процесс с альбумином на стекле.

Альбумин — это научное название яичного белка, четыре унции которого по объему смешивают с одной унцией с половиной дистиллированной воды и, взбив в пену, перекладывают ложкой в другую чашу или химический стакан, дают постоять несколько часов, а затем фильтруют. Г-н Крукс рекомендовал очень остроумный, простой и полезный фильтр. (Рис. 139.) Он говорит: «Этот простой и недорогой прибор, который любой мастер по изготовлению инструментов или стеклодув может поставить за несколько часов, окажется неоценимым почти в каждом фотографическом процессе на стекле. Губка имеет то огромное преимущество перед всеми другими видами фильтров, что густые желатинозные жидкости — например, мед, альбумин, желатин, метажелатин или различные консервирующие сиропы — протекают через нее с величайшей легкостью; в то же время пыль, пузырьки воздуха или пена и сухие частицы, плавающие в жидкости, эффективно задерживаются, и если снабдить их пробками, в нем можно было бы фильтровать коллодий; или если бы концы были соединены гибкой трубкой, от пробок можно было бы отказаться вовсе.

Fig. 139. Fig. 139.

a b. Стеклянная трубка, изогнутая, как на рисунке. c. Кусок влажной губки, сжатый в головке трубки. Любая жидкость, налитая в b, будет течь через губку, пока не достигнет того же уровня в a.

Налив альбумин на идеально чистую стеклянную пластинку, следя за тем, чтобы его было достаточно для свободного растекания по поверхности стекла, излишки осторожно сливают, а пластинку поворачивают так, чтобы покрытая сторона была обращена вниз; затем ее закрепляют в петле, сделанной из прочного куска бечевки длиной около трех футов, которую складывают вдвое и завязывают узлом на сгибе, оставляя два конца свободными; два маленьких треугольника или стремени из серебряной проволоки с петлей на одном углу привязывают к концам бечевки, и они образуют опору, на которую опираются противоположные края стеклянной пластинки; две бечевки связывают вместе на удобном расстоянии от стремян, чтобы предотвратить выскальзывание стекла, и пластинку быстро вращают над нагретой металлической поверхностью, такой как железный ящик с горящими углями или жаровня, стараясь по возможности избегать пыли и используя только белки свежих яиц. (Рис. 140.) Стеклянная пластинка, покрытая сухим альбумином, теперь йодируется до соломенного цвета путем воздействия над ящиком, содержащим йод, как в процессе дагеротипии, и сенсибилизируется путем погружения на три или четыре минуты в ванну, содержащую раствор нитрата серебра (двадцать пять гран на унцию воды); затем пластинку промывают в дистиллированной воде и оставляют сохнуть самопроизвольно, конечно же, в темной комнате. Пластинки затем можно поместить для использования в очень остроумный жестяной ящик, разработанный г-ном Круксом, который сохраняет их идеально защищенными от света даже на солнце и в то же время менее громоздкий, чем обычные деревянные. Он изготовлен из жести, крышка плотно надвигается на верхнюю часть и более чем наполовину вниз по бокам; свет дополнительно исключается с помощью внешней жестяной оболочки, которая припаяна к ящику немного ниже центра. Таким образом, крышка скользит между корпусом и оболочкой и делает повреждение пластинок от проникновения света невозможным. (Рис. 141.)

Fig. 140. Fig. 140.

a. Петля для пальца. b. Узел, который предотвращает соскальзывание стремян из серебряной проволоки, c c, с углов стеклянной пластинки. d d. Противоположные углы стеклянной пластинки, на которые помещены стремена.

a a. Жестяной ящик с перегородками для хранения стеклянных пластинок. b b. Внешняя оболочка, между которой и ящиком, a, скользит крышка или покрышка, c.

Сенсибилизированная альбуминированная стеклянная пластинка экспонируется в камере от пятнадцати до тридцати минут и проявляется (почти так же, как бумажные изображения) одной унцией насыщенного раствора галловой кислоты, содержащей десять или пятнадцать капель сенсибилизирующего раствора. Пластинку обычно помещают на выравнивающую подставку, и раствор наливают на стеклянную пластинку; проявление идет медленно и иногда может быть ускорено применением тепла.

Изображение фиксируется путем погружения на короткое время в ванну, содержащую одну часть насыщенного раствора гипосульфита натрия на восемь частей воды. Изображения, полученные этим процессом, обладают изысканной четкостью, при условии, что камера хорошо сфокусирована, и для помощи в этой операции можно использовать увеличительное стекло. После извлечения из гипосульфита натрия пластинку хорошо промывают водой и, дав высохнуть самопроизвольно, она готова для печати.

Шестой эксперимент. Процесс с коллодием на стекле.

Стеклянные пластинки для этого, а также для процесса с альбумином на стекле, следует очищать, сначала протирая их смесью порошка триполи и аммиака, которую смывают под краном, а стекло, дав стечь воде, протирают насухо и полируют чистой ситцевой тряпкой, хранящейся исключительно для этой цели.

Затем наливают йодированный коллодий, а излишки возвращают в бутыль. Коллодий можно сделать очень легко, но если он приготовлен без должных мер предосторожности, его нельзя будет использовать впоследствии, что напоминает старую историю об увлеченном сыне, который, прося у отца разрешения жениться на возлюбленной, перечислял среди прочих ее достоинств тот факт, что она умеет готовить пудинг, и получил в ответ грубый вопрос: «А сможешь ли ты его потом съесть?». Так и с коллодием: много возни и потери времени можно сэкономить, покупая его у различных производителей, среди которых можно особо отметить г-на Ричарда Томаса с Пэлл-Мэлл, 10, который посвятил все свое внимание приготовлению этого важного фотографического химиката, и с успехом, который могут подтвердить его многочисленные клиенты. Коллодий продается либо уже смешанным с йодирующим раствором, либо их можно получить отдельно, с инструкциями на бутылях относительно количеств, которые нужно смешать.

Пластинку, покрытую йодированным коллодием, быстро переносят в ванну, содержащую раствор, приготовленный следующим образом: растворите четыре унции нитрата серебра в восьми унциях воды и добавьте к этому двадцать гран йодистого калия в одной унции воды; встряхните их вместе, а затем вылейте все в пятьдесят шесть унций дистиллированной воды, и через полчаса добавьте одну унцию спирта и пол-унции эфира; взболтайте все и отфильтруйте на следующее утро. Коллодиевую пластинку держат в этом растворе определенное время, которое узнается только с опытом, и ее следует время от времени вынимать, чтобы увидеть, достигнута ли равномерная прозрачность; скажем, погружение может продолжаться пять минут, теперь она готова для камеры и может быть экспонирована от одной до двух минут или дольше, если света недостаточно; время экспозиции — это также вопрос практики, одни лишь инструкции в этой стадии процесса бесполезны.

Изображение проявляется на выравнивающей подставке раствором трех гран пирогалловой кислоты в трех унциях воды, к которому добавлены шестьдесят капель ледяной уксусной кислоты. Когда изображение полностью проявлено, пластинку промывают водой и фиксируют раствором гипосульфита натрия, состоящим из одной части насыщенного раствора на восемь частей воды, снова тщательно, но осторожно промывают, чтобы не подвергнуть опасности отделение пленки от стекла; ее оставляют сохнуть самопроизвольно и, покрыв янтарным лаком (раствором янтаря в хлороформе), она готова для печати. Пожалуй, вряд ли нужно добавлять, что процессы сенсибилизации и проявления должны выполняться в темной комнате.

Fig. 142. Fig. 142.

a. Стеклянная или гуттаперчевая ванна для сенсибилизирующего раствора. b. Стекло с приклеенным на конце куском для удержания подготовленной стеклянной пластинки, c, во время погружения в ванну, a. Пластинка c имеет крестик в одном углу, чтобы показать подготовленную сторону.

Fig. 143. Fig. 143.

Первый эффект странствующей фотографии на сельское население.

БРОМ.

Бром (βρωμος, дурной запах). Символ Br. Соединительная пропорция 80. Удельный вес 2,966.

В предыдущей части этой работы была указана связь между хлором, йодом и бромом; и поскольку нам нужно отметить цвет элемента брома, можно упомянуть хроматическое единство этой триады. Эти элементы представляют почти все цвета спектра:

Bromine |   red to orange.
Chlorine |   yellow to green.
Iodine |   blue, indigo, violet.

Эти три элемента также дают примеры трех состояний материи: йод является твердым телом, бром — жидкостью, хлор — газом; отношение их соединительных пропорций также любопытно: как и следовало ожидать, жидкий бром занимает промежуточное положение, и (согласно аксиоме, что половина суммы крайних членов равна среднему) путем сложения соединительных пропорций йода и хлора и деления их пополам мы получаем, насколько это возможно, соединительную пропорцию брома:

Chlorine | 35 | ÷ |  | 2 | = | 17.75
Iodine | 126 | ÷ |  | 2 | = | 63
|  |  |  |  |  | ————
|  |  |  |  |  | 80.75

Соединительная пропорция брома равна 80, но 80,75 настолько близка, что можно обоснованно предположить, что будущие эксперименты сократят количество этих трех элементов и могут доказать, что они являются лишь модификациями одного-единственного. Это единственный вид алхимии, который терпим в девятнадцатом веке, и любой философ, который сократит количество элементов и докажет, что некоторые из них являются лишь модификациями других, добьется славы, которая должна превзойти блеск всех предыдущих первооткрывателей.

Бром был открыт Баларом в 1826 году и, подобно хлору и йоду, является составной частью морской воды. Главным источником брома является минеральный источник в Кройцнахе, в Германии. Процесс, с помощью которого он получается, представляет собой хороший пример химического сродства; вода минерального источника выпаривается, все кристаллизующиеся соли удаляются, и через оставшийся раствор пропускается ток газообразного хлора, который меняет цвет на желтый вследствие высвобождения брома в результате соединений хлора с основаниями, ранее связанными с первым; затем жидкость встряхивают с эфиром, который растворяет бром. В следующем месте эфирный раствор взбалтывают с крепким раствором поташа и таким образом вынуждают расстаться с бромом, который превращается в бромат калия; это в конечном итоге превращается путем плавления в бромид калия; и путем дистилляции с черной окисью марганца и серной кислотой бром наконец получается. Таким образом, необходимы шесть процессов, прежде чем небольшое количество брома, содержащееся в воде минерального источника, будет отделено.

Первый эксперимент.

Бром — это очень тяжелая жидкость, которую следует хранить в бутыли, покрытой водой; при необходимости несколько капель можно извлечь с помощью небольшой трубки и капнуть в теплую бутыль, которая быстро наполняется оранжево-красным паром. Если поместить немного фосфора в ложку для сжигания и подвергнуть действию паров брома, он самопроизвольно загорается.

Второй эксперимент.

Порошкообразная сурьма, рассыпанная в парах брома, немедленно загорается.

Третий эксперимент.

Горящая свеча, погруженная в бутыль, содержащую пары брома, постепенно гаснет.

Четвертый эксперимент.

Жидкий бром, подвергнутый воздействию охлаждающей смеси льда и соли или охлажденный до температуры около восьми градусов ниже нуля, затвердевает в желтовато-коричневую хрупкую кристаллическую массу.

Пятый эксперимент.

Раствор индиго, взболтанный с небольшим количеством паров брома, быстро обесцвечивается. Многие вещества при контакте с жидким бромом соединяются с взрывной силой, и поэтому эксперименты с жидким бромом не рекомендуются, так как все наиболее поучительные и убедительные результаты можно получить при использовании паров брома, которые легко получить, позволив нескольким каплям упасть в теплую сухую бутыль.

Бром, как уже упоминалось, используется в искусстве фотографии.

ФТОР.

Символ F. Соединительная пропорция 19.

Этот необычный элемент, кажется, почти воплощает древнюю идею алхимиков, будучи своего рода alkahest, или универсальным растворителем; или, проще говоря, его сродство к другим телам настолько мощно, что он атакует любое вещество (не исключая даже золото) в момент своего высвобождения и соединяется с ним, так что его выделение до сих пор не было осуществлено. Химики, которые утверждают, что смогли получить фтор в элементарном состоянии, объявляют его газом, обладающим цветом хлора; но эксперименты, проведенные до сих пор, делают это утверждение крайне сомнительным.

Единственный интересный факт, связанный со фтором, — это замечательное свойство его соединения с газообразным водородом, называемого плавиковой кислотой, атаковать стекло и другие кремнистые тела. Эту кислоту легко получить и использовать, поместив немного порошкообразного плавикового шпата в свинцовый лоток размером шесть дюймов в квадрате и глубиной два дюйма. Если теперь смешать серную кислоту с порошкообразным шпатом так, чтобы образовалась жидкая паста, и применить тепло, пары плавиковой кислоты быстро поднимаются, и их можно использовать для травления стеклянной пластинки, на которой предварительно был нанесен рисунок путем соскабливания воска, которым она была предварительно покрыта. Нагревая стеклянную пластинку перед огнем, достаточное количество воска вскоре расплавляется на ней простым натиранием воска о стеклянную пластинку; следует избегать излишков, если требуется вытравить на ее поверхности хорошо выполненный рисунок. (Рис. 144.)

Fig. 144. Fig. 144.

a a a. Стеклянная пластинка вощеной стороной вниз, помещенная на свинцовый лоток, содержащий плавиковый шпат и серную кислоту. b. Спиртовая горелка.

Вощеная пластинка не должна оставаться слишком долго над свинцовым лотком, так как тепло может расплавить воск, и тогда кислота атакует не только те части, с которых воск был удален гравировальной иглой, но и поверхность стекла в целом, и таким образом четкость рисунка портится. После экспонирования — а для эксперимента лучше подготовить две или три стеклянные пластинки — воск быстро удаляется путем протирания и промывания скипидарным маслом, и тогда рисунок (красиво вытравленный на стекле) становится виден.

ГЛАВА XII.

УГЛЕРОД, БОР, КРЕМНИЙ, СЕЛЕН, СЕРА, ФОСФОР.

Эту группу неметаллических элементов часто называли «металлоидами», что означает вещества, родственные металлическому веществу, но не обладающие всеми его свойствами; и поэтому, возможно, выражение «неметаллические твердые тела» является лучшим из тех, что можно принять. Их можно подразделить на два класса по три элемента в каждом, которые имеют более или менее родственные друг другу свойства, а именно:

Углерод, Бор, Кремний; и Селен, Сера, Фосфор.

УГЛЕРОД.

Символ C; Соединительная пропорция 6.

Этот элемент обладает почти свойством вездесущности и встречается не только во всех животных и растительных веществах, в обычном воздухе, морской и пресной воде, но также в различных камнях и минералах, и особенно в меле и известняке.

Пожалуй, нет элемента, который предлагал бы большее разнообразие забавных экспериментов и элементарных фактов, чем углерод, рассматриваемый как в простом, так и в связанном состоянии.

Кусок углерода в форме «Кохинора» был одним из главных аттракционов на первой Выставке в Гайд-парке. Алмаз — это самая твердая и самая красивая форма древесного угля; как он был создан в великой лаборатории природы или как его частицы соединились вместе, кажется тайной, которая до настоящего времени еще не решена, во всяком случае, никакой искусственный процесс еще не создал алмаз.

Сэр Д. Брюстер, говоря о «Кохиноре», отмечает, что, поместив его под микроскоп, он наблюдал несколько крошечных полостей, окруженных секторами поляризованного света, которые могли быть созданы только расширяющим действием сжатого газа или жидкости, существовавших в полостях, когда алмаз находился в мягком состоянии.

Известно, что бамбук, имеющий высококремнистую природу, обладает свойством откладывать в своих узлах особую форму кремнезема, называемую табашир. Кремний — один из триады с углеродом, то есть он родственный углероду из-за определенных аналогий; не может ли быть предположено, что в былые времена, века назад, когда атмосфера, как известно, была сильно насыщена углекислым газом, возможно, существовало какое-то особое дерево, которое обладало не только способностью разлагать углекислый газ (которой обладают все растения в настоящее время), но и было способно, подобно бамбуку, откладывать не кремнезем, который является окисью кремния, а углерод, чистейшую форму древесного угля, а именно — алмаз? Спекуляции в этих вопросах всегда более распространены, чем твердые доказательства, и можно констатировать, что все попытки изготовить этот драгоценный камень (подобно попыткам алхимиков с золотом и серебром) потерпели полный крах.

Первый эксперимент.

Самшит и различные породы дерева, сухие кости и другие органические вещества, помещенные в почти закрытый железный или другой сосуд и нагретые докрасна, так что все летучие вещества могут улетучиться, оставляют после себя твердое черное вещество, называемое древесным углем. Если тот вид, который получен из костей и называется костяной чернью или слоновой костью, грубо измельчить и поместить в колбу с раствором индиго или уксусом, или сиропом, полученным путем растворения обычного влажного сахара в воде, и прокипятить короткое время, цвет удаляется, и при фильтровании жидкости она оказывается такой же прозрачной и бесцветной, как вода, при условии, что было использовано достаточное количество костяной черни.

Второй эксперимент.

Древесный уголь является дезинфицирующим средством и используется для респираторов; он даже был рекомендован в медицинских целях, и угольные леденцы можно купить в различных аптеках. Если несколько капель крепкого раствора гидросульфида аммония (который имеет приятный запах, присущий тухлым яйцам) смешать с половиной пинты воды, она, конечно, будет сильно пахнуть, а также окрасит в черный цвет свинцовую воду или раствор ацетата свинца; но при встряхивании воды с несколькими унциями древесного угля она больше не пахнет сероводородом, и если ее отфильтровать и влить в раствор свинца, он не почернеет. Это химическое действие древесного угля, независимое от его кажущегося механического притяжения к красящим веществам, по-видимому, показывает, что поры древесного угля содержат кислород, который в этом особом конденсированном состоянии разрушает красящие вещества и окисляет другие тела.

Третий эксперимент.

Очень удовлетворительный эксперимент, доказывающий, что алмаз и графит или черный свинец идентичны древесному углю, хотя и различаются по внешнему виду и чистоте, может быть сделан с небольшими затратами путем покупки фрагмента отбракованного алмаза, называемого «борт», у г-на Теннанта со Стрэнда. Небольшой кусочек стоит около пяти шиллингов. Фрагмент следует тщательно закрепить, обмотав его тонкой платиновой проволокой, так как, если проволока слишком толстая, она охлаждает тепло кусочка алмаза и препятствует его возгоранию в кислороде. При подготовке фрагмента может возникнуть трудность из-за того, что проволока постоянно соскальзывает. Поэтому «борт» следует зажать большим и указательным пальцами и обмотать проволокой; затем его нужно осторожно повернуть и снова обмотать платиновой проволокой крест-накрест, как показано на эскизе ниже. (Рис. 145.)

Fig. 145. Fig. 145.

a. Платиновая проволока. b. Фрагмент «борта» или отбракованного алмаза.

Кусочек черного свинца (так называемого) теперь можно взять из карандаша и также закрепить платиновой проволокой; точно так же кусочек обычного древесного угля из коры или твердого кокса. Теперь следует подготовить три бутыли с кислородом из хлората калия и окиси марганца, при этом для алмаза должна быть предусмотрена дополнительная бутыль на случай неудачи при его воспламенении. Уголь из коры можно сначала зажечь, подержав уголок в пламени спиртовой горелки несколько секунд; при погружении в кислород он немедленно загорается и горит быстро, и если пробка хорошо подогнана, продукт горения, а именно углекислый газ, сохраняется для будущего исследования. Маленький кусочек черного свинца затем нагревают докрасна в пламени спиртовой горелки и, прикрепив его с помощью платиновой опоры к жесткой медной проволоке, пропущенной через пробку, которая подходит к бутыли с кислородом, помещают в красном состоянии в газ, и он продолжает светиться до тех пор, пока не сгорит. Фрагмент алмаза, однако, отнюдь не так легко воспламеняется, пламя спиртовой горелки должно быть направлено на него с помощью паяльной трубки; когда он станет совсем красным, помощник может вынуть пробку из бутыли с кислородом, а человек, нагревающий алмаз, должен немедленно погрузить его в газ; если это проделано ловко, фрагмент «борта» светится, как маленькая звезда, и горение часто продолжается до тех пор, пока кусочек не уменьшится настолько, что выпадет из своей платиновой опоры.

Иногда алмаз остывает, не воспламенившись, поэтому тот же процесс должен быть повторен, и несколько дополнительных бутылей с кислородом предотвратят разочарование, так как каждая неудача разрушает чистоту газа из-за примеси атмосферного воздуха, когда вынимается пробка. (Рис. 146.)

Fig. 146. Fig. 146.

a. Бутыль, содержащая уголь из коры. b. То же самое с графитом или черным свинцом. c. То же самое с алмазом.

После того как горение прекратилось в трех бутылях, пробки вынимают и снова устанавливают стеклянные пробки для проверки продуктов, которые не дают видимых признаков каких-либо изменений, так как кислород и углекислый газ оба невидимы. В каждой бутыли было произведено новое соединение; уголь, черный свинец, алмаз соединились с кислородом в пропорции шести частей углерода к шестнадцати частям кислорода, чтобы образовать двадцать две части углекислого газа, который можно легко обнаружить, налив в каждую бутыль небольшое количество раствора гашеной извести в воде, называемого известковой водой. Этот тест легко сделать, встряхивая обычную гашеную известь с дождевой или дистиллированной водой в течение примерно часа, а затем пропуская ее через ситцевый или бумажный фильтр. Тест, хотя и совершенно прозрачный при наливании, немедленно мутнеет от белого осадка, обычно называемого «молочностью», несомненно, в аллюзии на лондонское молоко, которое, как предполагается, содержит заметную долю мела и воды, ибо в данном случае осадок — это мел, углекислый газ от алмаза и древесного угля соединился с известью, удерживаемой в растворе водой, и образовал карбонат кальция, или мел, вещество, сходное по составу с мрамором, известняком, исландским или двоякопреломляющим шпатом, эти три вещества почти сходны по составу и различаются только, подобно углероду и алмазу, внешним видом.

Однако «молочность» не следует считать окончательным доказательством присутствия углекислого газа до тех пор, пока не будет наконец добавлен немного уксуса или другой кислоты, такой как соляная или азотная; если теперь она исчезает с шипением (подобно смеси винной кислоты, воды и карбоната соды), маленькие пузырьки углекислого газа снова медленно устремляются вверх, оставляя жидкость в трех бутылях совершенно прозрачной, тогда экспериментатор может подвести итог своим трудам этими эффектами, которые самым решительным образом доказывают, что обычный древесный уголь, черный свинец и алмаз состоят из одного и того же элемента, а именно — углерода.

Четвертый эксперимент.

Осуществив синтез (или соединение вместе) алмаза и кислорода, уже невозможно восстановить его в его блестящей и красивой форме. Если продукт горения сохраняется в колбе из тонкого твердого стекла и сразу после того, как алмаз перестал гореть, помещаются два или три шарика металлического калия и применяется пламя спиртовой горелки до тех пор, пока калий не воспламенится, тогда металл, благодаря своему большому сродству к кислороду, забирает и отделяет его снова от того, что было ранее алмазом; но вместо того, чтобы драгоценный камень был осажден, получается не что иное, как черные, бесформенные и мельчайшие частицы углерода, если полученный поташ растворить в воде, а древесный уголь отделить фильтром.

Пятый эксперимент.

Мел получается путем соединения углекислого газа с известью; поэтому его можно использовать в качестве источника газа, поместив несколько кусков мела, или мрамора, или известняка в бутыль, подобную той, что использовалась при получении водорода; при добавлении некоторого количества воды и соляной кислоты происходит шипение из-за выделения углекислого газа, и, приспособив пробку и оловянную трубку, его можно передавать под действием собственной тяжести в стаканы, кувшины или любые другие сосуды, и пневматическая ванна не потребуется. Углекислый газ имеет удельный вес 1,529 и поэтому более чем в полтора раза тяжелее атмосферного воздуха.

Шестой эксперимент.

Чтобы убедить оператора в том, что газ, полученный из мела, сходен с продуктом горения алмаза, можно поместить немного известковой воды в стакан и позволить газу из бутыли проходить через него пузырьками; мгновенно появляется та же молочность, которая снова исчезает при добавлении кислоты. И этот эксперимент становится еще более поразительным, если зажженную свечу поместить в стакан сразу после добавления кислоты, когда она будет немедленно погашена.

Седьмой эксперимент.

Если дамскую муфту, подвешенную на нитях или цепочках, повесить на один конец коромысла весов и уравновесить чашкой весов и несколькими дробинками, она немедленно опускается при наливании в муфту количества углекислого газа, который мог быть предварительно собран в большой жестяной сосуд. После демонстрации веса газа коробку отсоединяют от коромысла весов, и содержимое выливают на ряд зажженных свечей, которые все гаснут одна за другой. (Рис. 147.)

Fig. 147. Fig. 147.

a. Углекислый газ, вылитый из жестяной коробки в b, муфту. b b. Отсоединенная муфта и свечи, погашенные углекислым газом, вылитым из нее.

Восьмой эксперимент.

Свойство углекислого газа гасить пламя, по сравнению с противоположным свойством кислорода, хорошо показано путем предварительного пропускания в большую и высокую газовую банку половины ее объема кислорода; можно ввести большую пробку, перфорированную отверстиями, чтобы она плавала на поверхности воды в газовой банке, и она полезно используется для смягчения силы, с которой углекислый газ входит в газовую банку, так как он пропускается внутрь, чтобы заполнить оставшийся полуобъем газовой банки, которая теперь содержит кислород сверху и углекислый газ снизу. При проверке содержимого банки зажженной свечой она ярко горит в кислороде, но немедленно гаснет в углекислом газе, попеременно зажигаясь и гаснув по мере того, как ее поднимают или опускают в газовой банке.

Девятый эксперимент.

Немного патоки, воды и крошечную порцию клея можно поместить с небольшим количеством дрожжей в квартовую бутыль, к которой прикреплена пробка и оловянная или стеклянная трубка; как только начинается брожение, можно собрать количества углекислого газа и проверить их либо известковой водой, либо зажженной свечой.

Десятый эксперимент.

Немного прозрачной известковой воды, помещенной в удобный стакан, быстро становится молочной при пропускании через нее воздуха из легких с помощью стеклянной трубки; таким образом доказывая, что дыхание и (как показано девятым экспериментом) брожение, а также горение древесного угля производят углекислый газ.

Одиннадцатый эксперимент.

Углекислый газ не только генерируется вышеуказанными процессами, но и выделяется естественным образом в огромных количествах из вулканов и из определенных почв: отсюда и своеобразная природа воздуха в Гротто-дель-Кане. Собаки, брошенные в эту пещеру, немедленно падают и немедленно оживают благодаря нежному милосердию проводников, которые бросают их в соседнее озеро. Это природное явление хорошо имитируется путем взятия коробки, открытой сверху, и прибивания к ней рамы из картона, которую можно раскрасить под скалы, следя за тем, чтобы часть (около трех дюймов глубиной) в нижней части была хорошо приклеена к коробке по краям, чтобы газ мог удерживаться; отверстие просверливается в верхней стороне для впуска зажженной свечи, а другое сбоку для трубки из бутыли с углекислым газом; когда дно заполнено газом, подносится свеча, которая горит в верхней части, но немедленно гаснет, когда достигает нижнего отделения, где три дюйма картона предотвращают ее выпадение: таким образом, простым способом показывая, почему проводник может входить в пещеру безнаказанно, в то время как собака теряет сознание, потому что погружена в газ. (Рис. 148.)

Fig. 148. Fig. 148.

a a. Модельный ящик «Грота собак» (Grotto del Cane). b b. Картон, закрепленный перед ящиком и раскрашенный под скалы. c. Бутыль с углекислым газом, с изогнутой трубкой, проходящей через отверстие в боковой стенке ящика. Свеча, помещенная в точку d, горит в верхней части модели и гаснет в нижней.

Двенадцатый опыт.

Многие несчастные случаи со смертельным исходом происходили из-за того, что воздух в глубоких ямах, могилах и т. д. становился непригодным для дыхания вследствие скопления углекислого газа. Это может быть вызвано либо наличием в почве полостей, где разлагались органические остатки, либо тем, что глубина и узкость ямы или колодца препятствуют надлежащей тяге или циркуляции воздуха, из-за чего он портится от дыхания человека, копающего яму. Воздух, содержащий один или два процента углекислого газа, пригоден для дыхания человека и поддерживает горение свечи, однако при вдыхании в течение некоторого времени он приводит к самым серьезным последствиям. Зажженная свеча, опущенная в колодец (в котором подозревается наличие испорченного воздуха) перед спуском туда рабочего, может гореть, но не указывает на присутствие малого процента этого ядовитого углекислого газа. Часто никто не утруждает себя проверкой воздуха зажженной свечой: человека спускают вниз, его товарищи видят, что он внезапно теряет сознание, затем быстро спускают другого, чтобы спасти его, и он разделяет ту же участь; действительно, бывали случаи, когда даже третий и четвертый слепо и по неведению бросались на верную смерть, пытаясь спасти своих ближних. Что же делать в таких случаях? Неужели живым оставаться в бездействии, пока несчастный быстро задыхается на дне ямы? Нет; при условии, что они сами не будут спускаться в яму, они могут испробовать все известные способы изменения состояния испорченного воздуха, чтобы получить возможность спуститься для спасения. Следует отправить кого-нибудь в соседний дом или хижину за жаровней с горящими углями; если есть гашеная известь, ее можно быстро смешать с водой и вылить вдоль стенки ямы; можно поджечь связку стружек и опустить ее, держа с одной стороны, чтобы создать ток воздуха; или даже пустые ведра, которые постоянно опускают и поднимают полными вредного воздуха, могут показаться несколько нелепым шагом, но в данных обстоятельствах необходимо применить любой план, который изменит воздух настолько, чтобы позволить другому человеку спуститься вниз; в доказательство чего можно привести следующие опыты:

Наполните глубокую стеклянную банку углекислым газом и убедитесь в его присутствии с помощью зажженной лучины; если опустить в сосуд стакан, к которому привязана веревка, вытащить его, а затем перевернуть над зажженной лучиной, то польза этого простого метода сразу станет очевидной; стакан представляет собой пустое ведро, и его можно опускать и поднимать, наполняя углекислым газом, до тех пор, пока не произойдет заметное изменение состояния атмосферы. Однако лучший способ — привести воздух в движение с помощью тепла, полученного от горящих материалов или даже чайника с кипящей водой, опущенного на веревке. Этот факт хорошо демонстрируется, если поместить небольшую колбу с кипящей водой, закрытую пробкой, на дно глубокой стеклянной банки, содержащей углекислый газ, который, как и другие газы, поднимается при достаточном нагревании и, улетучиваясь, смешивается с окружающим воздухом. (Рис. 149.)

Fig. 149. Fig. 149.

a. Глубокая банка, содержащая углекислый газ, который удаляется с помощью маленького стеклянного ведерка. b. Банка, содержащая закрытую пробкой колбу с кипящей водой на подставке; нагретый газ поднимается, а холодный воздух опускается, чтобы занять его место.

Тринадцатый опыт.

Углекислый газ, растворенный в воде под значительным давлением, образует тот самый приятный напиток, называемый содовой водой; этот газ полезен не только в этом отношении, но и был с большим успехом применен мистером Герни для тушения пожара огромных масштабов, который годами бушевал в выработках угольной шахты в Шотландии. Тот же газ, внезапно генерируемый при сгорании смеси селитры, кокса и глины или гипса в сосудах особой конструкции, стал предметом патента Филлипса, впоследствии перешедшего к компании «Fire Annihilator Company». Этот прибор особенно приспособлен для использования на судах и мог бы, при правильном применении, стать средством спасения многих кораблей и ценных жизней. (Рис. 150.)

Его практическая ценность подтверждена испытаниями при реальном использовании: на улицах — пожарной командой Лидса, а также пожарными компании «Fire Annihilator Company», временно расквартированными в Ливерпуле и Манчестере.

«Огнетушитель» (Fire Annihilator) был официально признан правительственными комиссарами по делам эмиграции, которые внесли в «Закон о пассажирах» 1852 года, в §24, альтернативу: «Или другой аппарат для тушения пожара», с четкой отсылкой к этому изобретению, а впоследствии официальным распоряжением уполномочили своих офицеров пропускать суда, имеющие на борту «Огнетушители».

Fig. 150. Fig. 150.

a. Повозка с шестью огнетушителями размера № 5, оснащенными подвижными трубками. Корпус повозки образует резервуар на сорок галлонов воды; резервуар наполняется через отверстие с пробкой на платформе; к задней части повозки прикреплен запатентованный кран; у конца стойки перил расположен патрубок; в ящике в задней части повозки находится ручной насос; на повозке подвешены кожаное ведро с подножками и три брезентовых ведра; в ящике лежат молоток для снятия и установки крышки огнетушителя и гаечный ключ для тележки № 10. b. Огнетушитель размера № 10 с подвижной трубкой на пружинной тележке прикреплен к повозке.

Батарея оснащена оглоблями для одной лошади. Также предусмотрено дышло, которое можно закрепить поперек оглобель, чтобы батарею можно было везти вручную.

Господин Адольф Жирар предложил оснащать все дома аппаратом для генерации углекислого газа, размещаемым снаружи здания, который должен подаваться вдоль потолка с помощью труб с многочисленными отверстиями и приводиться в действие сразу же при возникновении пожара. Этот план, сколь бы остроумным он ни был, вряд ли смог бы подавать углекислый газ с достаточной быстротой, и есть опасения, что на практике он полностью провалился бы. (Рис. 151.)

Fig. 151. Fig. 151.

a. Резервуар с кислотой, соединенный трубкой с b, наполовину заполненным мелом и водой. c c C C. Трубы, подающие углекислый газ из генератора b к потолку, откуда он выпускается через многочисленные отверстия на огонь внизу.

БОР.

Символ, B; эквивалент, 10,9.

Открыт Гомбергом в 1702 году в буре, который представляет собой двуборнокислый натрий (NaO,2BO3) и очень широко используется в производстве стекла, а также для глазурования керамики и пайки металлов; он также является ценным флюсом при различных операциях в тиглях, а при испытании минералов с помощью паяльной трубки он просто незаменим. Бура производится либо из тинкала — вещества, встречающегося в естественном виде в некоторых частях Индии, Китая и Персии, либо путем добавления карбоната натрия к борной кислоте — веществу, получаемому в вулканических районах Тосканы, откуда оно импортируется в нашу страну и используется в производстве буры.

Элемент бор можно получить, поместив немного чистой борной кислоты и несколько мелких кусочков калия в трубку и воздействуя пламенем спиртовой горелки; происходит яркое свечение, и когда трубка остынет, поташ можно смыть, а бор останется в виде темно-коричневого порошка, несколько напоминающего углерод. М. Сент-Клер Девиль и Вёлер недавно сделали несколько важных открытий в отношении этого элемента и опровергли утверждение о том, что он не кристаллизуется. Их исследования доказывают, что он может быть получен в трех формах и различных цветов, таких как медово-желтый и гранатово-красный, причем кристаллы в некоторых случаях подобны алмазам чистейшей воды, т. е. прозрачны и бесцветны. Новое соединение алюминия и бора, как утверждается, обладает самыми замечательными свойствами. Оно тверже алмаза, и в виде порошка может резать и сверлить рубины и даже сам алмаз с большей легкостью, чем алмазный порошок. Девиль и Вёлер склоняются к мнению, что алмаз диморфен и способен (в условиях, которые еще предстоит описать) принимать те же формы, что и бор. При высокой температуре бор, подобно титану, поглощает из атмосферы только азот и отторгает кислород. (Вопрос: не могут ли некоторые из этих удивительно твердых черных алмазов оказаться бором?)

КРЕМНИЙ.

Символ, Si; эквивалент, 21,3.

Великий Берцелиус был первым, кто получил этот элемент в 1823 году. Кремний в чистом состоянии представляет собой темно-коричневый порошок; если его прокалить при очень высокой температуре, он приобретает шоколадный цвет, что считается аллотропным состоянием, поскольку он больше не горит при умеренном нагревании в кислороде или воздухе и не подвергается воздействию плавиковой кислоты. Самым интересным соединением кремния является трехокись, называемая кремневой кислотой, или кремнеземом (SiO3). Кремний занимает второе место после кислорода по своей распространенности и встречается в виде кремнезема почти в каждом минерале, но особенно в горном хрустале, кварце, кремень, песке, яшме, агате и триполе. Он широко используется в производстве стекла, а очень полезное «растворимое стекло» получается путем сплавления в тигле пятнадцати частей песка, десяти частей карбоната калия и одной части древесного угля.

Холодная вода просто смывает избыток щелочи, и после этого порошкообразное растворимое стекло можно кипятить с водой в пропорции одна часть стекла на пять частей воды, после чего оно постепенно растворяется; раствор можно выпарить до густой пастообразной жидкости, которая в холодном состоянии выглядит как желе, а при воздействии воздуха в тонких пленках превращается в прозрачное, бесцветное, хрупкое, но не твердое стекло. Деревянные, хлопчатобумажные и льняные ткани становятся менее горючими, если их покрыть этим стеклом, которое исключает доступ кислорода воздуха; в последнее время его стали использовать для заполнения пористых и капиллярных отверстий в камне, подвергающемся воздействию атмосферы, и, как утверждается, оно очень эффективно в некоторых случаях как средство для консервации камня.

СЕРА.

Символ, S; эквивалент, 16.

Сера, как и древесный уголь, часто встречается в природе и поставляется главным образом из вулканических районов Тосканы и Сицилии: в Соединенном Королевстве этого элемента в изобилии, но он находится в связанном состоянии с железом, медью и свинцом под названием железный колчедан, медный колчедан, галенит; и хотя Сицилия и Тоскана поставляют тысячи тонн в несвязанном состоянии, конечно, не стоит проводить дорогостоящие операции на родине для отделения серы от руд. Во время спора между Сицилией и Англией было получено несколько патентов на новые и экономичные процессы, с помощью которых сера извлекалась из различных минералов; и если бы наша страна была лишена поставок природной серы, несомненно, некоторые из этих патентов сейчас были бы в активном действии.

Можно почти оценить коммерческое процветание страны по количеству потребляемой ею серы, к счастью, не для военных операций, а для производства купоросного масла или серной кислоты, которая является отправной точкой для огромного числа полезных искусств и производств.

Первый опыт.

Некоторые очень любопытные результаты можно получить при нагревании серы до определенных температур; в обычном состоянии это твердое вещество бледно-желтого цвета, и при температуре 226° по Фаренгейту оно плавится в коричневато-желтую, прозрачную, жидкую массу; согласно всем заранее сложившимся представлениям о свойствах веществ, разжижающихся при повышении температуры, можно было бы вообразить, что каждый дополнительный градус тепла будет только делать расплавленную серу еще более жидкой, но, как ни странно, при достижении температуры около 320° по Фаренгейту она становится красной и густой, как патока; и по мере повышения температуры она становится настолько вязкой, что ковш, в котором она находится, можно перевернуть, а сера почти не вытечет: при температуре около 482° по Фаренгейту она снова становится жидкой, но не такой текучей, как при более низкой температуре. Если дать ей остыть от 482° по Фаренгейту, вышеуказанные результаты просто повторяются в обратном порядке; сера густеет, снова становится жидкой и, наконец, кристаллизуется в длинные, тонкие ромбические призмы, которые лучше всего видны, если сначала дать образоваться корке серы на жидкой части, а затем, проделав два отверстия в этой корке, слить серу, после чего остаток внутри тигля оказывается кристаллизованным в упомянутой форме. Сера загорается на воздухе при воздействии тепла около 560° по Фаренгейту и горит бледно-голубым пламенем; и, как уже говорилось, ее можно лить с большой высоты в тихую темную ночь, и она образует непрерывный столб голубого огня, точно как неразрывный ток электричества. Если расплавленную и горящую серу слить в сосуд с кипящей водой, она перестает быть желтой, а принимает любопытное аллотропное состояние, в котором представляет собой красновато-коричневую, прозрачную, бесформенную массу, которую легко разминать и использовать для снятия слепков с печатей, которые через несколько дней желтеют и оказываются твердыми и кристаллизованными.

Второй опыт.

Пары серы в некотором смысле можно рассматривать как поддерживающие горение: если чистую флорентийскую колбу наполнить медной стружкой, посыпать немного грубо измельченной серы и применить нагрев, медь раскаляется докрасна и, сгорая в парах серы, образует сернистую медь; из этого соединения серу можно снова получить, прокипятив порошкообразную сернистую медь со слабой азотной кислотой, которая окисляет и растворяет медь, оставляя большую часть серы, которую можно собрать, расплавить и сжечь, и она проявит все свойства, присущие этому элементу. Этот опыт — очень хороший пример простого анализа; и если взвесить медь, а также связанную серу, можно составить хорошее представление о принципах кратных отношений.

Третий опыт.

Небольшое количество серы, сожженное под стеклянным колпаком или в любой удобной коробке (например, в шляпной), образует сернистый газ (SO2), который обесцвечивает смоченную красную розу или георгин и многие другие цветы. Этот газ очень широко используется для отбеливания соломы и различных шерстяных изделий, таких как одеяла и фланель, а также шелка, и является, пожалуй, одним из лучших дезинфицирующих средств, которые можно использовать; когда в жилищах бедняков, например в коттеджах и т. д., свирепствовала лихорадка, все металлические предметы следует убрать, двери и окна закрыть, постельные принадлежности и т. д. хорошо проветрить, а затем сжечь некоторое количество серы в старой сковороде, поставленной на кирпич, стараясь избежать возможности возгорания помещения; через несколько часов двери и окна можно открыть, и дезинфицирующее средство выполнит свою работу дешево и надежно.

Четвертый опыт.

Присутствие серы в различных органических веществах, таких как волосы, яичный белок и фибрин, легко обнаружить, нагрев их в растворе поташа и добавляя ацетат свинца до тех пор, пока образующийся осадок не растворится; наконец, раствор следует нагреть до точки кипения, когда он мгновенно чернеет из-за выделения сернистого свинца.

Пятый опыт.

Серная кислота, HO,SO3, или купоросное масло, производится в таких огромных количествах, что никогда не стоит пытаться приготовить ее в малом масштабе. Из-за ее большого сродства к воде при ее действии происходят многие энергичные изменения. Купоросное масло, налитое на сахар-рафинад, помещенный в чашку для завтрака, с добавлением десертной ложки кипящей воды, быстро вскипает и оставляет огромное количество черного угля. Если написать слово на куске белого ситца разбавленной серной кислотой, а затем быстро и тщательно смыть, никаких видимых изменений не произойдет; но если подвергнуть ситец нагреванию, чтобы избыток воды испарился, оставшееся и теперь концентрированное купоросное масло воздействует на ситец, и слово неизгладимо отпечатывается черным цветом из-за разложения хлопчатобумажной ткани. Недавно мистером Уорреном де ла Рю был внедрен очень замечательный процесс, с помощью которого бумага превращается в своего рода прочный пергаментоподобный материал, называемый аметастином, под действием купоросного масла и воды определенной фиксированной крепости; и любое отклонение от точных пропорций разрушает прочность бумаги. После того как кислота подействовала на бумагу, она становится чрезвычайно прочной и может выдержать значительный вес, не разрываясь. Мистер Сми использовал этот аметастин при создании гигрометра и утверждает, что он может спасти многих путешественников от сильного ревматизма в сырой постели.

Шестой опыт.

Когда пары серы пропускают над раскаленным древесным углем и продукт тщательно конденсируют, получается своеобразная жидкость, называемая сероуглеродом (CS2), которая обладает специфическим запахом, чрезвычайно прозрачна и блестяща на вид, а также обладает высокой преломляющей способностью. Эта жидкость используется в качестве растворителя для фосфора и других веществ, она чрезвычайно летуча и горюча и горит бесшумно бледно-голубым пламенем. Сгорание ее паров, смешанных с определенными газами, служит хорошим примером того факта, что медленное горение может быть мирным опытом, в то время как очень быстрое горение часто переходит в взрыв. Так, если капнуть несколько капель сероуглерода в узкогорлую сухую бутыль емкостью в кварту, содержащую обычный воздух, и поднести пламя, горение происходит быстро, слышится шум или гул, что объясняется тем, что диффузные пары получают больше кислорода и горят быстрее, чем если бы они просто сгорали с палочки или стеклянной палочки, смоченной в жидкости. Еще большая скорость горения обеспечивается при добавлении сероуглерода в длинную прочную цилиндрическую банку длиной пятнадцать дюймов и диаметром три дюйма, содержащую газ окись азота (NO2); при поднесении пламени смесь сгорает с яркой вспышкой и некоторым шумом, а если бы она горела в узкогорлой бутыли, то, скорее всего, разнесла бы ее вдребезги.

Наибольшая скорость горения и, конечно, самый громкий шум получаются при встряхивании сероуглерода в такой же прочной цилиндрической банке, наполненной кислородом, но в этом случае банку необходимо защитить двойным цилиндром из прочной проволочной сетки; она не всегда разбивается, но если ее разносит на фрагменты, каждая частица становится ланцетовидным куском стекла, способным нанести опаснейшие раны. (Рис. 152.)

Fig. 152. Fig. 152.

a. Воздух и сероуглерод. b. Окись азота и то же самое. c. Кислород и то же самое. d d. Прочный цилиндр из двойной проволочной сетки, открытый сверху и снизу.

СЕЛЕН.

Селен (σεληνη, Луна [B]); символ, Se; эквивалент, 39,5.

Этот новый металлический элемент родственен сере и является своего рода химической диковинкой, встречаясь в ничтожных количествах в различных минералах; его можно расплавить и отлить в любую форму. Медальоны с изображением первооткрывателя (Берцелиуса) селена в маленьких футлярах импортируются из Германии для кабинетов любознательных людей.

[B] Назван селеном из-за его сильной аналогии с металлом теллуром (tellus, земля).

ФОСФОР.

Фосфор (φως, свет; φερειν, нести; символ, P; эквивалент, 32.)

Господин Сальверт в своем труде об оккультных науках древних приводит замечательную историю, касающуюся вероятного открытия природы фосфора в 1761 году: «Принц Сан-Северо в Неаполе с некоторым успехом занимался химией; у него, например, был секрет пропитывания мрамора цветом, так что каждая плита, распиленная из блока, представляла собой повторение фигуры, отпечатанной на ее внешней поверхности. В 1761 году он подверг несколько человеческих черепов воздействию различных реагентов, а затем нагреванию в стекловаренной печи, но уделял так мало внимания своему способу действий, что признался, что не ожидал получить тот же результат во второй раз. Из продукта он получил пар, или, скорее, выделился газ, который при приближении огня загорался и горел несколько месяцев, при этом вещество, казалось, не исчезало и не уменьшалось в весе. Сан-Северо думал, что нашел невозможный секрет неугасимой лампы, но не хотел разглашать свой процесс, опасаясь, что склеп, в котором были похоронены принцы его семьи, потеряет уникальную привилегию, которой он надеялся его обогатить, — быть освещенным вечной лампой». Если бы он поступил как философ наших дней, Сан-Северо приписал бы свое имя важному открытию существования фосфора в костях и сделал бы достоянием гласности процесс, с помощью которого его можно получить.

Этот элемент, ранее продававшийся по четыре или пять шиллингов за унцию, теперь настолько упал в цене из-за большего спроса и большего производства, что его можно купить за несколько шиллингов за фунт, и он импортируется в жестяных футлярах в больших количествах из Германии. Он был открыт около двухсот лет назад Брандтом, купцом из Гамбурга, и может быть приготовлен в малом масштабе путем перегонки при красном калении фосфорной кислоты, предварительно сплавленной с одной четвертью ее веса порошкообразного древесного угля.

Первый опыт.

Фосфор в чистом виде не имеет вкуса и цвета, но обычно имеет очень бледный желтовато-коричневый цвет и полупрозрачен; он чрезвычайно горюч и обычно хранится под поверхностью воды; в совершенно сухом виде тонкий ломтик загорается при 60° по Фаренгейту и горит с большим блеском. Учитывая тепло, выделяющееся при сгорании фосфора, можно было бы подумать, что он неизбежно подожжет любой обычный горючий материал, такой как бумага или дерево, но это не так, когда фосфор используется сам по себе, что можно доказать следующим опытом.

Отрежьте пять очень маленьких кусочков фосфора и расположите их как пятерку на игральной карте на листе патронной бумаги, положенном на стол, подожгите кусочки фосфора, и они быстро сгорят, оставив только пять черных пятен, но не подожгут бумагу, как это случилось бы, если бы в том же положении были помещены раскаленные угли или древесный уголь. Причина очень проста. Фосфор при сгорании образует фосфорную кислоту, которая является негорючим веществом и покрывает поверхность бумаги вокруг места, где происходит горение, и, действуя как своего рода глазурь или стекло, исключает доступ кислорода воздуха и предотвращает распространение огня.

Если посыпать немного порошкообразной серы вокруг места, где должен сгореть кусочек фосфора, дело обстоит совсем иначе; тепло плавит и поджигает серу, которая, не будучи покрыта фосфорной кислотой, передает огонь бумаге; именно на этом принципе основано использование люциферовых спичек в качестве мгновенных источников света. Кончик дерева, из которого они сделаны, сначала окунают в серу, а затем на него наносят фосфорный состав, состоящий из камеди, хлората калия, киновари и фосфора; и если бы последний использовался один, без серы, ни одна спичка из сотни не загорелась бы должным образом.

Второй опыт.

Обычный фосфор полностью и быстро растворяется в сероуглероде. Раствор необходимо тщательно хранить, так как это жидкое горючее вещество, которое самовоспламеняется после испарения сероуглерода; так что везде, куда бы он ни попал, обязательно возникнет пламя, возникающее от самопроизвольного сгорания мелкодисперсного фосфора. Эта жидкость много лет назад была рекомендована правительству для поджога парусов кораблей или других горючих материалов. Раствор одного только фосфора не отвечал цели, как уже объяснялось в первом опыте; но когда с фосфором растворяли воск, он становился опаснейшей жидкостью, которую рекомендовалось использовать в снарядах и выпускать из мортир или гаубиц обычным образом. Доктор Лайон Плэйфэр первым применил это предложенное использование раствора, и с тех пор, как мы полагаем, оно было рекомендовано капитаном Нортоном в его снарядах с «жидким огнем».

Третий опыт.

Один из самых любопытных фактов, связанных с фосфором, — это его переход в аллотропное состояние в виде так называемого аморфного (бесформенного) или красного фосфора. Это вещество при первом знакомстве можно принять за кусок плохо сделанной венецианской красной краски. Нет никакого риска, что он загорится, как обычный фосфор, и он (по словам Шреттера из Берлина, открывшего это своеобразное состояние) не выделяет тех паров, которые так вредны для производителей люциферовых спичек. Говорят, что при постоянном вдыхании паров обычного фосфора возникает специфическая и отвратительная болезнь, которая заканчивается разрушением челюстной кости; в то время как кости в других частях тела становятся хрупкими, и кости рук, пораженные таким образом, ломаются от малейшего удара.

Разница между обычным и красным фосфором хорошо видна, во-первых, если поместить несколько маленьких кусочков обоих видов в отдельные бутылки или флаконы, содержащие сероуглерод; обычный фосфор, как уже объяснялось, быстро растворяется в жидкости, и если его вылить на лист бумаги и подвесить, он вскоре загорается; в то время как красный сорт остается совершенно нетронутым, и если слить сероуглерод на бумагу, он просто испаряется, и горения не происходит.

Сходство в составе, хотя и не во внешнем виде, дополнительно демонстрируется путем наполнения двух банок кислородом и, приготовив две ложки для сжигания, поместив немного обычного фосфора в одну, а красного фосфора — в другую; проволоку, слегка нагретую путем погружения в кипящую воду, теперь прикладывают к первому, который немедленно загорается, и его можно погрузить в банку с кислородом, где он горит с обычным блеском. Красный фосфор, однако, должен быть доведен до гораздо более высокой температуры (500° по Фаренгейту), прежде чем он начнет светиться в темноте, а затем при дальнейшем повышении температуры он загорается и при помещении в другую банку с кислородом горит гораздо медленнее, чем желтый фосфор, но в конце концов демонстрирует ту яркую вспышку света, которая так характерна для сгорания фосфора в кислороде.

Аморфный или красный фосфор используется в производстве «безопасных химических спичек», и М. А. Мюнон получил в Англии патент на усовершенствование люциферовых спичек с целью предотвращения риска случайного воспламенения. Для достижения этой цели спички сначала нарезаются машиной из кубиков дерева, причем разрез останавливается на небольшом расстоянии от конца каждого кубика, чтобы нижние конечности оставались соединенными. Верхняя или свободная конечность каждого пакета полученных таким образом спичек, будучи покрыта воском или серой, окунается в один из следующих составов: хлорат калия, две части; порошкообразный древесный уголь, одна часть; умбра, одна часть; или хлорат калия, сера и умбра в равных частях, тщательно смешанные с клеем. Противоположная конечность или «разрез» каждого пакета затем закрашивается аморфным фосфором, смешанным с клеем, так что при разделении спичек фосфор обнаруживается только на верхушке каждой из них. Спички, приготовленные таким образом, зажигаются путем отламывания небольшого кусочка фосфорированного конца и трения его о противоположную конечность, покрытую воспламеняющимся составом.

Громко взрывающиеся и опасные люциферы раньше делали путем окунания пучков спичек, предварительно покрытых серой на кончиках, в густой раствор камеди при температуре 104° по Фаренгейту, окрашенный смальтой или суриком, в котором был растворен определенный процент хлората калия, а также содержащий мелкодисперсные частицы фосфора, полученные путем постоянного перемешивания и растирания материалов в ступке. При высыхании спички взрывались, если их потереть о шероховатую поверхность, и всегда существовал риск того, что осколок отлетит и попадет в глаз. Чтобы избежать этой опасности, были изобретены «тихие» или «бесшумные» люциферовые спички, и используемый состав (по Бёттгеру) следующий: гуммиарабик, 16 частей по весу; фосфор, 9 частей; селитра, 14 частей; порошкообразная черная окись марганца, 16 частей. Вышеуказанные ингредиенты обрабатываются в ступке с водой при 104° по Фаренгейту, и спички, предварительно окунутые в серу, погружаются в него, а затем высушиваются.

Четвертый опыт.

Горение фосфора под водой легко продемонстрировать, поместив обычный палочковый фосфор в металлическую чашку, а затем быстро погрузив ее под поверхность кипящей воды. Если теперь направить струю кислорода на жидкий фосфор, он горит с большим блеском. Когда кислород выходит из струи слишком быстро, это приводит к выбросу мелких частиц из воды, поэтому рекомендуется защитить лицо листом проволочной сетки, удерживаемым на несколько дюймов выше стекла во время проведения опыта. (Рис. 153.)

Fig. 153. Fig. 153.

a a. Стакан с кипящей водой, содержащий металлическую чашку с расплавленным фосфором. c. Струя кислорода. d d. Лист проволочной сетки.

Пятый опыт.

Фосфор горит и испускает красивые вспышки света в присутствии газа, называемого перекисью хлора (ClO4), который должен быть очень осторожно получен под поверхностью воды путем помещения некоторого количества нарезанного фосфора и хлората калия на дно длинного и прочного цилиндрического стакана, почти полного воды; серная кислота затем подается к хлорату калия с помощью сифона, конец которого должен быть вытянут в небольшое отверстие, иначе купоросное масло будет опускаться слишком быстро, и стекло треснет от тепла. Как только перекись хлора вступает в контакт с фосфором, она взрывается и снова переходит в свои исходные элементы, кислород и хлор. Эти пузырьки обволакивают мельчайшие частицы фосфора, которые быстро поднимаются, как водяные пауки, к поверхности и горят по мере движения вверх, производя непрерывную серию искр огня, которые производят чрезвычайно красивый эффект. (Рис. 154.) Сифон, конечно, сначала заполняется водой, и по мере того, как она вытесняется, ее место занимает купоросное масло.

Fig. 154. Fig. 154.

a a. Высокий стакан, почти полный воды; на дне находятся хлорат калия и фосфор. b. Склянка Вульфа и сифон, подающий купоросное масло на дно a a.

Шестой опыт.

Если поместить немного фосфора в небольшой медный котел и позволить пару выходить из струи, он оказывается светящимся вследствие того, что мельчайшая часть фосфора уносится механически вместе с паром. Тот же факт очень красиво демонстрируется кипячением воды в колбе, содержащей немного фосфора.

Седьмой опыт.

Фосфор бурно взрывается при растирании с небольшим количеством хлората калия, и для безопасного выполнения этого опыта его следует проводить в прочной железной ступке, пестик которой должен быть окружен большим кругом из картона и проволочной сетки; так что, когда он опускается на фосфор и хлорат калия, любые частицы, которые могут вылететь, задерживаются щитом. Без этой меры предосторожности опыт является одним из самых опасных, которые можно провести. (Рис. 155.)

Fig. 155. Fig. 155.

a. Железная ступка, содержащая фосфор и хлорат калия. b. Пестик со щитом c C, состоящим из круга проволочной сетки, покрытого кругом из картона.

Восьмой опыт.

Фосфористый водород обязан своим свойством самопроизвольного горения присутствию паров жидкости, фосфида водорода (PH2), который можно приготовить, поместив немного фосфида кальция в колбу с водой, нагретой до температуры 140° по Фаренгейту, и подавая газ в U-образную трубку, окруженную смесью льда и соли. Полученная жидкость бесцветна и должна быть защищена от контакта с воздухом, так как она самовоспламеняется, как только подвергается воздействию атмосферы. (Рис. 156.)

Fig. 156. Fig. 156.

a. Колба, содержащая фосфид кальция и воду, помещенная в водяную баню, нагретую до 140° по Фаренгейту. b. Изогнутая трубка, подающая газ к c c, U-образной трубке, к которой она прикреплена с помощью каучуковой трубки. c c. U-образная трубка, окруженная охлаждающей смесью. d d. Изогнутая трубка, проходящая в чашку с водой для предотвращения контакта с воздухом.

Девятый опыт.

Фосфид кальция быстро готовится путем помещения небольших кусочков извести в тигель и доведения их до красного каления; если бросить в тигель куски сухого фосфора и быстро закрыть крышку, сразу после фосфора, последний соединяется с кальцием и образует коричневое вещество, которое при помещении в воду образует газообразный фосфид водорода (PH3), и газ самовоспламеняется при контакте с воздухом.

Десятый опыт.

Фосфор, помещенный в реторту с довольно крепким раствором поташа и небольшим количеством эфира, дает большое количество фосфида водорода (обычно называемого фосфористым водородом) при кипячении. Горлышко реторты должно быть погружено в чашу с водой, а цель эфира — предотвратить горение первых пузырьков газа внутри реторты, которые при взрыве, вероятно, разбили бы стекло. Если горлышко реторты держать под водой, в которой растворен поташ, газ можно генерировать много дней по желанию, хотя это нежелательный опыт для частого повторения из-за неприятного запаха. (Рис. 157.)

Fig. 157. Fig. 157.

a. Реторта, содержащая фосфор, воду, поташ и эфир. b. Горлышко, погруженное в чашу с водой. c. Газ, горящий и образующий красивые кольца дыма.

Одиннадцатый опыт.

Когда банку с кислородом держат над горлышком реторты, генерирующей фосфористый водород, наблюдаются яркая вспышка света и взрыв; а если опыт проводится в затемненной комнате, это похоже на внезапную вспышку молнии. Бутыль с хлором, удерживаемая над горлышком реторты и, конечно, погруженная в воду чаши, производит зеленое пламя каждый раз, когда пузырек газа проходит в нее. То любопытное явление света, иногда наблюдаемое в болотистых районах, называемое блуждающим огоньком, как полагают, связано с выходом из разлагающихся веществ пузырьков водорода, азота и т. д., через которые диффундирует самовоспламеняющийся фосфид водорода.

В месте под названием Остров Мертвеца, недалеко от Ширнесса, великолепные эффекты такого рода иногда проявляются, когда грязевые отмели случайно взбалтываются ночью багром. Достоверный наблюдатель говорит, что однажды видел там вспышку желтовато-зеленого света, сопровождавшуюся шумом, высотой около тридцати футов. Кажущаяся высота могла быть обусловлена длительностью впечатления от вспышки на глазу, так как свет от горящего фосфористого водорода быстро поднимался вверх. Источник этого газа, по-видимому, связан с тем фактом, что в то время, когда некоторые русские корабли находились под наблюдением флота Бреста, многие матросы умерли от холеры и были похоронены в отмелях; разложение костей, содержащих фосфор, объяснило бы появление света, уже описанного.

Обсудив некоторые из наиболее интересных свойств тринадцати неметаллических элементов, мы прощаемся с темой химии, оставляя рассмотрение металлов для другой популярной юношеской работы, предметом которой они станут.

В ответ на часто задаваемый вопрос: «Где я могу достать вещи для опытов?», можно сказать, что любой вид стеклянной посуды и химикатов, упомянутых в этой главе, можно приобрести либо у Messrs. Simpson, Maule, and Co., Kennington, либо у Griffin and Co., Bunhill-row, либо у Bolton and Co., High Holborn.

Fig. 158. Fig. 158.

Блуждающий огонек.

ГЛАВА XIII.

ЭЛЕКТРИЧЕСТВО ТРЕНИЯ.

Fig. 159. Fig. 159.

Франклин и его воздушный змей.

Из всех агентов, с которыми знаком человек, ни один не может быть большим источником изумления для невежд и размышлений для ученых, чем эффекты той чудесной силы, пронизывающей всю материю, называемой электричеством. Мы смотрим на материю, наделенную жизнью, и материю, лишенную этого божественного дара, с некоторой долей интереса, зависящего от наших различных вкусов и занятий; мы с первого взгляда узнаем птицу, зверя или рыбу; мы наблюдаем с удовольствием и восхищением чудесные изменения природы и знаем, что несколько семян, брошенных в разбитые комья и хорошо возделанную землю, могут стать либо волнующимся золотым полем кукурузы, либо со временем вырасти из нежного маленького кустарника в величественное лесное дерево; мы знаем все эти вещи, потому что они принадлежат видимому миру и постоянно проходят перед нашими глазами: но, глядя на видимое, мы не должны забывать и игнорировать невидимое. Можно с уверенностью сказать, что величайшие силы природы скрыты, и если какая-либо истина и должна привести нас от Природы к Богу Природы, так это тот факт, что никакой видимый, твердый, осязаемый агент не может работать с такой силой и мощью, как невидимое электричество. Прошло много веков со времени начала христианской эры, прежде чем человеческий разум был готов оценить эту великую силу природы; другие силы требовали внимания, и разница в присутствии или отсутствии двух невесомых агентов, тепла и света, получаемых от солнца, в эффектах смены времен года и других обычных фактах, побудила философов рано размышлять об их природе; но электричество, из-за своих специфических свойств, долго ускользало от наблюдения, и только в начале восемнадцатого века (около 1730 года) были открыты какие-либо материальные факты в этой науке, когда мистер Стивен Грей, пенсионер Чартерхауса, открыл то, что он назвал электриками и неэлектриками, а также использование изолирующих материалов, таких как шелк, смола, стекло, волосы и т. д.; и очевидно, что до тех пор, пока не был открыт последний факт, наука оставалась бы в подвешенном состоянии, потому что не было бы способа сохранить электрическое возбуждение в отсутствие непроводников этой силы.

1750 год был примечателен открытиями Вольты и идентификацией доктором Франклином электричества машины со stupendous эффектами грозы. Сэр Гемфри Дэви в 1800 году своим выдающимся гением пролил новый свет на уже многочисленные открытые электрические эффекты. В 1821 году Фарадей начал свои исследования в этой области философии, которые он с тех пор так усердно продолжал, что был в течение нескольких лет и остается до сих пор первым электриком века. С начала нынешнего столетия открытия следовали одно за другим в регулярном порядке и с самыми поразительными результатами; и теперь электричество регулярно используется как денежный агент в процессе гальванопластики и электросеребрения и золочения; также в электрическом телеграфе; и через несколько лет мы, возможно, увидим, как оно обычно используется в качестве источника искусственного света.

Природа электричества, говорит Тернер, подобно природе тепла, в настоящее время окутана неясностью. Оба эти принципа, если они действительно материальны, настолько легки, тонки и диффузны, что до сих пор было невозможно распознать в них обычные характеристики материи; и поэтому электрические явления могут быть отнесены не к действию специфического вещества, а к какому-то свойству или состоянию обычной материи, точно так же, как звук и свет производятся вибрирующей средой. Но эффекты электричества настолько похожи на эффекты механического агента, оно кажется настолько отчетливо исходящим от веществ, которые содержат его в избытке, и разрывает все препятствия на своем пути так точно, как тело в быстром движении, что впечатление о его существовании как отдельного материального вещества sui generis неотвратимо навязывается разуму. Все народы, соответственно, спонтанно сошлись во мнении рассматривать электричество как материальный принцип; и ученые люди отдают предпочтение тому же взгляду, потому что он предлагает простое объяснение явлений и предполагает естественный язык, понятный всем.

Существует пять хорошо установленных источников электричества и три, которые считаются неопределенными. Пять источников — это трение, химическое действие, тепло, магнетизм, специфические животные организмы. Три неопределенных источника — это контакт, испарение и солнечные лучи.

Первый опыт.

Палочка сургуча или кусочек стеклянной трубки, совершенно сухие, потертые о теплый кусок фланели, приобрели на своей поверхности новую силу, которая будет притягивать кусочки бумаги, соломы или другие легкие материалы; и после того, как эти вещества наделяются той же силой, происходит отталкивающее действие, и они улетают. Одно из самых удобных приспособлений для проведения опытов с притягивающими и отталкивающими силами электричества — это закрепить с помощью шеллачного лака круглые диски из позолоченной бумаги размером с полкроны на каждом конце длинной соломинки, которая поддерживается около центра шелковой нитью, которая может свисать с потолка или любой другой удобной опоры. (Рис. 160.)

Лак легко приготовить, поместив четыре или восемь унций шеллака в бутылку и налив достаточно пироксилового спирта (обычно называемого древесной нафтой) на лак, чтобы покрыть его. Через короткое время и при взбалтывании происходит растворение. Различными способами трение доказывается как источник электричества и образует отдельную ветвь науки под названием электричество трения.

Fig. 160. Fig. 160.

a. Стеклянная опора-столб. b. Соломинка с дисками, висящая на шелковой нити.

Второй опыт.

Природа химического действия уже была объяснена и упоминается здесь как источник электричества, доказательство чего весьма просто. К пластине из меди и аналогичной по размеру пластине из цинка прикреплены медные проволоки; эти пластины помещаются в сосуд с водой, подкисленной небольшим количеством серной кислоты, так, чтобы они находились друг против друга, но не соприкасались. Когда проволоки приводятся в соприкосновение, по цепи начинает циркулировать электрический ток, однако он не обладает силой притягивать кусочки бумаги, соломинки и т. д. Чтобы установить, проходит ли электрический ток, кусок изолированной медной проволоки несколько раз обматывают вокруг магнитной стрелки так, чтобы она могла свободно двигаться внутри сердечника или полости, образованной витками медной проволоки. Это устройство, будучи правильно сконструированным, называется гальванометром и является неоценимым средством для определения прохождения электричества, полученного в результате химического действия. (Рис. 161.)

Когда проволоки, идущие от металлических пластин, соединяются с концами катушки гальванометра, стрелка отклоняется или смещается вправо или влево, в зависимости от направления тока.

Fig. 161. Fig. 161.

a. Гальванометрическая стрелка. b. Сосуд, содержащий слабую кислоту, а также цинковую и медную пластины. Стрелки указывают путь электрического тока.

Третий опыт.

Третьим источником электричества является тепло, и действие этого агента хорошо демонстрируется путем скручивания куска платиновой и серебряной проволоки так, чтобы они образовали единую длину. Если серебряный конец прикрепить к одному зажиму гальванометра, а платиновый — ко второму, магнитная стрелка не будет двигаться до тех пор, пока тепло спиртовой лампы на мгновение не будет подведено к точке соединения серебряной и платиновой проволок, после чего магнитная стрелка немедленно отклонится.

Fig. 162. Fig. 162.

a. Гальванометрическая стрелка с присоединенными проволоками. s, s. Серебряная проволока, соединенная с p, p — платиновой проволокой. Тепло спиртовой лампы подводится к точке соединения, +.

Четвертый опыт.

Четвертый источник электричества, а именно магнетизм, требует несколько более сложного устройства; необходимо предусмотреть весьма чувствительную гальванометрическую стрелку, к которой присоединены концы длинной спиральной катушки из медной проволоки, покрытой хлопком или шелком. Каждый раз, когда полосовой магнит вводится внутрь катушки так, что проводящая проволока пересекает магнитные кривые, происходит отклонение гальванометрической стрелки; тот же эффект наблюдается при извлечении магнита, при этом стрелка отклоняется в противоположную сторону.

Магнитную искру можно получить, используя магнит достаточной силы; устройство для этой цели очень простое. Предусмотрен цилиндр из мягкого железа, вокруг центра которого намотано несколько футов изолированной тонкой медной проволоки; один конец ее заканчивается медным диском, хорошо амальгамированным, а другой конец, после надлежащей очистки и покрытия ртутью, приводится в соприкосновение с диском. Как только этот цилиндр кладется поперек полюсов магнита и так же быстро убирается, острие и диск, благодаря упругости первого, на мгновение разделяются, контакт между острием и диском прерывается, и становится видна яркая, но крошечная искра.

Fig. 163. Fig. 163.

a b. Подковообразный магнит. c. Цилиндр из мягкого железа. d. Катушка из медной проволоки и прерыватель контакта.

Пятый опыт.

Пятый способ получения электричества потребовал бы помощи электрического угря, прекрасный экземпляр которого (длиной сорок дюймов) демонстрировался в Аделаидской галерее несколько лет назад. С этим животным проводились различные опыты, и автору выпало удовольствие наблюдать все обычные явления электричества трения, проиллюстрированные доктором Фарадеем с помощью животного электричества, полученного от этого любопытного существа. Однако недавние опыты доказали, что электрический ток индуцируется посредством нервной системы. Этот важный факт был сообщен М. Дюбуа-Реймоном, чей опыт описывается следующим образом: деревянный цилиндр прочно закрепляется у края стола; два сосуда, наполненные соленой водой, ставятся на стол в таком положении, чтобы человек, обхвативший цилиндр, мог одновременно погрузить указательный палец каждой руки в воду. Каждый сосуд содержит металлическую пластину и сообщается двумя проволоками с чрезвычайно чувствительным гальванометром. В приборе, использованном М. Дюбуа-Реймоном, проволока имеет длину около 3¼ миль. При такой установке прибора экспериментатор крепко обхватывает деревянный цилиндр обеими руками, одновременно погружая указательный палец каждой руки в соленую воду. Стрелка гальванометра остается неподвижной; электрические токи, проходящие по нервам каждой руки, имеют одинаковую силу и нейтрализуют друг друга. Теперь, если экспериментатор с силой сожмет деревянный цилиндр правой рукой, оставив левую руку расслабленной и свободной, стрелка немедленно переместится с запада на юг и опишет угол в 30°, 40° и даже 50°; при ослаблении захвата стрелка вернется в исходное положение. Опыт можно повторить в обратном порядке, задействовав левую руку и оставив правую свободной: в этом случае стрелка отклонится с запада на север. Изменение направления движения стрелки доказывает влияние нервной силы. Можно добавить, что условиями, необходимыми для успеха опыта, являются: 1-е, большая мышечная и нервная энергия; 2-е, сокращение только одной руки за раз; 3-е, сухость и чистота кожи; и 4-е, отсутствие каких-либо ран на погруженной части.

Шестой опыт.

При проведении простейших электрических опытов вскоре становится очевидным, что некоторые вещества, такие как стекло, сургуч и т. д., сохраняют состояние электрического возбуждения, в то время как другие тела, и особенно металлы, кажутся совершенно неспособными к электрическому возбуждению: отсюда классификация тел на проводники и непроводники электричества. Это разделение не совсем корректно, поскольку ни одно вещество нельзя считать абсолютно проводником или наоборот. Лучше рассматривать эти термины как означающие две крайности длинной цепи промежуточных звеньев, которые переходят одно в другое посредством незаметных градаций. При изготовлении электрических приборов, конечно, широко используется стекло, и это вещество вместе с латунью и деревом составляет обычные материалы. Одним из наиболее поучительных приборов является электроскоп, который можно изготовить из газовой банки, пробки, куска стеклянной трубки, латунной проволоки и шарика или плоского латунного диска, а также некоторого количества потали или, что еще лучше, сусального золота. Последнее сначала нарезается на полоски: для этого лист удерживают между листом хорошо лощеной бумаги и прорезают бумагу вместе с медным или золотым листом, иначе разрезать металл из-за его чрезмерной тонкости было бы невозможно, за исключением использования позолотного ножа и подушечки. Затем пробка подгоняется к газовой банке и в ней проделывается отверстие для вставки стеклянной трубки, которая должна быть совершенно сухой; лучше всего покрыть ее как изнутри, так и снаружи лаком из шеллака, описанным на странице 175. Вокруг латунной проволоки наматывается немного сухого шелка, чтобы она оставалась неподвижной и вертикальной в стеклянной трубке; конец снаружи банки имеет шарик или, что еще лучше, прикрепленный плоский латунный диск, а другой конец расщеплен, чтобы действовать как пинцет для удержания куска картона, к которому прикреплены золотые листочки. Извлекая пробку, трубку и латунную проволоку целиком из горлышка газовой банки, а затем в совершенно спокойной атмосфере осторожно прикладывая картон, слегка смоченный гуммиарабиком на конце, к двум нарезанным золотым листочкам, их можно приклеить, и вся конструкция снова помещается внутрь сухой газовой банки, образуя важный прибор, называемый электроскопом. (Рис. 164.) С помощью этого устройства выполняется ряд весьма поучительных опытов.

Fig. 164. Fig. 164.

a. Латунная проволока с плоским диском снаружи и пинцетом, удерживающим золотой листочек b внутри банки. c c. Стеклянная трубка.

Седьмой опыт.

Во-первых, различие между проводниками и непроводниками прекрасно демонстрируется путем трения куска сургуча о кусок шерстяной ткани или фланели; при поднесении сургуча к латунному диску электроскопа золотые листочки больше не висят спокойно рядом друг с другом, а расходятся и отталкиваются, подчиняясь закону, «что одноименно электризованные тела отталкивают друг друга». Если коснуться латунного колпачка, пока листочки находятся в этом электрическом состоянии, они снова возвращаются в исходное положение, показывая, что сургуч после возбуждения сохраняет свое электрическое состояние, как и золотые листочки, поскольку они поддерживаются на стекле или, как говорят, изолированы, т. е. отрезаны от проводящей связи с окружающими предметами. Однако, когда сургуч проводят через влажную руку или касаются латунного диска электроскопа, электричество уходит в землю, поскольку человеческое тело является проводником электричества.

Восьмой опыт.

Когда латунную проволоку натирают и подносят к электроскопу, листочки не двигаются, вследствие того что электричество уходит в землю через тело так же быстро, как оно генерируется: это подобно наливанию воды в дырявый резервуар; но если латунная проволока привязана к длинной палочке из сургуча, и последняя удерживается в руке, пока проволоку натирают куском фланели, то золотые листочки электроскопа приходят в движение из-за изоляции металла, так как любое вещество, которое можно натереть (даже жидкости, такие как вода), производит электричество.

Девятый опыт.

Изолирующий табурет — это просто кусок прочной квадратной доски, поддерживаемый стеклянными ножками, которые должны быть хорошо покрыты лаком. Если помощник встает на этот табурет и касается диска электроскопа, движения листочков не происходит до тех пор, пока его пиджак не будет энергично ударен куском сухого шелка или кожи, после чего происходит обычное отталкивание.

Fig. 165. Fig. 165.

Помощник стоит на изолирующем табурете и касается диска электроскопа, в то время как его ударяют сухим носовым платком.

Десятый опыт.

Если поместить немного порошкообразного мела внутрь мехов, а затем с силой выбросить его на диск электроскопа, трение частиц мела о внутреннюю поверхность сопла мехов и о диск прибора вскоре высвободит достаточно электричества, чтобы золотые листочки разошлись и оттолкнули друг друга.

Одиннадцатый опыт.

В то время как листочки электроскопа отталкиваются друг от друга при поднесении натертого сургуча, их можно снова заставить сблизиться, поднеся сухую стеклянную трубку, предварительно натертую шелковым платком; потому что электричество, полученное от сургуча, отличается от электричества, полученного от стекла: первое называется смоляным или отрицательным электричеством, второе — положительным или стеклянным электричеством. Каждое из них по отдельности отталкивает свои собственные частицы, но притягивает частицы другого. Никакое электрическое возбуждение не может произойти без разделения этих двух любопытных состояний электричества, а электрический покой наступает, когда два электричества соединяются вместе; отсюда падение золотых листочков, оттолкнутых натертым сургучом, когда возбужденное стекло подносят к диску электроскопа. Этот опыт можно провести в обратном порядке, сначала оттолкнув листочки возбужденным стеклом, а затем поднеся натертый сургуч, при этом происходит тот же эффект.

Двенадцатый опыт.

Чтобы показать важную элементарную истину, что во всех случаях электрического возбуждения генерируются два вида электричества, возьмите сухой рулон фланели и, держа его как можно легче, потрите о кусок воска. Если поднести фланель к электроскопу, листочки оттолкнут друг друга, и они немедленно упадут, когда теперь приблизят воск, потому что фланель находится в положительном или стеклянном состоянии электричества, в то время как сургуч находится в отрицательном или смоляном состоянии.

Тринадцатый опыт.

Любой вид трения генерирует электричество. Немного серы в кусках, помещенной в сухую ступку и растертой в порошок, а затем брошенной на электроскоп, быстро вызывает отталкивание листочков.

Четырнадцатый опыт.

Лист сухой оберточной бумаги, положенный на плоскую поверхность и энергично натертый куском индийской резины (каучука), производит столько электричества, что при поднятии его со стола в темной комнате становятся видны искры и вспышки света; он очень сильно воздействует на листочки электроскопа, настолько, что нужно соблюдать осторожность при поднесении его к диску, иначе сила отталкивания может привести к поломке золотых листочков, и тогда будет потрачено много времени, прежде чем их можно будет прикрепить снова.

Пятнадцатый опыт.

Сухой парик или пучок конского волоса при расчесывании становится электрическим и также воздействует на листочки электроскопа.

Шестнадцатый опыт.

Две сухие шелковые ленты, одна белая, а другая черная, быстро пропущенные вместе через пальцы, при разведении в стороны демонстрируют искры и вспышки света, а также заставляют золотые листочки отталкивать друг друга.

Семнадцатый опыт.

Много поучительного развлечения доставляет проверка золотых листочков, когда они отделены друг от друга во время любого из предыдущих опытов, с помощью возбужденного куска сургуча. Если полученное электричество отрицательное, они отталкиваются друг от друга сильнее при приближении возбужденного сургуча; если положительное — они опускаются, когда возбужденный сургуч подносят к ним близко.

Восемнадцатый опыт.

Когда свежемолотый сухой кофе попадает на диск электроскопа, высыпаясь из мельницы, проявляется мощное электрическое возбуждение, и это иногда настолько заметно, что частицы прилипают к нижней части мельницы или к стенкам чашки или миски, подставленной для их сбора.

Девятнадцатый опыт.

После игры на скрипке поднесите смычок (хорошо натертый канифолью) к электроскопу, и станет заметно обычное расхождение листочков.

Двадцатый опыт.

Отрежьте несколько щепок от куска дерева ножом, прикрепленным к стеклянной ручке, и по мере того, как они будут падать на электроскоп, листочки будут отталкиваться.

Двадцать первый опыт.

Нагрейте кусок бомбазина у огня, а затем вытяните несколько нитей (которые бывают двух видов, а именно шелковые и шерстяные) и поместите их на электроскоп, после чего немедленно произойдет расхождение листочков.

Двадцать второй опыт.

Наденьте на одну и ту же ногу шерстяной чулок, а поверх него шелковый; если теперь быстро потереть последний рукой у огня, а затем внезапно снять, стороны оттолкнут друг друга, и шелковый чулок сохранит почти ту же форму, как если бы нога все еще оставалась в нем, и, конечно, опадет, как только электричество уйдет.

Двадцать третий опыт.

Электрические машины состоят лишь в лучшем расположении больших кусков стекла и более удобном механическом приспособлении для их натирания и бывают двух видов, а именно цилиндрические и дисковые машины; обычно дают указания по изготовлению электрической машины из обычной бутылки, и, несомненно, такие грубые инструменты делались, но поскольку компания Messrs. Elliott Brothers (30, Strand) сейчас поставляет отличные небольшие машины по очень низкой цене, вряд ли стоит нести даже небольшие расходы на инструмент, который в лучшем случае будет очень несовершенным и часто будет выходить из строя. (Рис. 166.)

Fig. 166. Fig. 166.

Цилиндрическая электрическая машина.

Дисковые машины несколько дороже цилиндрических, но в то же время быстрее подготавливаются к опытам, и г-н Хердер из Плимута утверждает, что секрет получения наибольшего количества электричества от цилиндрической машины заключается в том, чтобы содержать внутреннюю часть стекла в абсолютной чистоте, сухости и без пыли. Иногда стекло, из которого сделаны электрические машины, совершенно непригодно для электрических целей вследствие разложения поверхности из-за несовершенного изготовления и высвобождения щелочи. (Рис. 167, 168.)

Fig. 167. Fig. 167. | Fig. 168. Fig. 168.
The ordinary plate electrical machine. | Woodward's double plate electrical machine, giving a much larger quantity of electricity than Fig. 167.

Двадцать четвертый опыт.

Цилиндрические и дисковые машины снабжены соответствующими подушечками, и перед использованием инструмента их обычно снимают, и после тщательной очистки стекла сухим шелковым платком перед огнем подушечки соскабливают бумажным ножом, чтобы удалить старую амальгаму, и наносят свежую, сначала слегка расплавив конец сальной свечи, и после проведения этим по подушечке на нее насыпают мелко измельченную амальгаму. Электрическая амальгама готовится путем сплавления одной части цинка с одной частью олова, а затем перемешивания жидкой массы с двумя частями горячей ртути, помещенной в деревянную коробку; когда она остынет, ее следует тщательно измельчить и хранить для использования в хорошо закупоренной бутылке. Когда амальгама нанесена, подушечки снова привинчиваются на свои места, и машина при вращении (если атмосфера достаточно сухая) будет испускать обилие ярких искр.

Двадцать пятый опыт.

Притяжение и отталкивание демонстрируются в большем масштабе с помощью электрических машин путем установки удочки (последнее колено которой сделано из стекла) в вертикальное положение и прикрепления к концу длинной бумажной кисточки, от которой тонкая проволока идет к главному кондуктору электрической машины; при вращении инструмента полоски бумаги все расходятся и отталкивают друг друга. (Рис. 169.)

Fig. 169. Fig. 169.

a a. Стеклянное колено удочки, из которого выступает последнее колено, несущее бумажную кисточку b. c. Электрическая машина.

Двадцать шестой опыт.

Подвесьте на цепи к главному кондуктору круглую латунную пластину, а под ней поместите другую, поддерживаемую латунной регулируемой подставкой. Если на нижнюю пластину поместить фигурки мужчин и женщин из сердцевины бузины, они поднимаются, как только машина начинает вращаться, хотя иногда, из-за неравномерности регулировки центра тяжести, они упрямо танцуют на головах вместо обычного положения; из полудюжины фигурок одна, возможно, будет танцевать хорошо, попеременно прыгая к верхней пластине и падая на нижнюю, чтобы разрядить избыток электричества; и, действительно, опыт будет лучше удаваться с одной или двумя фигурками на пластине вместо множества, так как они цепляются друг за друга и препятствуют движениям друг друга. (Рис. 170.)

Fig. 170. Fig. 170.

a. Главный кондуктор. b. Верхняя латунная пластина. c. Нижняя пластина. Фигурки видны между b и c.

Двадцать седьмой опыт.

Помощник с париком из хорошо расчесанных волос выглядит весьма нелепо, когда стоит на изолирующем табурете и соединен проволокой с главным кондуктором электрической машины: каждый волос, если он не свалялся, встает дыбом самым абсурдным образом, когда машина приводится в движение.

Двадцать восьмой опыт.

Стоя на табурете, можно получать искры от его тела, и если обмотать латунный шарик паклей, смочить ее небольшим количеством эфира и поднести к кончику его пальца, проскакивает искра, которая быстро воспламеняет легковоспламеняющуюся жидкость.

Двадцать девятый опыт.

Если маленькие диски из станиоля (оловянной фольги), вырезанные соответствующим штампом, наклеить непрерывными линиями на листовое стекло или по спирали вокруг стеклянных трубок, получается очень красивый эффект, когда они принимают искры от электрической машины, и прохождение электричества от одного диска к другому создает яркую спиральную или иную линию света. Когда трубка установлена в надлежащем приборе так, чтобы вращаться, пока искры проходят вниз по спиральной трубке, эффект непрерывных электрических искр значительно усиливается. (Рис. 171.)

Fig. 171. Fig. 171.

a a a. Кольцо из латунной проволоки, поддерживаемое на стеклянной колонне, внутри которой вращается спиральная трубка b, создавая красивые и постоянно меняющиеся круги света при соединении с кондуктором c электрической машины.

Тридцатый опыт.

Изготавливается большое разнообразие опытов, зависящих от правильного расположения дисков из станиоля на различных трубках из цветного стекла, а некоторые — в форме ветряных мельниц, лопасти которых становятся светящимися от прохождения электричества. Имена прославленных электриков, красивые полумесяцы, звезды и даже профильные портреты были созданы непрерывными потоками электрических искр.

Тридцать первый опыт.

Когда наэлектризованное тело подносят к другому, которое не является электрическим, последнее переходит в противоположное состояние электричества до тех пор, пока возбужденное тело остается поблизости; и это состояние электрического возмущения, возникающее без какого-либо контакта или подвода электричества, называется индукцией и включает в себя огромное количество интересных фактов, которые подробно обсуждаются в превосходном труде доктора Ноада по электричеству, но здесь могут быть лишь кратко упомянуты.

Если несколько отрезков латунной проволоки, снабженных шариками на концах, поддерживаются на стеклянных ножках и расположены в линию, с маленьким шариком из сердцевины бузины, прикрепленным к нити, свисающей с каждого конца отрезка латунной проволоки, эффект индукции демонстрируется очень красиво; и когда возбужденный стеклянный стержень подносят к одному концу ряда, поднятие шариков из бузины друг к другу выдает изменение, которое произошло в электрическом состоянии латунных проволок от простого соседства возбужденной стеклянной трубки. Стеклянная трубка наэлектризована положительно и притягивает отрицательное электричество из латунной проволоки к концу, ближайшему к ней; другой конец латунной проволоки оказывается в положительном состоянии, и это, воздействуя на следующий, и так далее по всей длине, завершает электрическое возмущение во всей серии. (Рис. 172.)

Fig. 172. Fig. 172.

Отрезки латунной проволоки, поддерживаемые на колоннах из стеклянных стержней, с углублениями, сделанными паяльной трубкой, чтобы удерживать латунные проволоки с шариками из бузины, свисающими с каждой серии; буквы p и n означают «положительный» и «отрицательный», а знаки для этих терминов помещены сверху. Буквы p и n нарисованы на блоках, которые поддерживают стеклянные стержни.

Тридцать второй опыт.

Если изолированного латунного стержня (такого, как был описан в последнем опыте) коснуться пальцем во время индукции, он остается постоянно наэлектризованным после удаления возмущающего наэлектризованного тела; именно на этом принципе сконструирована полезная электрическая машина, называемая электрофором. Эта постоянная электрическая машина — ибо она будет оставаться в действии неделями и месяцами, если ее содержать в достаточной сухости — была изобретена Вольтой в 1774 году и доведена до большого совершенства г-ном Льюисом М. Стюартом из школы Сити оф Лондон; так что с небольшим дополнительным оборудованием можно продемонстрировать все фундаментальные принципы электричества. Она состоит из плоского латунного или оловянного круглого блюда около двух футов в диаметре и полдюйма глубиной, которое заполнено составом из равных частей черной канифоли, шеллака и венецианского терпентина; канифоль и венецианский терпентин сначала расплавляются вместе, а затем добавляется шеллак, при этом, конечно, нужно следить, чтобы материалы не выкипели и не загорелись, в каковом случае котел необходимо снять с огня и накрыть куском мокрой байки или другого шерстяного материала. Также предусмотрена другая оловянная или латунная круглая пластина диаметром двенадцать дюймов, поддерживаемая в центре лакированной стеклянной ручкой длиной девять дюймов; смоляная пластина сначала возбуждается несколькими сильными ударами теплым рулоном фланели, затем пластина, удерживаемая за стеклянную ручку, кладется на центр смоляной, и если ее убрать сразу после этого, она не дает электрической искры; но если, стоя на возбужденной смоляной пластине, ее коснуться, а затем убрать за стеклянную ручку, получается мощная электрическая искра; и это можно повторять снова и снова с теми же результатами, при условии, что пластину со стеклянной ручкой коснуться пальцем непосредственно перед тем, как поднять ее со смоляной пластины. (Рис. 173.) Электричество, возбужденное на смоляной пластине, не теряется и путем индукции создает противоположное состояние в пластине со стеклянной ручкой. Смоляная пластина, будучи возбужденной отрицательным электричеством, нарушает электрический покой верхней пластины, и положительное электричество обнаруживается на поверхности, касающейся смоляной пластины, а отрицательное электричество — на верхней, так что когда ее убирают, не касаясь, два электричества снова соединяются, и искры не получается; но если, как уже описано, верхней пластины коснуться во время индукции, тогда положительное электричество, по-видимому, переходит с пальца к отрицательному электричеству на верхней стороне пластины, когда они временно нейтрализуют друг друга, а затем, когда пластину убирают, становится заметен избыток электричества, полученный из земли через палец. Индукция не требует заметной толщины проводников и может быть так же хорошо произведена на золотом листочке, как и на толстой металлической пластине; следует помнить, что непроводники не сохраняют свое состояние электрического возбуждения, когда возмущающая причина удалена, тогда как проводники обладают этим свойством, и этот факт подводит нас к рассмотрению лейденской банки.

Fig. 173. Fig. 173.

a a. Большой круглый оловянный или латунный диск с загнутым краем глубиной полдюйма, содержащий смоляную смесь b, которую натирают теплой фланелью. c c. Верхняя пластина, поддерживаемая стеклянной ручкой d; шарик из бузины, прикрепленный к проволоке, показывает электрическое возбуждение, и предполагается, что искра переходит на руку e.

Тридцать третий опыт.

Если одну сторону сухой стеклянной пластины поднести к латунному шарику, исходящему от главного кондуктора электрической машины во время ее работы, и коснуться его, то вскоре обнаруживается, что другая сторона наэлектризована; это происходит не из-за проводимости электричества через частицы стекла, а производится индукцией, причем сторона, ближайшая к шарику, находится в положительном состоянии, а другая сторона — в отрицательном: поскольку стекло является непроводником электричества, эффект значительно усиливается путем покрытия каждой стороны станиолем, оставляя кайму около двух дюймов непокрытого стекла вокруг покрытой части; тогда, если одну сторону такой пластины поднести к главному кондуктору электрической машины, а другую соединить с землей, накапливается мощный заряд; и если противоположные стороны привести в соприкосновение с изогнутой латунной проволокой, слышится громкий щелкающий звук, и два электричества, находящиеся на обеих сторонах стекла, соединяются с производством яркой искры, или, если вместо изогнутой латунной проволоки подставить руки, получается тот самый неприятный результат, а именно электрический удар; отсюда эти стеклянные пластины иногда оформляются как картины, и когда их заряжают и передают ничего не подозревающему получателю, он или она получает электрический разряд к большому дискомфорту своей нервной системы.

Слюда иногда заменяет стекло, и покойный г-н Кросс, знаменитый электрик, сконструировал мощную комбинацию покрытых пластин из этого минерала. Она состояла из семнадцати пластин тонкой слюды, каждая размером пять на четыре дюйма, покрытых с обеих сторон станиолем в пределах полудюйма от края. Они были расположены в ящике со стеклянной пластиной между каждой слюдяной пластиной; все верхние стороны были соединены полосками станиоля с одной стороной ящика, а все нижние поверхности таким же образом — с противоположным концом ящика. Они заряжались как обычная лейденская батарея.

Тридцать четвертый опыт.

Если стеклянная пластина, покрытая станиолем, заряжена, а затем установлена вертикально на подставке, ее можно медленно разрядить, поместив изогнутую проволоку на край, концы которой покрыты шариками из бузины. Проволока балансирует сама по себе и продолжает колебаться с шумом, пока электричества двух поверхностей не нейтрализуют друг друга. (Рис. 174.)

Fig. 174. Fig. 174.

a a. Стеклянная пластина или подставка, покрытая станиолем с каждой стороны, b. c. Проволока с шариками из бузины, колеблющаяся во время разряда стеклянной пластины.

Тридцать пятый опыт.

Легко представить стеклянную пластину из последнего опыта, свернутую в более удобную форму лейденской банки, которая состоит из стеклянного сосуда, выложенного как изнутри, так и снаружи станиолем, оставляя около двух или трех дюймов стекла вокруг горлышка непокрытыми и покрытыми лаком из шеллака; в горлышко банки вставляется кусок сухого дерева, через который пропущены латунная проволока и цепь, а внешний конец снабжен шариком. Лейденская банка заряжается путем поднесения шарика к главному кондуктору электрической машины до тех пор, пока не будет слышен своего рода свистящий звук, вызванный избытком электричества, проходящим вокруг непокрытой части банки, а не через нее, так как малейшая трещина в стекле лейденской банки сделала бы ее бесполезной. Электричество иногда называют жидкостью, и факт сбора его, подобно воде в банке, помогает нам понять эту аналогию. Шум, яркая искра или удар получаются путем захвата внешней стороны одной рукой и касания шарика латунной проволокой, удерживаемой в другой. (Рис. 175.)

Fig. 175. Fig. 175.

Лейденская банка и латунный разрядник.

Тридцать шестой опыт.

Банка разряжается бесшумно, если шарики снять с разрядника и использовать вместо них острия; так же и все электричество, произведенное электрической машиной в полном действии, может быть легко отведено заостренным проводником, таким как игла, помещенным на конце латунной проволоки. Электричество проходит гораздо быстрее через острия, чем через закругленные поверхности, отсюда причина, почему все части электрических приборов свободны от острых концов и грубых шероховатостей.

Тридцать седьмой опыт.

Чрезвычайно тонкие проволоки могут быть сожжены путем пропускания через них заряда большой лейденской банки. Показные банки, называемые аптечными банками, обычно украшенные и помещаемые в витрины аптек, составляют отличные лейденские банки, когда они не слишком толстые; и с двумя самыми большими можно продемонстрировать все интересные эффекты, производимые накопленным электричеством. Чтобы пропустить разряд через проволоки, не требуется ничего, кроме как натянуть их поперек сухой доски из красного дерева, между двумя латунными проволоками и шариками, и если под них положить лист белой бумаги, получаются самые любопытные отметины от мелких частиц дефлагрированного (сгоревшего) металла, вбитых в поверхность бумаги. Устройство из двух или более лейденских банок обычно называется лейденской батареей, точно так же, как об одной пушке говорят как об орудии, тогда как две или более составляют батарею. (Рис. 176.)

Fig. 176. Fig. 176.

a. Доска из красного дерева с листом белой бумаги и тремя парами латунных проволок и шариков, закрепленных в проволоке, по три с каждой стороны. Тонкие проволоки натянуты между шариками, и нижняя находится в процессе дефлаграции. b b. Заряженная большая лейденская батарея из двух банок; стрелки указывают путь электричества.

Тридцать восьмой опыт.

Маленькие модели домов, мачт кораблей, деревьев и башен продаются производителями инструментов, и путем размещения длинной сбалансированной проволоки на вершине заостренной проволоки большой лейденской банки, один конец которой снабжен шерстью для изображения облака, создается превосходная имитация эффектов заряженного грозового облака. Механический эффект удара молнии был проанализирован, и было заявлено, в одном случае, что мощность, развитая на пятидесяти футах, была равна двигателю мощностью 12 220 лошадиных сил, или примерно мощности двигателей «Грейт Истерн», и что взрывная сила была равна давлению в триста миллионов тонн. (Рис. 177.)

Fig. 177. Fig. 177.

A. Заряженная лейденская банка со сбалансированной проволокой и шерстью в B, изображающей грозовое облако. C. Обелиск, опрокинутый разрядом. D. Другая модель фронтона дома; квадратные куски дерева вылетают, когда нарушается непрерывность проводника.

Именно ученый, но скромный доктор Франклин установил тождество между имитационными эффектами электрических машин (такими, как были описаны) и внушающими трепет громом и молнией природы. Медный стержень толщиной в полдюйма, заостренный и позолоченный на конце и выведенный в самую высокую точку здания, защитит круг с радиусом, равным удвоенной его длине. Нижняя часть стержня должна быть пропущена в землю до тех пор, пока не коснется влажного слоя.

Fig. 178. Fig. 178.

Гроза.

ГЛАВА XIV.

ВОЛЬТОВСКОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСТВО.

При описании различных средств, с помощью которых можно получить электричество, было сказано, что «химическое действие» является важнейшим источником этого замечательного агента; в то же время необходимо понимать, что не всякий вид химического действия пригоден для этой цели; существуют определенные принципы, которых следует строго придерживаться — во-первых, при генерации силы; и во-вторых, при передаче ее по проводам так, чтобы она была применима либо для телеграфных целей, либо для высокоценных процессов гальванопластики, электросеребрения, плакирования и золочения.

Горящая свеча или интенсивное горение угля, кокса или древесного угля, несомненно, предполагает производство электричества, но в настоящее время не существует известных средств, с помощью которых его можно было бы собрать и провести; когда эта проблема будет решена, будет сконструирована самая дешевая вольтова батарея, в которой разлагаемым элементом является древесный уголь, а не металл, такой как железо или цинк. Первый и самый простой опыт, который можно привести в доказательство электрического возбуждения химическим путем, — это взять кусочек чистого цинка и чистую полукроновую монету и, поместив одну на язык, а другую под него, пока они остаются разделенными, никакого эффекта не наблюдается, но как только их заставляют коснуться друг друга, находясь в этом положении, нервы языка ощущают особое покалывание, которое в данном случае служит той же цели, что и описанный ранее электроскоп, и через короткое время становится ощутимым специфический металлический вкус.

Многократно заявлялось, что именно подобному обстоятельству мы обязаны открытием вольтовского электричества, и история о содранных лягушках, возбуждаемых и конвульсирующих от случайного сообщения с двумя разными металлами, или, как говорят некоторые, с электричеством от обычной машины, повторялась почти в каждом труде по науке. Профессор Силлиман, однако, утверждает, что гальваническая история сомнительна и является вымыслом Алибера, итальянского писателя без репутации, и что Гальвани заслуживает большей заслуги, чем просто случайного первооткрывателя этого вида электричества, поскольку он занимался в течение одиннадцати лет электрофизиологическими опытами, используя лягушачьи лапки в качестве электроскопов. Именно во время экспериментов по животной раздражимости Гальвани заметил важный факт, что когда нерв мертвой лягушки, недавно убитой, касались стальной иглой, а мышцу — серебряной, никаких конвульсий конечности не происходило до тех пор, пока два разных металла не приводились в соприкосновение; он объяснил причину этих странных посмертных конвульсий, предположив, что нервы и мышцы всех животных находятся в противоположных состояниях электричества, и что эти нервные сокращения вызывались уничтожением, на время, этого состояния путем введения между ними хорошего проводника.

Эта теория Гальвани имела несколько противников, один из которых, знаменитый Вольта, преуспел в указании на ее ошибочность; он утверждал, что электрическое возбуждение обусловлено исключительно металлами, а мышечные сокращения вызваны электричеством, таким образом развиваемым, проходящим вдоль нервов и мышц мертвого животного.

Вольте мы обязаны первой вольтовой батареей, и можно поистине сказать, что выдающийся философ заложил фундамент этой ныне коммерчески ценной отрасли науки.

Первый опыт.

Если пластину чистого блестящего цинка поместить в сосуд, содержащий разбавленную серную кислоту, происходит энергичное действие от окисления металла и его соединения в виде оксида с кислотой, а также выделение множества пузырьков газообразного водорода. После того как действие продолжалось некоторое время, цинк можно вынуть, и если теперь потереть поверхность небольшим количеством ртути с помощью шерстяной тряпки, привязанной к концу палки, она соединяется с металлом, и поверхность цинка приобретает блестящий серебристый вид, и говорят, что он амальгамирован. В этом состоянии он больше не подвергается воздействию разбавленной серной кислоты, и ради экономии это единственная форма, в которой цинк следует использовать при конструировании вольтовых батарей или одиночных кругов. Если теперь поместить чистую медную пластину с прикрепленной проволокой в разбавленную кислоту напротив и не касаясь амальгамированной цинковой пластины, которая также может быть снабжена проводящей проволокой, пузырьки водорода не выделяются до тех пор, пока проволоки от двух металлов не будут приведены в соприкосновение, и тогда, странно сказать, водород выделяется из медной пластины, в то время как кислород быстро поглощается цинком, и теперь обнаружится, что электрический ток проходит от цинка через жидкость к меди и обратно через проволоку к исходной точке; если же проволоки разъединить, химическое действие прекращается, и электричество больше не производится. (Рис. 179.)

Fig. 179. Fig. 179.

Одиночный вольтов круг, состоящий из цинковой и медной пластин (отмеченных z и c) в разбавленной кислоте. Стрелки показывают направление тока.

Прохождение электрического тока не обнаруживается электроскопом, потому что он приспособлен только для индикации электричества высокого напряжения или интенсивности, такого как то, что производится электрической машиной, которое быстро проходит через определенную толщину воздуха и заставляет шарики из бузины расходиться и отталкивать друг друга; такие эффекты не воспроизводимы одиночным вольтовым кругом или даже обычной вольтовой батареей, хотя та, что включает несколько сотен чередований, произвела бы эффект на чувствительном электрометре; поэтому говорят, что вольтовское электричество имеет низкую интенсивность, и это свойство делает его гораздо более полезным для человечества, потому что оно не стремится покинуть приготовленный для него металлический путь и не использует первую возможность, подобно электричеству от электрической машины, убежать в землю через лучший и кратчайший предложенный ему проводник. Если бы электричество можно было производить только трением, мы бы никогда не услышали о гальванопластике и других полезных применениях электрической силы низкой интенсивности.

Второй опыт.

Чтобы установить прохождение тока вольтовского электричества, предусмотрен прибор, называемый гальванометрической стрелкой, который состоит из катушки медной проволоки, окружающей магнитную стрелку, так чтобы оставить последней свободу движения справа налево или наоборот. Когда эта катушка становится частью вольтова круга, она становится магнитной и, воздействуя на намагниченную стрелку, отклоняет ее в одну или другую сторону, в зависимости от направления тока. (Рис. 180.)

Fig. 180. Fig. 180.

Гальванометрическая стрелка, состоящая из катушки изолированной медной проволоки, концы которой заканчиваются зажимными винтами. Магнитная стрелка подвешена на острие в центре, а катушка окружена градуированным кругом.

Третий опыт.

Если соединить вместе несколько простых вольтовых кругов, таких как описанный в первом опыте, они образуют вольтову батарею, в которой, конечно, количество электричества значительно увеличивается. Батареи всех видов, от оригинального столба Вольты, состоящего из круглых цинковых и медных пластин, спаянных вместе с проложенной между ними тканью, смоченной разбавленной серной кислотой, или его «couronne des tasses» (короны чашек), состоящей из цинковых и серебряных проволок, спаянных парами и помещенных в стеклянные чашки, содержащие разбавленную кислоту, до улучшенных батарей Крукшенка, Уилкинсона, Бабингтона, Волластона и еще более совершенных устройств Даниэля, Маллинса, Шиллибира и Гроува, время от времени рекомендовались за свои особые характеристики.

Среди этих различных изобретений ни одно не окажется более полезным, чем постоянная батарея Даниэля для гальванопластики, серебрения, золочения и других целей, и батарея Гроува для всех более блестящих результатов, таких как дефлаграция металлов или производство электрического света. Поэтому будет описано устройство батарей Даниэля и Гроува. Первая состоит из цилиндрического сосуда, сделанного из меди, в котором подвешена или помещена (так как он открыт сверху) трубка из мембраны, оберточной бумаги, холста или пористой глины, содержащая амальгамированный стержень из цинка. Чтобы зарядить это устройство, в медный сосуд, который обычно снабжен своего рода дуршлагом сверху для удержания кристаллов сульфата меди, наливается крепкий раствор сульфата меди с некоторым количеством серной кислоты, а в пористую трубку, содержащую цинковый стержень, наливается разбавленная серная кислота. Ряд таких медных цилиндров, высотой двадцать дюймов и диаметром три с половиной дюйма, расположенных в деревянных рамах в количестве двадцати штук, дает количество электричества, достаточное для демонстрации всех обычных явлений. (Рис. 181.)

Fig. 181. Fig. 181.

a a. Медный цилиндрический сосуд с дуршлагом для удержания кристаллов сульфата меди. b. Амальгамированный цинковый стержень внутри пористой перегородки c c. d. Серия одиночных элементов, образующих батарею Даниэля.

Батарея профессора Гроува состоит из плоского глазурованного глиняного сосуда, содержащего плоскую пористую перегородку. Амальгамированная цинковая пластина помещается снаружи пористой перегородки, а платиновая пластина — внутри последней. Устройство приводится в действие путем наливания разбавленной серной кислоты вокруг цинка и крепкой азотной кислоты внутрь пористой перегородки. Комплект азотнокислотной батареи Гроува, изготовленный компанией Messrs. Elliott Brothers (30, Strand), с пятьюдесятью парами листовой платины размером пять на два с четвертью дюйма, двойными амальгамированными цинковыми пластинами, плоскими пористыми перегородками и отдельными глиняными корытами для каждой пары, а также прочной подставкой из красного дерева, расположенный в десяти сериях по пять пар, будет выделять с помощью надлежащего вольтаметра сто кубических дюймов смешанных газов в минуту при разложении воды и продемонстрирует самый блестящий электрический свет, если будет расположен как единая серия из пятидесяти пар пластин. Даже тридцать пар демонстрируют самые великолепные эффекты, в то время как сорок можно считать счастливой серединой, дающей все результаты, которые только можно пожелать. (Рис. 182.)

Преимущество использования амальгамированного цинка особенно наглядно проявляется при работе с любыми мощными гальваническими батареями Даниэля или Гроува, поскольку они могут часами оставаться в состоянии покоя, подобно спящему великану, до тех пор, пока выводные провода цепи не будут приведены в соприкосновение либо через посредство какой-либо жидкости, подвергающейся разложению, либо с помощью угольных стержней. Автору довелось наблюдать в Королевском колледже некоторые эффекты от огромной батареи, подготовленной покойным профессором Даниэлем и состоявшей из семидесяти его элементов.

Fig. 182. Fig. 182.

a a. Амальгамированная цинковая пластина в плоской глиняной ванне. К зажиму прикреплена платиновая пластина в пористой перегородке, c c. d. Серия отдельных элементов, образующих батарею Гроува.

Между двумя угольными стержнями, расположенными на расстоянии трех четвертей дюйма друг от друга, возникала непрерывная дуга пламени; свет и жар были настолько интенсивными, что лицо профессора обгорело и покраснело, как будто он подвергся воздействию летнего зноя. Лучи, собранные линзой, быстро воспламеняли бумагу, помещенную в фокус. [C]

[C] С помощью света от той же батареи были получены фотогенные рисунки, а нагревательная способность была настолько велика, что с величайшей готовностью плавила платиновый брусок сечением в одну восьмую квадратного дюйма; все более тугоплавкие металлы, такие как родий, иридий, титан и т. д., плавились как воск, если их помещали в небольшие углубления в твердом графите и подвергали воздействию электрического тока.

Четвертый эксперимент.

Именно благодаря «химическому действию» вырабатывается электричество, и поскольку действие и противодействие всегда равны, но противоположны, нас не удивляет, что электричество от вольтова столба, в свою очередь, химически разлагает многие сложные тела, одним из самых интересных примеров которых является вода. В 1800 году, сразу после сообщения Вольты сэру Джозефу Бэнксу о своем открытии столба, господа Николсон и Карлайл сконструировали в Англии первый столб, состоящий из тридцати шести полукроновых монет и такого же количества дисков из цинка и картона, пропитанных соленой водой. Эти джентльмены, экспериментируя со столбом, заметили, что пузырьки газа выделяются из платиновых проводов, погруженных в воду и соединенных с концами вольтова столба, и, накрыв провода стеклянной трубкой, наполненной водой, 2 мая 1800 года они совершили блестящее открытие того факта, что ток Вольты обладает способностью разлагать воду и другие химические соединения.

В 1801 году Дэви получил вакантную должность в Королевском институте, а 6 октября 1807 года совершил свое выдающееся открытие калия с помощью гальванической батареи и на основании этого и других экспериментов сделал вывод, что вся земная кора состоит из оксидов металлов. Чтобы продемонстрировать разложение воды, две платиновые пластины с соответствующими соединительными проводами, идущими к небольшим металлическим чашкам с ртутью, цементируются внутри стеклянного сосуда, который затем наполняется разбавленной серной кислотой. Прямо над платиновыми пластинами стоят две стеклянные трубки, также содержащие ту же жидкость, контактирующую с батареей. В одной трубке обнаруживаются две меры водорода, а в другой — одна мера кислорода. (Рис. 183.)

Fig. 183. Fig. 183.

a a. Стакан для промывания пальцев с двумя отверстиями, просверленными для прохождения проводов, которые заделаны в цемент вплоть до платиновых пластин. b b. Стеклянные трубки, закрытые с одного конца и открытые с другого, которые помещаются над платиновыми пластинами для сбора выделяющихся кислорода и водорода. Шкала сбоку показывает соответствующие объемы: две части водорода на одну часть кислорода.

Для измерения количественной мощности гальванической батареи используется важный прибор, изобретенный Фарадеем. Он состоит из отдельных платиновых пластин, закрепленных на деревянной подставке, над которыми также закреплена закрытая воздушная банка с изогнутой трубкой. Этот аппарат содержит разбавленную серную кислоту той же концентрации, что используется в исследуемой батарее, и путем засекания времени точно определяется количество смеси газов кислорода и водорода, производимое батареей в минуту, причем газы, разумеется, собираются в градуированную банку. (Рис. 184.)

Fig. 184. Fig. 184.

a. Газовая банка с крышкой и изогнутой трубкой, ведущей к градуированной трубке c; банка закреплена на той же подставке, на которой расположены соединительные чашки, провода и платиновые пластины, изогнутые вокруг друг друга для улучшения действия вольтаметра.

Пятый эксперимент.

Путем группировки простых элементов, образующих гальваническую батарею, в различных численных соотношениях изменяются эффекты количества и интенсивности.

Так, если серия из тридцати пар батареи Гроува соединена последовательно, достигается наименьший количественный и наибольший интенсивный эффект.

При переключении на две группы по пятнадцать элементов количество удваивается — то есть вольтаметр произведет двойное количество смеси газов при половинной интенсивности.

Если расположить их в три группы по десять, количество утраивается с пропорциональной потерей интенсивности, пока группировка не достигнет шести серий по пять элементов, когда от вольтаметра получается максимальный выход смеси газов.

При организации групп все цинковые концы каждой серии соединяются вместе, и все платиновые концы также соединяются соответствующими проводами.

Шестой эксперимент.

Раствор нескольких зерен йодистого калия в воде с добавлением крахмала в ванне из листового стекла быстро разлагается на элементы при помещении в него двух платиновых пластин и соединении их с проводами гальванической батареи. Если стеклянную ванну разделить посередине кусочком картона, пурпурный цвет йода и крахмала очень красиво проявится с одной стороны, но не с другой, поскольку йод выделяется на одном полюсе, а щелочь — на другом. (Рис. 185.)

Fig. 185. Fig. 185.

a a. Стеклянная ванна, содержащая соль, растворенную в воде, и временно разделенная кусочком картона, b. c c — две платиновые пластины, соединенные с батареей, а заштрихованная сторона, как предполагается, представляет выделение йода.

Седьмой эксперимент.

Раствор поваренной соли, окрашенный сульфатом индиго и помещенный в ванну, разлагается на хлор, который обесцвечивает одну сторону раствора индиго, в то время как щелочь, выделяющаяся на другой стороне, не оказывает на него никакого влияния.

Восьмой эксперимент.

Раствор нитрата калия в воде, окрашенный лакмусом и помещенный в стеклянную ванну, с одной стороны картона краснеет из-за выделения кислоты, а с другой стороны остается без изменений.

В этих экспериментах кислород, йод, хлор и азотная кислота выделяются на электроположительном полюсе и поэтому называются электроотрицательными телами, в то время как водород и щелочи высвобождаются на электроотрицательном полюсе и поэтому называются электроположительными телами. Фарадей изменил эти термины и назвал два класса «анионами» и «катионами», а два полюса — «анодами» и «катодами».

Анод, от ανα — вверх, и ὁδος — путь: путь, по которому восходит солнце. Анионы, от ανα — вверх, и ειμι — идти: то, что идет вверх; вещество, которое переходит к аноду во время прохождения электрического тока. Катод, от κατα — вниз, и ὁδος — путь: путь, по которому заходит солнце. Катион, от κατα — вниз, и ειμι — идти: то, что идет вниз; вещество, которое переходит к катоду во время прохождения электричества от анода к катоду.

Девятый эксперимент.

В процессе гальванопластики представлено ценное применение химической силы гальванического круга или батареи, и он может проводиться как с помощью одного элемента, так и с помощью отдельных батарей. В первом случае достаточно самого простого устройства; единственные необходимые предметы — большая кружка или стакан; немного оберточной бумаги и линейка; кусочек амальгамированного цинка длиной четыре дюйма и шириной полдюйма; короткий отрезок медной проволоки; немного графита, медного купороса и серной кислоты.

Форму, с которой нужно снять гальванокопию, можно изготовить из обычного сургуча, гипса, белого воска, гуттаперчи или легкоплавкого сплава. Предположим, выбран первый вариант, т. е. обычная печать; ее сначала тщательно натирают графитом, [D] затем один конец медной проволоки оборачивают вокруг верхушки амальгамированного цинка, а другой слегка нагревают и вплавляют в бок печати, оставляя небольшую часть, не покрытую воском, которую затем хорошо натирают графитом. Несколько унций медного купороса растворяют в кипящей воде, и после остывания раствор наливают в стакан, а пористую перегородку для смеси восьми частей воды к одной части серной кислоты делают, обернув оберточную бумагу три или четыре раза вокруг линейки, закрыв конец и закрепив бок небольшим количеством сургуча. Пористая перегородка из оберточной бумаги теперь наполняется разбавленной кислотой и помещается в стакан, содержащий раствор медного купороса, при этом амальгамированный цинк располагается в бумажной перегородке, а прикрепленная печать — в медном растворе; примерно через двенадцать часов образуется хороший слой меди и получается идеальный металлический слепок печати. (Рис. 186.)

[D] Применение графита (черного свинца) для целей гальванопластики было впервые предложено покойным достопочтенным мистером Робертом Мюрреем.

Fig. 186. Fig. 186.

a a. Стакан, содержащий раствор сульфата меди. b b. Перегородка из оберточной бумаги, содержащая разбавленную серную кислоту, внутри которой находится амальгамированный цинк с проволокой, прикрепленной к печати d.

Господа Эллиотт предоставляют все виды удобных сосудов для этой цели, и на рисунке ниже можно заметить, что аппарат с одним элементом, хотя и не такой экономичный, как уже описанное простое устройство со стаканом, возможно, более удобен для гальванопластики. (Рис. 187.)

Fig. 187. Fig. 187.

a. Аппарат с одним элементом, с соответствующим сосудом, пористой трубкой и зажимами. b. Большая ванна, разделенная диафрагмой из бисквитного фарфора или очень тонкого пористого дерева.

Десятый эксперимент.

Аппарат с одним элементом пригоден только для изготовления небольших гальванокопий, но когда требуются более крупные, необходима отдельная батарея из трех или четырех элементов Даниэля или Сми; обычно форму, которую нужно скопировать, помещают в отдельную деревянную ванну, прикрепляя ее к катодному проводу, в то время как медная пластина соединяется с анодом, так что по мере того, как раствор сульфата меди подвергается разложению при прохождении электричества, он поддерживается почти в нормальном состоянии вследствие того, что кислород воды и кислота переходят к медной пластине, которую они атакуют и растворяют так же быстро, как оксид меди и водород высвобождаются на катоде, где последний восстанавливает оксид меди и в результате вторичного действия осаждает металлическую медь; цель состоит в том, чтобы растворять свежий металл по мере осаждения меди на форму. (Рис. 188.)

Fig. 188. Fig. 188.

a. Один элемент Даниэля, присоединенный к b, ванне, содержащей форму и медную пластину. Ниже находится батарея Сми, готовая к присоединению к большей ванне для целей гальванопластики большого количества форм одновременно.

Одиннадцатый эксперимент.

Для серебрения гальванокопий или других латунных и медных изделий первое внимание должно быть уделено их чистоте; когда гальванокопия только что извлечена из медного раствора и промыта в чистой воде, она сразу готова к получению серебряного покрытия; в противном случае, если ее трогали руками или она слегка зажирена, ее следует сначала прокипятить в растворе обычной стиральной соды, а затем удалить оксид, быстро погружая ее в «травильную кислоту», которая готовится путем смешивания равных частей серной и азотной кислот; после извлечения из «травильной кислоты» ее необходимо хорошо промыть в воде и можно оставить под поверхностью воды до тех пор, пока не будет готов серебрящий раствор. Серебряный раствор можно приготовить, растворив шестипенсовик в азотной кислоте, содержащейся в колбе; затем его выливают в раствор поваренной соли, который осаждает хлорид серебра и оставляет медь в растворе — последний сливают, когда хлорид осядет, и после тщательной промывки в кипящей воде растворяют в растворе цианистого калия. Если чистую гальванокопию погрузить в этот раствор, она немедленно покрывается очень тонким слоем серебра, который, конечно, скоро сотрется, и для увеличения толщины серебряного осадка можно сконструировать устройство с одним элементом из большого горшка, содержащего широкую пористую перегородку и круг амальгамированного цинка вокруг нее; устройство приводится в действие путем заливки раствора соли (или, что еще лучше, нашатыря) внутрь и вокруг пористого сосуда, а серебрящего раствора — в последний; соединительный провод идет от цинка, и изделие, прикрепленное к нему, теперь погружается в пористую перегородку, после чего электрический ток медленно проходит и осаждает серебро на медное изделие. (Рис. 189.)

Fig. 189. Fig. 189.

Горшок, содержащий раствор нашатыря с круговым амальгамированным цинком с проволокой и зажимом, к которому прикреплена медаль, находящийся в пористом сосуде, содержащем серебрящий раствор и медаль.

Двенадцатый эксперимент.

Отдельные батареи и большие ванны, содержащие раствор цианида серебра в цианиде калия, используются в широких масштабах на гальванопластическом предприятии господ Элкингтон в Бирмингеме, где можно получить лучшие образцы этого искусства; серебряная пластина прикрепляется к аноду для восполнения потери серебра в этих ваннах.

Тринадцатый эксперимент.

Искусство золочения с помощью электричества так же просто, как и уже описанные процессы, хотя требуется большая осторожность, чтобы избежать потери драгоценного металла. Небольшой кусочек золота растворяют в смеси трех частей соляной кислоты и одной части азотной кислоты, что образует хлорид золота. Затем его переваривают с избытком прокаленной магнезии, и золото осаждается в виде оксида металла; последний собирают и промывают, а затем кипятят в крепкой азотной кислоте, чтобы удалить прилипшую к нему магнезию, и, снова тщательно промыв водой, растворяют в растворе цианистого калия, образуя раствор цианида золота и калия, который можно поместить в пористую перегородку устройства с одним элементом, уже описанного в одиннадцатом эксперименте.

Четырнадцатый эксперимент.

Самый безопасный и верный способ приготовления раствора для золочения — растворить немного цианистого калия в воде в горшке и, поместив туда пористый сосуд, содержащий тот же раствор, положить медную пластину в пористую перегородку, а немного тонкой фольги из чистого золота — в горшок; соединить золото с анодом одного элемента Даниэля, а медь в пористой перегородке — с катодом, и через несколько часов растворится достаточно золота для целей золочения.

Обычно рекомендуется подогревать раствор для золочения до температуры около 150° по Фаренгейту, а при электрозолочении используется очень умеренная мощность батареи. Действительно, то же устройство, показанное в одиннадцатом эксперименте (рис. 189), также подойдет для раствора для золочения. После золочения изделия можно натереть небольшим количеством триполи или отполировать (со вкусом) ручкой ключа.

Пятнадцатый эксперимент.

Переходя к более блестящим результатам, получаемым от мощной гальванической батареи (по крайней мере из тридцати пар Гроува), можно прежде всего отметить красивое каление платиновой проволоки. Если проволока из этого металла натянута между латунными стойками двух кольцевых штативов, длина должна быть соразмерна мощности батареи; регулировку можно произвести очень удобно, накрутив платиновую проволоку на один кольцевой штатив, а затем, оставив другой конец свободным, второй кольцевой штатив можно приближать все ближе и ближе к первому, пока не будет получена желаемая интенсивность света от раскаленной проволоки. (Рис. 190.) Если проволока находится в стеклянной трубке, охлаждающее действие потоков воздуха предотвращается, и можно нагреть гораздо большую длину проволоки.

Fig. 190. Fig. 190.

a a. Два кольцевых штатива с прикрепленными проводами батареи b b (которые должны быть удобной длины). c. Платиновая проволока, закрепленный конец. d. Другой конец, удерживаемый одной рукой и укорачиваемый по мере перемещения штатива другой рукой.

Шестнадцатый эксперимент.

При том же устройстве цепь, состоящая из чередующихся звеньев серебряной и платиновой проволоки, представляет очень красивый эффект: каждое второе звено из платины раскаляется, в то время как серебро, благодаря своей превосходной проводимости, остается сравнительно холодным.

Семнадцатый эксперимент.

Фейерверки или порох, помещенные в соответствующие футляры, поджигаются на большом расстоянии от гальванической батареи путем нагревания тонкой железной или платиновой проволоки, содержащейся внутри них, при прохождении электричества; подводные и другие взрывы пороха с помощью того же средства стали обычной инженерной операцией. (Рис. 191.)

Fig. 191. Fig. 191.

a. Фейерверк типа «Gerb» с двумя проколотыми отверстиями, через которые проходит кусочек железной проволоки, намотанный на провода батареи, привязанные к внешней стороне корпуса. c. Кишечный пузырь, содержащий тонкую проволоку и порох для миниатюрного подводного взрыва.

Во время операции по взрыву твердых мергелевых пород в реке Северн, проводившейся мистером Эдвардсом, инженером-строителем, в русле реки было сделано несколько отверстий бок о бок, и патроны, сформированные из прочного тика или парусины, сужающиеся к низу, были заполнены зарядами пороха от двух до четырех фунтов, в зависимости от глубины мергеля; так, два фунта на четыре фута, три фунта на четыре фута шесть дюймов и четыре фунта на пять футов. В мешок были проведены провода гальванической батареи или запал Бикфорда, и после покрытия их варом и салом, а затем смазки всего снаружи и присыпки мелом, они редко давали осечку и все поджигались одновременно под водой. Вар и сало сначала, а затем просто сало эффективно исключали попадание воды в порох, содержащийся в парусиновом мешке.

Восемнадцатый эксперимент.

Сжигание различных металлов с помощью батареи демонстрируется с большим эффектом разрядником Де ла Рю, как и каление угольных стержней, производящих электрический свет. Осветительная мощность, получаемая от сорокаэлементной батареи Гроува обычного размера, примерно равна свету 500 свечей.

Fig. 192. Fig. 192.

Разрядник Де ла Рю, содержащий серию из шести пар различных веществ, таких как уголь, железо, свинец, цинк, медь, сурьма, в шести парах держателей для мелков, вращающийся на центре, чтобы их можно было менять по желанию.

Физо и Фуко провели тщательное сравнение света, полученного от 92 угольных пар, расположенных в батарее Бунзена, и оксиводородного света, или света Драммонда, по сравнению с солнечным, и они заявляют, что «В ясный августовский день, когда солнце находится на высоте двух часов, электрический свет (принимая солнце за единицу) соотносился с ним как один к двум с половиной — т. е. солнце было в два с половиной раза мощнее, в то время как свет Драммонда составлял лишь 1/146 часть солнечного». Бунзен нашел, что свет от 48 углей равен 572 свечам. В батарее Бунзена углерод заменяет платину в устройстве Гроува; одновременно с Бунзеном Купер (в Англии) применил уголь для той же цели.

Ночью гигантский корабль (подобно Полифему) должен иметь электрический свет на верхушке мачты во время плавания через Атлантику.

Fig. 193. Fig. 193.

«Грейт Истерн» с электрическим светом.

ГЛАВА XV.

МАГНЕТИЗМ И ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ.

Если небольшая спираль или катушка из изолированной проволоки устроена с немагнитной стальной иглой внутри, так что разряд большой лейденской банки может произойти через катушку, игла окажется сильно намагниченной после разряда электричества. (Рис. 194.) За много лет до того, как это стало известно, было замечено, что когда в корабль попадала молния, компасы обычно меняли направление; а в одном особом случае, когда молния ударила в дом, электричество попало в ящик с ножами, расплавив некоторые из них, оторвав ручки у других, но оставив их сильно намагниченными. Электрики пытались повторить этот эффект, пропуская разряд мощных лейденских батарей через стальные стержни без какого-либо значительного результата; и только когда Эрстед в 1819 году сделал свое важное открытие, что медная проволока, передающая электричество, обладает особым магнитным свойством, принцип начал пониматься, и тогда электрики преуспели в имитации эффектов молнии на стали, как уже описано в начале этой главы. (Рис. 194.)

Fig. 194. Fig. 194.

a a. Стеклянная трубка, поддерживаемая двумя деревянными стойками, с катушкой медной проволоки, проходящей вокруг нее и заканчивающейся шарами b b. c. Игла для помещения внутрь стеклянной трубки.

Когда электричество ушло из лейденской банки через катушку медной проволоки, она больше не обладает никакой силой воздействовать на кусок стали или железа, но если провода гальванической батареи теперь соединены с катушкой медной проволоки, которая должна быть покрыта хлопком или шелком и иметь длину много ярдов, то стальной или мягкий железный стержень не только становится магнитным, но и остается таковым постоянно, пока ток электричества продолжает проходить по катушке проволоки, так что если поднести несколько гвоздей или железных опилок к железному стержню, один конец которого выступает из катушки, они прилипают к нему с большой силой, и таким образом можно подвесить большое количество гвоздей, но они немедленно падают, когда контакт с батареей прерывается. (Рис. 195.)

Fig. 195. Fig. 195.

Таким образом, электричество становится источником магнетизма, и первооткрыватель Эрстед обнаружил, что только иглы или стержни из стали или железа подвергаются такому воздействию, а не из латуни, шеллака, серы и других веществ; он назвал проводящую проволоку «соединительной проволокой» и описал эффект электрического тока или «электрического конфликта», как он его называл, как напоминающий спираль (от ἑλισσω — поворачивать; винт или спираль), и что он не ограничивается проводящей проволокой, а излучает влияние на некотором расстоянии. Это последнее утверждение полностью соответствует нашим нынешним представлениям, и поэтому говорят, что катушка, передающая ток, индуцирует магнетизм в железе или стали, точно так же, как явления индукции производятся с помощью фрикционного электричества. Эффект открытия Эрстеда, говорит Силлиман, был поистине электрическим; научный мир был готов к нему, и истина, которую он таким образом открыл, была мгновенно подхвачена Араго, Ампером, Дэви, Фарадеем и множеством философов во всех странах. Активность, с которой эта новая область исследований культивировалась, никогда не ослабевала даже до сего часа, в то время как она принесла плоды в виде множества теоретических и практических истин, и прежде всего в электромагнитном телеграфе, поистине называемом, особенно в связи с атлантическим телеграфным проводом, «великим международным нервом ощущения».

Магнетизм является результатом не только тока электричества через любой хороший проводник, но существуют определенные оксиды железа, называемые магнитными железными рудами, которые обладают свойством притягивать железные опилки и в основном встречаются в первобытных породах, будучи обильными в Рослагене, в Швеции, и называются магнитным камнем, так как он всегда указывает, будучи свободно подвешенным, на Полярную, Северную или Путеводную звезду. Если исследовать довольно крупный образец этого минерала, обычно обнаруживаются две точки, где железные опилки притягиваются в больших количествах, чем в других частях того же образца. Эти притягивающие точки называются полюсами, и магнитный камень, будучи должным образом смонтированным с мягкими железными стержнями, называемыми щеками, связанными вокруг него (в старинных магнитах) серебряной пластиной и должным образом украшенными гравировкой, значительно увеличивает свою магнитную силу, и тогда говорят, что он наделен магнитной полярностью; а чтобы предотвратить потерю силы, мягкий кусок железа, называемый якорем, помещается поперек и притягивается к полюсам магнитного камня. (Рис. 196.)

Fig. 196. Fig. 196.

Магнитный камень, смонтированный в латуни или серебре, с прикрепленными железными щеками b b. c. Кусочек мягкого железа, называемый якорем.

Второй эксперимент.

Если иглу из закаленной стали (снабженную маленькой латунной чашечкой в центре для работы на острие) потереть магнитным камнем только в одном направлении, она становится постоянно магнитной и теперь будет занимать определенное фиксированное положение, указывая всегда в направлении строго на север и юг. Конец, указывающий на север, называется северным полюсом, а другая конечность — южным полюсом, и обычно северный полюс помечают вмятиной или царапиной, чтобы отличать его во все времена.

Третий эксперимент.

Если другой стальной стержень намагничен, а северный полюс должным образом помечен, а затем поднесен к тому же полюсу подвешенного магнита, происходит мгновенное отталкивание; магнит, конечно, зажатый в руке, не свободен двигаться, но маленький магнит немедленно показывает тот же факт, что был замечен с электричеством, а именно: «что подобные магнетизмы отталкиваются». Два северных полюса отталкивают друг друга, но когда стальной стержень переворачивается, происходит противоположный эффект, и подвешенный магнит притягивается, показывая, что противоположные магнетизмы притягиваются, и северный полюс притянет южный. (Рис. 197.)

Fig. 197. Fig. 197.

Магнитная игла, северный полюс n которой притягивается к южному полюсу стержневого магнита s и отталкивается от северного конца.

Четвертый эксперимент.

При контакте магнитная сила передается от магнита к куску ненамагниченной стали, и утверждается, что наибольший намагничивающий эффект — это тот, который производится простым методом Якоби. Полюса подковообразного магнита приводятся в контакт с предполагаемыми полюсами другого стального стержня, также согнутого в форме подковы, и путем проведения питателя по ненамагниченной подкове в направлении стрелки на рисунке, а когда он достигает изгиба, возвращая его обратно в то же место, скажем, по крайней мере двенадцать раз, и после переворачивания всего устройства без разделения полюсов и повторения той же операции с другой стороны также двенадцать раз, сталь становится мощно намагниченной; говорят, что подкову весом в один фунт можно таким образом зарядить так, чтобы она выдерживала двадцать шесть с половиной фунтов, а старым методом намагничивания она выдержала бы только около двадцати двух фунтов. (Рис. 198.)

Fig. 198. Fig. 198.

Подковообразный магнит и другой, ненамагниченный, помещенные встык; заштрихованный и обозначенный n и s — это магнит. a a. Кусочек мягкого железа, перемещаемый в направлении стрелки.

Пятый эксперимент.

Если подковообразный магнит положить на лист бумаги и посыпать между полюсами железными опилками, образуется очень красивая серия кривых, называемых магнитными кривыми, которые указывают на постоянное прохождение магнитной силы от полюса к полюсу.

Шестой эксперимент.

Магнитная сила, создаваемая подковообразным куском мягкого железа, окруженным множеством жил изолированной медной проволоки короткими отрезками, чрезвычайно мощна (рис. 199), и огромные веса поддерживались электромагнитом при соединении с гальванической батареей. Если предположить, что человек одет в полные доспехи, его можно было бы удерживать электромагнитом без возможности освободиться, тем самым реализуя сказку о храбром рыцаре, который был пойман скалой из магнитного камня и, будучи в полном вооружении, задержан недружелюбным волшебником.

Fig. 199. Fig. 199.

a. Мощный электромагнит, поддерживающий большой вес. b. Батарея.

Седьмой эксперимент.

Когда кусок мягкого железа удерживается достаточно близко к одному из полюсов мощного магнита, он становится посредством индукции наделенным магнитными полюсами и будет поддерживать другой кусочек мягкого железа, например гвоздь, приведенный с ним в контакт. Когда магнит убирают, индуктивное действие прекращается, и мягкое железо теряет свою магнитную силу. Этот эксперимент дает еще один пример связи между явлениями электричества и магнетизма. Именно вследствие индуктивного действия магнетизма земли все массы железа, особенно когда они расположены перпендикулярно, оказываются наделенными магнитной полярностью; отсюда реакция железа на кораблях на компасы, которые должны быть скорректированы и настроены перед рейсом, иначе возникли бы серьезные ошибки в управлении судном, и нет сомнений, что многие кораблекрушения происходят по этой причине. Никакие другие металлы, кроме железа, стали, никеля, кобальта и, возможно, марганца, не могут получать или удерживать магнетизм после контакта с магнитом.

Замечательный эффект магнетизма на всю материю, так умело исследованный Фарадеем и другими, будет объяснен в другой части этой книги — а именно в статье о диамагнетизме.

Fig. 200. Fig. 200.

Волшебник и его скала-магнит. — См. Сказку.

ГЛАВА XVI.

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ МАШИНЫ.

Эксперименты, уже описанные для иллюстрации некоторых явлений электромагнетизма, имеют настолько простой характер, что их можно понять без труда; но не так легко оценить любопытный факт невидимой силы, производящей движение. Уже было объяснено, что медная или другая металлическая проволока, передающая ток электричества, становится на время наделенной магнитной силой, и если ее держать над, под или близко к подвешенной намагниченной стальной игле, она воздействует на нее в очень заметной степени, заставляя ее двигаться вправо или влево, в зависимости от направления электрического тока; и чтобы составить некоторое представление о состоянии металлической проволоки во время прохождения через нее электричества, можно обратиться к прилагаемым диаграммам. (Рис. 201, 202.)

Fig. 201. Fig. 201.

Часть квадратного медного проводника, в котором a b представляет направление электричества, а маленькие стрелки c c c c — магнитный ток или вихрь под прямым углом к электрическому току, оказывающий тангенциальное действие.

Fig. 202. Fig. 202.

Круглая проводящая проволока, в которой электрический ток течет в направлении большой стрелки a b, а маленькие стрелки указывают направление магнитной силы.

Доктор Роже говорит: «Магнитная сила, исходящая от электрической проводящей проволоки, полностью отличается по своему способу действия от всех других сил в природе, с которыми мы знакомы. Она не действует в направлении, параллельном току, проходящему по проволоке, ни в какой плоскости, проходящей через это направление. Она явно проявляется в плоскости, перпендикулярной проволоке, но все же не имеет тенденции перемещать полюса магнита по прямой или радиальной линии, ни прямо к проволоке, ни прямо от нее, как в любом другом случае притягательного или отталкивающего воздействия. Особенность ее действия заключается в том, что она производит движение в круговом направлении вокруг проволоки — то есть в направлении под прямым углом к радиусу, или в направлении касательной к кругу, описанному вокруг проволоки в плоскости, перпендикулярной ей; следовательно, электромагнитная сила оказывает тангенциальное действие, или то, что доктор Волластон называл головокружительным или вихревым движением.

Доктор Фарадей пришел к выводу, что между проволокой и любым полюсом магнита нет реального притяжения или отталкивания, действие, которое имитирует эти эффекты, имеет сложный характер; он также сделал вывод, что проволока должна вращаться вокруг магнитного полюса стержневого магнита, а магнитный полюс — вокруг проволоки, если можно придумать соответствующие средства для реализации этих тенденций и для изоляции действий одного полюса. Идеей электромагнитного вращения мир обязан доктору Волластону; но доктор Фарадей с присущей ему изобретательностью первым практически реализовал эту теорию. Вращение проволоки (передающей ток вольтова электричества) вокруг одного из полюсов магнита хорошо демонстрируется с помощью простого приспособления, разработанного им. (Рис. 203.)

Fig. 203. Fig. 203.

n. Маленький стержневой магнит, закрепленный в винном бокале, северный полюс находится в n. a — подвижная проволока, петлей накинутая на крючок, который является положительным (+) полюсом батареи; свободный конец вращается вокруг полюса магнита, когда проходит электрический ток. Пунктирная линия представляет уровень ртути, которую содержит бокал. Электричество входит в a и выходит через проволоку b, как показано стрелками. c соединено с отрицательным, а d — с положительным полюсом батареи.

Благодаря тщательному наблюдению за сложным действием наэлектризованной проволоки на магнитную иглу доктор Фарадей смог проанализировать явления с присущей ему проницательностью и исчерпывающими способностями, и он обнаружил, как рассказывает Даниэль:

«Что если наэлектризованная проволока помещена в перпендикулярное положение и приближается к одному полюсу иглы, полюс не будет просто притянут или оттолкнут, а сделает попытку уйти в сторону в направлении, зависящем от притягательной или отталкивающей силы полюса; но если проволоку постоянно приближать к центру движения с той или другой стороны иглы, тенденция двигаться в прежнем направлении сначала уменьшится, затем станет нулевой, и в конечном итоге движение изменится на обратное, и игла будет стремиться пройти в противоположном направлении. Противоположная конечность иглы будет демонстрировать подобные явления в противоположном направлении; следовательно, доктор Фарадей сделал вывод, что направление сил является тангенциальным к окружности проволоки, что полюс иглы притягивается одной силой не в направлении радиуса к ее центру, а в направлении линии, касающейся ее окружности, и что он отталкивается другой силой в противоположном направлении. Таким образом, северная сила действовала вокруг проволоки в одном направлении, а южная — в противоположном. Каждый полюс иглы, короче говоря, по-видимому, имел тенденцию вращаться вокруг проволоки в направлении, противоположном другому, и, следовательно, проволока вокруг полюсов. Каждый полюс обладает силой действовать на проволоку сам по себе, а не как связанный с противоположным полюсом, и кажущиеся притяжения и отталкивания являются лишь проявлениями вращательных движений в разных частях их кругов».

Тот же факт, проиллюстрированный на рис. 203, демонстрируется еще более поразительным образом с помощью проволоки, согнутой в прямоугольную форму и устроенной так, что во время прохождения электрического тока она может свободно двигаться по кругу; и когда полюса магнита приближаются к наэлектризованной проволоке, она может притягиваться или отталкиваться по желанию, и, по сути, становится магнитным индикатором и устанавливается (если тщательно подвешена) под прямым углом к магнитному меридиану. (Рис. 204.)

Fig. 204. Fig. 204.

a a a a. Прямоугольная проволока, покрытая шелком и лакированная, один конец которой заострен и опирается на маленькую чашку b, соединенную с изолированной проволокой, проходящей вниз по центру латунной опоры к зажиму c, врезанному в слоновую кость. d. Другая конечность прямоугольной проволоки; будучи покрытой и лакированной, она не находится в металлическом контакте с концом b, но также заострена и погружается в ртуть, содержащуюся в большой чашке e e. Верхняя и нижняя чашки не касаются друг друга и разделены слоновой костью, отмеченной заштрихованной частью, а чашка e e находится в металлической связи с латунной колонной и соединена с отрицательным полюсом батареи в f, в то время как c соединено с положительным полюсом батареи, и электричество циркулирует вокруг проволоки в направлении стрелок. Когда стержневой магнит n подносится к проволоке, последняя немедленно приводится в движение, и путем попеременного представления противоположных полюсов магнита прямоугольная проволока свободно вращается вокруг чашки b.

Эти любопытные движения намагниченной иглы и вращения проволок и магнитов, вызванные действием активного электрического тока, побудили сэра Дэвида Брюстера выдвинуть свою замечательную теорию, которая предполагает, что воздействие на иглу компаса мореплавателя и все другие подвешенные куски стали обусловлены действием электрических токов, постоянно циркулирующих вокруг земного шара; и мистер Барлоу придумал следующий эксперимент для иллюстрации теории Брюстера. Деревянный глобус диаметром шестнадцать дюймов был сделан полым с целью уменьшения его веса, и пока он еще находился на токарном станке, были вырезаны канавки глубиной и шириной в одну восьмую дюйма, чтобы представить экватор и параллели широты через каждые четыре с половиной градуса в обе стороны от экватора к полюсам. Канавка двойной глубины была также вырезана как меридиан от полюса к полюсу, но только наполовину. Канавки были вырезаны для приема медной проволоки, покрытой шелком, и укладка была начата с взятия середины отрезка проволоки длиной девяносто футов и диаметром в одну шестнадцатую дюйма, которая была приложена к экваториальной канавке так, чтобы встретиться в поперечном меридиане; затем ее заставили пройти вокруг этой параллели, вернули обратно вдоль меридиана к следующей параллели, затем снова провели вокруг нее и так далее, пока проволока не была таким образом проведена в продолжении от полюса к полюсу. Длина проволоки, все еще остававшаяся на каждом полюсе, была возвращена от каждого полюса вдоль меридиональной канавки к экватору, и в этой точке, каждая проволока была закреплена маленькими скобами, провода от оставшихся пяти футов были связаны вместе около их общей конечности, когда они открылись, чтобы сформировать отдельные соединения для полюсов гальванической батареи. Когда батарея была подключена, а магнитные иглы помещены в разные положения, они вели себя точно так же, как они вели бы себя на поверхности земли, индукция, создаваемая наэлектризованной проволокой, была идеальной имитацией той, которая существует на земном шаре.

Противоположный эффект тому, что уже описан, — а именно вращение одного полюса магнита вокруг наэлектризованной проволоки, — был также устроен Фарадеем следующим образом. (Рис. 205.)

Fig. 205. Fig. 205.

n s. Маленький магнит, плавающий в ртути, содержащейся в стекле a a; северному полюсу позволено плавать над поверхностью ртути, а южный полюс прикреплен к проволоке, проходящей через дно стеклянного сосуда. Электричество входит в b и, двигаясь курсом, указанным стрелками, проходит через стекло ртути к другому полюсу батареи в c. Как только устанавливается контакт с батареей, маленький магнит вращается вокруг наэлектризованной проволоки w. Пунктирная линия показывает уровень ртути в стекле.

При исследовании магнитных явлений, полученных от проволок, передающих ток электричества, следует помнить, что любая проводящая среда, которая образует часть замкнутой цепи — т. е. любой проводник, такой как уголь, солевые жидкости, подкисленная вода, которые образуют звено в бесконечной цепи, необходимой для пути электричества, — заставит магнитную иглу, помещенную рядом с ней, отклониться от своего естественного положения.

Эти положения наэлектризованной проволоки и магнитной иглы, конечно, почти безграничны, и чтобы помочь памяти в отношении фиксированных законов, которые управляют этими относительными движениями, господин Ампер предложил очень полезное механическое вспомогательное средство, и он говорит: «Пусть наблюдатель представит себя проводником и предположит, что положительный электрический ток проходит от его головы к ногам в направлении, параллельном магниту; тогда его северный полюс перед ним переместится к его правой стороне, а южный полюс — к его левой».

«Плоскость, в которой движется магнит, всегда параллельна плоскости, в которой наблюдатель предполагает себя помещенным. Если плоскость его груди горизонтальна, плоскость движения магнита будет горизонтальной, но если он ляжет на любую сторону горизонтально подвешенного магнита, лицом к нему, плоскость его груди будет вертикальной, и магнит будет стремиться двигаться в вертикальной плоскости».

Это очень ясное сравнение, как будет видно, идеально применяется к направлению вращений на рис. 203 и 205.

Весь этот аппарат изготовлен самым элегантным и законченным образом господами Эллиотт, со Стрэнда, 30; и путем модификации последнего устройства (рис. 206) противоположные вращения противоположных полюсов магнитов вокруг наэлектризованной проволоки показаны самым поучительным образом. Аппарат (рис. 206) был разработан покойным мистером Фрэнсисом Уоткинсом и состоит из двух плоских стержневых магнитов, дважды согнутых посередине, и имеющих агатовые чашки, закрепленные в нижней части изгиба (с помощью которых они поддерживаются) на вертикальных заостренных проволоках, последние закреплены вертикально на деревянном основании аппарата, и магниты вращаются вокруг них, как на оси.

Fig. 206. Fig. 206.

a. Провод, по которому проходит электрический ток. b. Магниты, сбалансированные на остриях, вращающиеся вокруг проводов.

Две круглые самшитовые чаши для ртути установлены на подставке или полке над основанием. Изогнутый заостренный провод направлен в чашу каждого магнита, концы проводов погружены в ртуть, находящуюся в круглых самшитовых желобах на подставке. Если использовать по батарее для каждого магнита и следить за тем, чтобы электрические токи протекали в точности одинаково, они будут вращаться в противоположных направлениях.

Сразу после того, как стали известны остроумные эксперименты Фарадея, было сконструировано множество моделей электромагнитных двигателей, и многие полагали, что быстро приближается время, когда пар будет вытеснен электричеством; и действительно, глядя на то, как изящные электромагнитные модели работают с такой поразительной быстротой, можно было предположить, что если их построить в большем масштабе, от них можно было бы получить огромное количество полезной работы. Однако эта идея оказалась ошибочной по причинам, которые будут объяснены далее. На рисунке на стр. 216 показаны два таких двигателя, один из которых демонстрирует вращение электромагнитов внутри четырех неподвижных стальных магнитов, а другой — вращение стальных магнитов с помощью неподвижных электромагнитов. Последний (№ 2) движется с такой большой скоростью, что если сила батареи не отрегулирована тщательно, соединения быстро разрушаются. (Рис. 207.)

Fig. 207. Fig. 207.

№ 1 состоит из вертикальных постоянных стальных магнитов и горизонтальных электромагнитов из мягкого железа, которые вращаются. № 2 состоит из двух неподвижных электромагнитов из мягкого железа и четырех изогнутых постоянных стальных магнитов, которые вращаются; разумеется, в обоих случаях только при подключении к батарее.

Учитывая колоссальную силу или тягу электромагнита из мягкого железа и его способность поддерживать значительный вес, можно было питать самые обоснованные ожидания успеха от машин, работающих за счет прямого притяжения. Однако было обнаружено, что они вскоре становились неэффективными из-за того, что повторяющиеся удары, получаемые железом, настолько изменяли его свойства, что оно в конечном итоге приобретало качества стали и имело тенденцию сохранять некоторое количество остаточного магнетизма, тем самым мешая принципу намагничивания и размагничивания. Именно этот факт побудил профессора Якоби из Санкт-Петербурга после больших денежных затрат отказаться от подобных устройств и использовать такие, которые сразу создавали бы вращательное движение. Двигатель, устроенный таким образом, был испытан в довольно крупном масштабе на Неве, и с его помощью лодка с десятью или двенадцатью людьми двигалась со скоростью три мили в час.

Различные двигатели были сконструированы Уоткинсом, Ботта, Якоби, Армстронгом, Пейджем, Йортом; двигатель, созданный последним (Йортом), привлек большое внимание в 1851-52 годах и состоял из электромагнитного поршня, втягиваемого внутрь электромагнитного цилиндра или отталкиваемого от него; полагали, что благодаря этому движению можно обеспечить гораздо большую длину хода, чем с помощью вращающихся колес или дисков, но потеря мощности (не только в этом двигателе, но и в других) из-за расстояния очень велика, а подъемная сила любого магнита значительно уменьшается и изменяется на малейшем возможном расстоянии от его полюсов. Эта потеря мощности, следовательно, является большим препятствием на пути полезного применения электромагнитной силы и может быть оценена даже на маленьких моделях, любую из которых можно остановить малейшим трением, хотя в это время они могут двигаться с большой скоростью.

Во-вторых, если предположить, что уменьшенная сила, создаваемая двумя магнитами, находящимися на расстоянии нескольких линий друг от друга, может быть использована для привода механизмов, то в момент, когда магниты начинают двигаться друг перед другом, снова происходит большая потеря мощности, и по мере увеличения скорости любопытным образом происходит соответствующее уменьшение полезной механической мощности, снижение КПД двигателя по мере того, как вращения становятся более быстрыми. В-третьих, стоимость вольтова столба по сравнению с расходом угля в паровой машине весьма поразительна и крайне невыгодна для электромагнитных двигателей.

Дж. П. Джоуль обнаружил, что экономический КПД электромагнитного двигателя при заданной скорости и заданном сопротивлении батареи пропорционален средней интенсивности нескольких пар батареи. С его прибором каждый фунт цинка, потребленный в батарее Гроува, производил механическую силу (включая трение), равную поднятию груза в 331 400 фунтов на высоту одного фута, когда вращающиеся магниты двигались со скоростью восемь футов в секунду. Теперь, КПД лучшей корнуоллской паровой машины составляет около одного миллиона пятисот тысяч фунтов, поднятых на высоту одного фута при сгорании каждого фунта угля, или почти в пять раз больше максимального КПД, который можно было бы получить от электромагнитного двигателя при потреблении одного фунта цинка. Это сравнение, следовательно, настолько невыгодно, что идея успешного применения электричества как экономического источника энергии почти, если не полностью, оставлена.

Установив сравнение между различными способами получения энергии, было показано, что на каждый затраченный шиллинг можно было бы поднять с помощью

|  Pounds.
Manual power | 600,000 | one foot high in a day.
Horse | 3,600,000 |     "       "
Steam | 56,000,000 |     "       "
Electro-magnetism | 900,000 |     "       "

Мощный магнит сравнивали с паровой машиной с огромным поршнем, но с чрезвычайно коротким ходом. Хотя движущая сила не может быть получена из электричества и успешно применена в коммерческих целях, подобно паровой машине, все же нельзя упускать из виду достижения электрического телеграфа как применения малой движущей силы, в то время как падение шара в Диле и других местах, с помощью которого регулируются хронометры торгового флота, а также средства регулирования времени в Главном почтовом отделении и на различных железнодорожных станциях, являются полезными применениями силы, которая не может конкурировать с паром в других отношениях.

ГЛАВА XVII.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТЕЛЕГРАФ.

Инженерные и философские детали этого важного инструмента выросли до таких внушительных размеров, что любая попытка (если не посвятить этому предмету все страницы этой книги) дать полный отчет об истории и применении инструмента, неудачах и успехах новых изобретений и продолжающемся прогрессе этого способа связи должна рассматриваться как просто невозможная, и поэтому на этих страницах будет предпринята попытка дать лишь очень краткое описание принципа.

Для полной истории открытия и внедрения принципа электрического телеграфа читателя отсылают к журналу «Общества искусств» (№ 348-9, том VIII), где указано, что прошло полвека, считая с августа 1859 года, с тех пор как был создан первый гальванический телеграф. «Именно электромагнитный телеграф русского барона Шиллинга, без ведома того, что он принадлежит ему, был привезен в Лондон и послужил причиной создания первых практически полезных телеграфных линий не только в Великобритании, но и в мире». Доктор Гамель говорит: «Маленький росток, взращенный на Неве, который был выставлен на Рейне и оттуда привезен на Темзу, вырос здесь в могучее дерево, плодовитые ветви которого, наряду с ветвями деревьев, выросших с тех пор, все больше и больше простираются над землями и морями Восточного полушария, в то время как родственные деревья, посаженные в Западном полушарии, покрыли своими ветвями ту часть света, некоторые из которых вскоре переплетутся с ветвями в нашем полушарии».

Первая телеграфная линия в Англии была построена мистером Куком от Паддингтона вдоль Большой Западной железной дороги до Уэст-Дрейтона в 1838-39 годах; и следует помнить, что именно в феврале 1837 года мистер Кук впервые проконсультировался с профессором Чарльзом Уитстоном, предварительно посетив доктора Фарадея и доктора Роже, а 19 ноября 1837 года между мистерами Куком и Уитстоном был заключен договор о партнерстве.

Выдающемуся философу, профессору Уитстону, принадлежит заслуга остроумной конструкции вертикально-стрелочного телеграфа; в то время как имя мистера Кука всегда будет ассоциироваться с практическим созданием первых телеграфных линий в Англии. Первая линия в Соединенных Штатах, от Вашингтона до Балтимора, была завершена в 1844 году, будучи организованной и обслуживаемой профессором Морзе.

В Британской Индии в апреле и мае 1839 года первая длинная телеграфная линия длиной двадцать одна миля, охватывающая 7000 футов поверхности реки, была построена доктором (ныне сэром Уильямом) О'Шонесси.

Конструкцию электрического телеграфа можно рассматривать под тремя заголовками:

1-е. Батарея — движущая сила.

2-е. Провода — носители силы.

3-е. Инструменты, которые должны работать — звонок и стрелочный телеграф.

БАТАРЕЯ.

Конструкция и обоснование батарей, обычно используемых, были объяснены в другой части этой работы; те, что используются для телеграфных целей, состоят из одной или нескольких пар, одна из которых — цинк, а вторая — медь, серебро, платина или углерод. Каждая пара называется элементом, а серия таких пар — батареей.

Батареи, используемые главным образом на английских линиях, состоят из пластины литого цинка размером четыре дюйма и толщиной 3/16 дюйма, прикрепленной медной полосой шириной в один дюйм к тонкой медной пластине размером четыре дюйма. Цинк хорошо амальгамирован ртутью. Двенадцать таких пар расположены в желобе из дерева, фарфора или гуттаперчи, разделенном перегородками на двенадцать водонепроницаемых ячеек шириной 1¼ дюйма. Цинк и медь сохраняют один и тот же порядок и направление повсюду, и при сборке желоб заполняется мельчайшим белым песком, а затем смачивается водой, предварительно смешанной с пятью процентами по объему чистой серной кислоты. Этот способ применения кислоты является умным практическим улучшением мистера Кука и предотвращает любые неудобства от проливания кислоты, и в то же время делает батарею вполне портативной. Вольтов столб, подготовленный таким образом, остается в действии в течение нескольких недель или даже месяцев при периодическом добавлении небольших количеств кислоты и хорошо подходит для работы стрелочных телеграфов в хорошую и сухую погоду. В туманы и дожди, на расстояниях, превышающих максимум 200 миль, их действие не столь совершенно, и необходимо использовать огромное количество пар, часто от 144 до 288. Во Франции, Пруссии и Америке песочные батареи, по-видимому, не подходят, и предпочтение отдается устройству Даниэля. Шестидесяти пар достаточно во Франции для некоторых длинных линий — а именно: от Парижа до Бордо, 284 мили; от Парижа до Брюсселя, 231¼ мили; и, по сути, преимущества батареи Даниэля стали настолько очевидны, что их теперь используют на английских линиях. В Пруссии широко используется угольная батарея Бунзена; в Индии предпочтение отдается модификации батареи Гроува, где на цинк воздействуют раствором поваренной соли в воде. Двух таких элементов оказалось достаточно для работы линии длиной сорок миль, полностью неизолированной, включая подводный переход через реку Хугли шириной 6200 футов.

Постоянная энергия батареи, какой бы ни была ее конструкция, зависит от циркуляции электричества, цель которой — пропустить силу от положительного конца серии через провода обратно к отрицательному концу вольтова столба.

Провод (носитель силы) должен быть непрерывным на всем протяжении, если, конечно, вода или земля не являются частью бесконечной проводящей цепи.

ПРОВОДЯЩИЕ ПРОВОДА.

Эти дороги для электричества могут быть из любого удобного металла, и предпочтительным и используемым является железо, которое хорошо подходит благодаря своей большой прочности (будучи самым прочным известным металлом) и дешевизне для передачи электричества, хотя оно не является таким хорошим проводником, как медь, и оказывает примерно в шесть раз большее сопротивление протеканию тока, чем последний металл. Проволока, по-видимому, делается не из железа, потому что она оцинкована или пропущена через расплавленный цинк, который покрывает поверхность и защищает ее от разрушительной ржавчины, в то же время не уничтожая ее ценного свойства прочности или способности сопротивляться деформации. На каждые пять миль требуется около одной тонны проволоки, и для поддержки этого веса устанавливаются прочные столбы из ели или лиственницы на расстоянии около пятидесяти ярдов друг от друга, высотой от десяти до двадцати пяти футов. На многих линиях через каждую четверть мили стоят натяжные столбы с храповыми колесами для натяжения проводов. На некоторых линиях провода крепятся к столбам с помощью боковых кронштейнов, несущих изоляторы, изобретенные мистером К. В. Уокером, которые состоят из коричневой соляной глазурованной керамики в форме песочных часов, как показано на рисунке. (Рис. 208.)

Fig. 208. Fig. 208.

Изолятор Уокера.

Существуют некоторые возражения против изоляторов в форме песочных часов, и они были модифицированы мистером Эдвином Кларком, который использует очень прочный керамический крюк, открытый сбоку, так что провод можно поместить на крюк без продевания, а крюки можно заменить в случае поломки, не разрезая телеграфный провод, который надежно крепится к каждому изолятору витками более тонкой проволоки. Перевернутый цинковый колпачок используется для сохранения изолятора сухим. (Рис. 209.)

Fig. 209. Fig. 209.

Изолятор Кларка.

В Индии проводник скорее представляет собой стержень, чем проволоку, и весит около половины тонны на милю; он установлен самым основательным образом, и многие мили стержня поддерживаются гранитными колоннами, другие части — столбами из железного дерева Арракана или тика.

Количество проводов, требуемых для электрического телеграфа, часто озадачивает железнодорожного путешественника, и люди спрашивают, почему на одних линиях используется так много проводов, а на других так мало? Ответ очень прост: они нужны для удобства. Для двухстрелочного телеграфа требуются только два провода, а для однострелочного инструмента — один. Но поскольку на конечных станциях требуется так много инструментов, необходимо предусмотреть увеличенное количество проводов, подобно рельсам для локомотивов; так, на Восточных графствах видно семь проводов, и они используются следующим образом. Два верхних провода идут прямо из Лондона в Норидж; следующая пара соединяет Лондон, Броксборн, Кембридж, Брэндон, Честерфилд, Или; третья пара — все маленькие станции между Лондоном и Брэндоном; а седьмой провод полностью посвящен звонку.

Если бы земля не была проводником электричества и не использовалась в телеграфной цепи, для двухстрелочного телеграфа потребовалось бы четыре провода, а для однострелочного инструмента — два. Чтобы понять это, давайте предположим, что цепь батареи простирается от Паддингтона до инструмента в Слау, а провод возвращается от Слау в Паддингтон; очевидно, что один провод доставил бы электричество в Слау, а другой вернул бы его в Лондон, как показано на диаграмме ниже. (Рис. 210.)

Fig. 210. Fig. 210.

a. Батарея. b. Инструмент. Стрелки показывают прохождение электричества к однострелочному телеграфному инструменту по одному проводу и обратный ток по другому.

Если весь обратный провод срезать, оставив лишь несколько футов на каждом конце, которые соединены медными пластинами с влажной землей, ток не только проходит, как и раньше, но фактически увеличивается в интенсивности и вызовет гораздо более энергичное движение стрелки в телеграфном инструменте. (Рис. 211.) Эти пластины называются «земляными пластинами»; и Штейнхейль в 1837 году был первым, кто доказал, что земля может выполнять функцию провода.

Fig. 211. Fig. 211.

a. Батарея. b. Инструмент. c. Земляная пластина в Слау. d. Земляная пластина в Лондоне. Стрелки показывают направление электрического тока.

Должно быть очевидно, что сообщение может быть получено на любой станции без батареи, но чтобы иметь возможность дать ответ, каждая станция должна иметь свою собственную батарею.

Искусно сконструированные молниеотводы прикреплены к столбам, несущим провода, так что в случае шторма естественное электричество отводится в землю, в то время как искусственно произведенное вольтово электричество следует своим собственным курсом без отклонений. Защитные устройства также требуются для инструментов на станциях, и план, разработанный мистером Хайтоном, описывается изобретателем следующим образом:

«Часть проволочной цепи — скажем, на шесть или восемь дюймов — обернута промокательной бумагой или шелком, и масса металлических опилок, соединенных с землей, окружает ее. Это устройство размещается с каждой стороны телеграфного инструмента на станции. Когда молния перехватывается проводами телеграфа, мириады бесконечно мелких точек металла в опилках, окружающих провод на станции, при соединении с землей сразу отводят почти весь заряд молнии и безопасно переносят его в землю».

ИНСТРУМЕНТЫ, КОТОРЫЕ ДОЛЖНЫ РАБОТАТЬ — ЗВОНОК И ТЕЛЕГРАФ.

Звонок или сигнализация по конструкции напоминает обычные часы и, по сути, представляет собой часовой механизм, заведенный и готовый позвонить, когда удален стопор или предохранитель. Стопор соединен с куском мягкого железа, помещенным перед электромагнитом, и как только ток проходит, электромагнит притягивает мягкий кусок железа, прикрепленный к перпендикулярному рычагу, на котором покоится рычаг звонка; стопор удаляется, и звонок звенит, а затем снова останавливается, когда электрический ток перестает проходить.

Один из самых простых будильников — это обычные американские часы, которые заводят ежедневно. Маленький электромагнит, окруженный толстой проволокой, помещен под подвижный кусок луженого железа, так что когда он притягивается, освобождается маятник часов, и их звонок звенит непрерывно, пока магнит возбужден. Это устройство используется сэром У. О'Шонесси в индийской телеграфной системе. (Рис. 212.)

Fig. 212. Fig. 212.

a. Луженое мягкое железо, которое притягивается к электромагниту b и освобождает стопор.

Из этого описания легко понять, что сигнализация звучит благодаря обычному механизму и что задача электрического тока просто заключается в акте удаления рычага и освобождения механизма, который может быть большим или маленьким; и если бы это считалось необходимым, колокола большой часовой башни зданий Парламента, которые отбивают четверти, или даже сам «Биг Бен» (когда его состояние будет восстановлено), могли бы звонить по команде человека в Йорке или Эдинбурге, если бы провода, батареи и мощный электромагнит со стопорным механизмом для колоколов были должным образом организованы и соединены с часовым механизмом.

В некоторых случаях, как утверждает мистер Чарльз В. Уокер, для звонка используется отдельный и четкий провод только с его специальным механизмом, называемым ключом звонка. Если бы звонок всегда был на том же проводе, что и катушка стрелки, звонок не только привлекал бы внимание, но и серьезно раздражал бы клерка (если, конечно, он не оказался очень глухим человеком) своим звоном, пока он читает сигналы стрелки. Это неудобство предотвращается тем, что называется соединением или созданием короткого замыкания — по сути, предоставлением току более короткой и гораздо более емкой дороги к катушке стрелки, чем через катушку звонка, которая сделана из очень тонкой проволоки; и управление коротким замыканием находится в руках клерка.

ДВУХСТРЕЛОЧНЫЙ ТЕЛЕГРАФ КУКА И УИТСТОНА.

Принцип этого инструмента, как уже объяснялось, заключается в элементарном эксперименте Эрстеда — а именно, отклонении магнитной стрелки внутри катушки провода, по которому проходит электрический ток, и поскольку трудно дать хорошее описание и рисунок внутренностей инструмента, которые можно было бы действительно понять, достаточно сказать, что рукоятки дают оператору возможность изменять направление электрического тока, так что стрелки отклоняются с предельной уверенностью в одну или другую сторону, либо по отдельности, либо одновременно. (Рис. 213.)

Fig. 213. Fig. 213.

Буквы алфавита, цифры и множество условных сигналов обозначаются одиночными и комбинированными движениями стрелок на циферблате. Левая стрелка, движущаяся один раз влево, указывает +, который дается в конце слова. Дважды таким же образом — a; трижды — b; сначала вправо, затем влево — c; наоборот — d. Один раз прямо вправо — e; дважды — f; трижды — g. В том же порядке с другой стрелкой для h, i, k, l, m, n, o, p. Сигналы под центром циферблата обозначаются параллельными движениями обеих стрелок одновременно. Обе стрелки, движущиеся один раз влево, обозначают r; дважды — s; трижды — t. Сначала вправо, затем влево обеими — u; наоборот — v. Обе движутся один раз вправо — w; дважды — x; трижды — y. Цифры обозначаются так же, как и буквы, рядом с которыми они соответственно расположены. Чтобы перейти от букв к цифрам, оператор дает h, за которым следует +, который получатель возвращает, чтобы показать, что он понял. Если после того, как были даны вышеуказанные знаки (h и +), были получены c r h l, это означало бы 1845. Переход от цифр к буквам уведомляется подачей i, за которой следует +, который получатель также возвращает. Каждое слово подтверждается. Если получатель понимает, он дает e; если нет, то +, в этом случае слово повторяется. Внимание к сообщению с помощью этого инструмента привлекается звонком (любого размера), который осуществляется через действие электрического тока. Верхний ящик содержит звонок.

Сэр У. О'Шонесси в своей превосходной работе об электрическом телеграфе в Британской Индии дает описание телеграфного инструмента удивительной простоты, который успешно используется в Индии и о котором высоко отзываются мистер Э. В. Уокер и другие джентльмены, практически знакомые с работой телеграфов. Он состоит из катушки тонкой проволоки на картонной или слоновой кости рамке, магнитной стрелки с легким бумажным указателем, наклеенным поперек нее; двух упоров из тонкого листового свинца для ограничения колебаний указателя; опорной доски размером восемь дюймов и квадрата стекла в деревянной раме или обычного стеклянного стакана, помещенного поверх него в качестве абажура, чтобы предотвратить перемещение указателя потоками воздуха. Утверждается, что офисные мальчики с помощью местного индийского плотника делают эти телеграфы по цене, не превышающей двух шиллингов каждый.

В Англии, конечно, они были бы дороже; но простота и совершенство устройства настолько заслуживают похвалы, что мы приводим детали для пользы тех мальчиков, которые могли бы пожелать установить телеграф в малом масштабе для развлечения.

РАМА.

Это кусок красного дерева размером восемь дюймов и толщиной в один дюйм, с полым желобом, вырезанным в центре длиной два с половиной дюйма, шириной полдюйма и глубиной четверть дюйма; выступ из того же дерева шириной в один дюйм и глубиной в полдюйма окружает раму, оставляя внутреннюю поверхность размером семь дюймов; она окрашена чернилами в черный цвет, чтобы сделать движения указателя более заметными.

КАТУШКА.

Она состоит из пятидесяти футов тончайшей медной проволоки в шелковой изоляции, намотанной на картонную рамку длиной два дюйма, шириной полдюйма, глубиной три восьмых дюйма в открытой части.

Край или фланец из картона шириной три восьмых дюйма прикреплен к ней с каждой стороны, чтобы удерживать проволоку на месте. Рамка может быть из тонкого дерева или слоновой кости, а намотка проволоки начинается в нижнем левом углу, и она наматывается слева направо, как двигались бы стрелки часов в той же плоскости. (Рис. 214.)

Fig. 214. Fig. 214.

Катушка.

Два дюйма каждого конца проволоки катушки теперь очищаются от шелковой изоляции путем протирания наждачной бумагой. Катушка устанавливается в раму путем вставки ее нижнего края или фланца в желоб, так что нижняя часть или пол внутри катушки находится на одном уровне с полом рамы, как показано ниже, и теперь она готова к приему намагниченной стрелки. (Рис. 215.)

Fig. 215. Fig. 215.

Катушка, установленная в раму.

СТРЕЛКА.

Она длиной один дюйм, шириной одна двенадцатая дюйма, из тончайшей стали и снабжена маленьким латунным колпачком, выточенным в форме точного конуса для приема острия, на котором она сбалансирована. Эти стрелки из закаленной стали и намагничиваются однократным контактом с полюсами электромагнита или другого обычного мощного магнита.

Магнит теперь должен быть сбалансирован на стальном острие высотой одна восьмая дюйма; они откусываются кусачками от обычных швейных игл и припаиваются в полоску тонкой меди длиной три дюйма, шириной полдюйма. (Рис. 216.)

Fig. 216. Fig. 216.

a. Стрелка. b. Острие на полоске меди.

Поскольку северный конец стрелки будет опускаться, целесообразно противодействовать этому, коснувшись южного конца небольшим количеством шеллачного лака, который быстро сохнет и вскоре возвращает стрелку в идеальное равновесие.

Стрелка завершается для использования путем прикрепления к ней бумажного указателя (вырезанного из глянцевой почтовой бумаги) длиной два дюйма, сужающегося от одной восьмой дюйма до острия, и закрепленного под прямым углом на стрелке лаковым лаком, чтобы она была точно сбалансирована и указывала острым концом на восток, когда стрелка, помещенная на острие, устанавливается точно север-юг, ее северный полюс находится напротив правой руки наблюдателя, наблюдатель стоит лицом на запад. (Рис. 217.)

Fig. 217. Fig. 217.

Стрелка с бумажным указателем.

Рама катушки размещается север-юг, и стрелка теперь вводится путем сдвигания конца медной полоски в отверстие в раме.

Чтобы ограничить колебания бумажного указателя, с каждой стороны помещается упор. Упоры сделаны из полоски тонкого листового свинца или меди шириной четверть дюйма, длиной полтора дюйма и загнуты под прямым углом, так что один дюйм лежит на доске, а полдюйма — вертикально. Для обычной практики эти упоры размещаются каждый на расстоянии полдюйма от указателя.

Телеграф помещается в коробку, в крышке которой может быть кусок зеркала, так что показания можно снимать со стрелкой в вертикальном, а не горизонтальном положении, если это необходимо. (Рис. 218.)

Fig. 218. Fig. 218.

Коробка, содержащая телеграф, с зеркалом в крышке. Маленький стальной магнит помещается на раму или рядом с ней, если требуется, южный полюс этого магнита находится напротив северного полюса стрелки в катушке телеграфа. Стержень длиной четыре дюйма, шириной полдюйма, толщиной три шестнадцатых дюйма, и он используется только для противодействия любому локальному отклонению, которое может возникнуть при использовании инструмента с милями проводов. В обычных обстоятельствах он не потребовался бы. Используемый алфавит показан слева.

Концы тонкой проволоки катушки телеграфа соединяются с проводами от реверсивного инструмента, и это соединяется с вольтовым столбом из одного или нескольких элементов, так что при использовании реверсора стрелка заставляется двигаться вправо или влево по желанию. Белый бумажный указатель на черном фоне можно проследить с величайшей уверенностью, и сэр У. О'Шонесси утверждает, что с этим инструментом телеграфный клерк может читать со скоростью двадцать слов в минуту с двухстрелочным проводом, что равно сорока словам в минуту.

РЕВЕРСОР

состоит из деревянного блока размером два с половиной дюйма, в котором вырезаны четыре углубления глубиной полдюйма, и эти углубления соединены по диагонали медными проводами, вставленными в материал дерева и очень тщательно изолированными друг от друга расплавленным цементом, но обнажающими чистую металлическую поверхность в каждой ячейке, которая заполнена ртутью. (Рис. 219.)

Fig. 219. Fig. 219.

Деревянный блок с четырьмя отверстиями; положительная клемма соединена с отверстиями a и b, отрицательная — с c и d; углубления заполнены ртутью. t t — это провода от телеграфной коробки, и очевидно, что при попеременном погружении их в c b и a d ток меняется на обратный, и стрелка отклоняется вправо или влево по желанию.

На практике используется более сложный реверсор, но для демонстрации принципа вполне достаточно простого блока, описанного выше.

С телеграфом, помещенным на крыше дома или в отдаленном коттедже, и одной ячейкой батареи Гроува, или максимум двумя для любых коротких расстояний, с реверсором, сообщения могут передаваться с большой быстротой с низа дома на верх или из особняка в сторожку, при условии, что батарея, реверсор и телеграф требуются в обоих местах, где сообщения принимаются и на них отвечают; но если ответы не требуются, батарея и реверсор помещаются на одном конце провода в доме, а телеграф — на другом конце в коттедже, и могут быть организованы земляные пластины для возврата тока, или использован другой провод для этой цели.

Восхваляя до предела изобретение электрического телеграфа, мы должны помнить, что «нет ничего нового под солнцем» и что, в конце концов, Природа претендует на принцип телеграфирования, и молчаливым жестом, говорящим глазом, интерпретируемым и отвечаемым другими, она провозглашает себя создателем общения знаками. В то время как язык цветов и печальные потребности глухонемых в использовании пальцевого алфавита показывают, как легко человек принял важный принцип, пока не довел его до высшего состояния совершенства в электрическом телеграфе.

Когда телеграф был впервые принят на Большой Западной железной дороге, сложились самые нелепые представления о его возможностях, и многие люди твердо верили, что провода используются для перетаскивания писем и различных предметов со станции на станцию. «Жена», — сказал мужчина, глядя на телеграфные провода, — «я, со своей стороны, не понимаю, как они посылают письма по этим проводам, не разорвав их в клочья». «О, ты, глупец!» — воскликнула его интеллектуальная супруга; — «почему, они не посылают бумагу: они просто посылают письмо в жидком состоянии».

Fig. 220. Fig. 220.

Одна из идей телеграфной связи.

ГЛАВА XVIII.

КАТУШЕЧНЫЕ АППАРАТЫ РУМКОРФА, ХЕРДЕРА И БЕНТЛИ.

В ходе популярных статей о статической и вольтовой электричестве уже упоминалось, что, хотя эффекты интенсивности — такие как способность искры проходить через определенную толщину воздуха или возникновение специфического физиологического эффекта удара — относятся особенно к явлениям статического электричества, они не проявляются при эффектах количества, таких как те, что могут быть произведены обычной вольтовой батареей, если последняя не состоит из огромного количества элементов, таких как знаменитая водяная батарея покойного уважаемого мистера Кросса, которая состояла из двух тысяч пятисот пар медных и цинковых цилиндров, хорошо изолированных на стеклянных подставках и защищенных от пыли и света. Если, однако, ток слабой интенсивности вольтова электричества от четырех или пяти элементов позволить пройти в катушку особой конструкции, снабженную конденсатором и изготовленную либо Румкорфом из Парижа, либо мистером Хердером из Плимута, то можно получить самые замечательные эффекты, которые создали совершенно новую и отличную серию явлений и в дальнейшем самым удовлетворительным образом установили связь между электричеством, полученным от трения и химического действия.

Конструкция этих катушек не очень существенно различается, и большая заслуга принадлежит господам Румкорфу, Хердеру и Бентли, которые отдельно и независимо разработали конструкцию самых грозных машин этого класса. В письме к автору мистер Бентли говорит:

«Я начинаю формирование своей катушки с использования в качестве оси железной трубки длиной десять дюймов и диаметром полдюйма; вокруг нее помещается значительное количество изолированных железных проводов той же длины, что и трубка, и достаточно многочисленных, чтобы сформировать пучок диаметром один дюйм и три четверти. Это ядро тщательно обернуто в восемь или девять слоев вощеного шелка, необходимость чего будет очевидна далее.

«Моя первичная спираль, которая сформирована из тридцати ярдов медной проволоки № 14 в хлопковой изоляции, тщательно намотана на это ядро и состоит из двух слоев, каждый слой тщательно изолирован один от другого вощеным шелком, ибо я обнаружил, что если мокрая веревка или тонкая платиновая проволока соединены с двумя концами первичных проводов индукционной катушки в действии, едва ли можно получить индикацию индуцированного тока от вторичной проволоки. То, что это не связано с каким-либо уменьшением магнитной силы, доказывается тестированием железного ядра до и после эксперимента, но просто связано с тем, что центральный магнит или катушка оказывает все свои индуктивные силы на ближайшую замкнутую цепь; следовательно, если два слоя первичной проволоки соединены из-за того, что хлопковое покрытие становится влажным, весь индуцированный ток пойдет по этому пути, вместо того чтобы проходить через вторичную проволоку.

«Прежде чем описывать мою вторичную проволоку, я должен снова обратить внимание на важный факт, что магнетизм железа оказывает свое индуктивное воздействие на ближайшую проводящую среду; и я сконструировал инструмент, чтобы продемонстрировать этот факт. Он состоит просто из обычной катушки, дающей искру в треть дюйма, но имеющей четыре внутренних слоя вторичной проволоки, выведенных отдельно. Теперь я обнаружил, что когда я держу концы этой проволоки отдельно, я получаю искру почти в треть дюйма, но когда я соединяю их металлически, я не могу получить никакой искры интенсивности от семнадцати катушек, которые окружают их.

«Из этого следует, что перед намоткой вторичной проволоки необходимо установить расстояние пробоя одного слоя, и я обнаружил, что с моей катушкой я могу получить искру длиной одну десятую дюйма от одного витка проволоки, и достаточно интенсивную, чтобы с легкостью пробить шесть слоев вощеного шелка.

«Вощеный шелк, следовательно, не подходит для изоляции больших катушек, и я обнаружил после многочисленных экспериментов, что нет вещества, более подходящего для этой цели, чем гуттаперчевая ткань, и я использую пять слоев этого вещества на каждый слой проволоки.

«Вторичная спираль затем состоит из трех тысяч ярдов медной проволоки № 35 в шелковой изоляции и изолирована описанным выше способом; но поскольку я не использую щечки для своей катушки, она принимает форму цилиндра с закругленными концами.

«Для защиты этого инструмента я помещаю его в коробку из красного дерева соответствующего размера, и он поддерживается и удерживается в своем положении железным стержнем, который пропущен через полую ось ядра и два конца коробки, оставляя полдюйма железа, выступающего для работы прерывателя контакта, который прикреплен к одному концу коробки, в то время как два конца вторичной проволоки выведены из другого через гуттаперчевые трубки.

«Конденсатор содержится в отдельной коробке и сформирован из ста двадцати листов станиоля между двойным количеством листов лакированной бумаги, причем чередующиеся стороны фольги выведены и соединены с соответствующими зажимными винтами.

«Этот конденсатор образует удобную подставку для катушки и может быть использован для многих интересных экспериментов».

Удар, который конденсатор дает системе, в значительной степени зависит от размера покрытий. Первичная проволока сама по себе не производит никаких физиологических результатов, или, по крайней мере, очень слабые. Катушка мистера Хердера намотана на шпульку длиной шесть дюймов и толщиной четыре с половиной дюйма и включает три тысячи ярдов изолированной проволоки (№ 35). Железное ядро состоит из пучка маленьких проводов, увенчанных сплошными концами, и искры, полученные от него, были пять восьмых дюйма в воздухе, когда первичная катушка была возбуждена четырьмя парами серии Гроува; и при соединении с лейденской банкой были получены самые энергичные и блестящие результаты. Конденсатор сделан из патронной бумаги, покрытой надлежащим образом станиолем. Вторичная катушка совершенно независима от первичной, которая уложена разными длинами, так что катушку можно настроить на любую мощность батареи, будь то для количества или интенсивности.

Для успешной демонстрации возможностей машины требуется проводить эксперименты в затемненной комнате. (Рис. 221.)

Fig. 221. Fig. 221.

Аппарат Румкорфа. a b. Катушка, содержащая более мили изолированной проволоки. Подставка, на которой она покоится и с которой она находится в связи, содержит конденсатор.

При использовании этого аппарата восьми пар батареи Гроува будет вполне достаточно для получения эффектов, и необходимо соблюдать величайшую осторожность, чтобы избежать удара, который является очень сильным и болезненным и может причинить много вреда слабому, чувствительному и нервному человеку. Чтобы избежать несчастных случаев такого рода, необходимо тщательно соблюдать удобное устройство на одном конце, показанное на рис. 222, и при манипуляциях с любой частью аппарата, если батарея присоединена, контакт должен быть сначала разорван путем приведения слоновой кости (непроводящей) части цилиндра a (рис. 222) в связь с проводниками b b, где присоединены провода от батареи.

Fig. 222. Fig. 222.

Один конец катушки Румкорфа. b b. Соединение для приема проводов батареи. a — цилиндр, одна половина которого из слоновой кости, а другая — металлическая. В этом положении удар не может быть получен, потому что электричество отсечено слоновой костью от катушки.

Первый эксперимент.

Именно на другом конце катушки проводятся эксперименты; например, если откачанный шар соединен со столбиками b b (рис. 223) и сделано соединение с батареей, на одном из шариков и проводов виден красивый слабый синий свет, а при изменении направления тока свет появляется на другом шарике и проводе. Этот эффект, как предполагается, напоминает некоторые из тех великолепных полос и волн цветного света, называемых Северным сиянием; и если шар снят с основания и привинчен к пластине воздушного насоса, а немного спирта, эфира, нафты или скипидара, помещенного на шерсть или паклю, поднесено к винту воздушного насоса, куда обычно устремляется воздух, и кран повернут так, что вакуум разрушается, количество пара обязательно заполнит шар; и если его еще раз откачать, он представляет другой вид, будучи полным цветного света (варьирующегося в зависимости от используемого спирта), но стратифицированного и круглой формы. (Рис. 223.)

Fig. 223. Fig. 223.

Конец катушки, где проводятся эксперименты. b b. Соединительные винты и провода, проходящие к откачанному шару c. Винты поддерживаются на изолирующих стеклянных столбиках p p.

Второй эксперимент.

Вид этих полос света изменяется в зависимости от природы используемых стеклянных трубок, и этот предмет был тщательно исследован мистером Гассиотом. На последнем собрании Британской ассоциации в Абердине доктор Робинсон провел различные эксперименты, организованные мистером Лэддом, с целью показать связь между этими миниатюрными эффектами полос света в трубках, содержащих различные газы, и явлениями Северного сияния. Название доклада, который был специально прочитан в Музыкальном зале ученым доктором, было «Об электрических разрядах в сильно разреженных средах», и он был проиллюстрирован экспериментами, подготовленными мистером Гассиотом и мистером Лэддом.

Вид используемых трубок можно понять из следующего рисунка. Они сделаны в Германии, и при приближении мощного магнита к внешней стороне любой из стеклянных трубок, пока производятся полосы света, получаются самые замечательные их модификации. Мистер Лэдд установил одну из этих трубок во вращающееся устройство, подобное описанному на странице 186. При соединении с катушкой и батареей она дает одно из самых прекрасных «электрических огненных колес», которые только можно описать. (Рис. 224.) Мистер Гроув поместил кусочек тщательно высушенного фосфора в маленькую металлическую чашку и накрыл его банкой с крышкой и проводом. Удалив воздух из приемника и пропустив через него электрический ток от катушки Румкорфа, он получил свет, полностью стратифицированный и смешанный поперечно с прямыми, но вибрирующими темными полосами.

Fig. 224. Fig. 224.

a, b, c, d, e, f. Различные трубки из разных видов стекла, содержащие газы и пары. Каждая трубка имеет платиновую проволоку, вставленную с обоих концов, с помощью которой осуществляется контакт с катушкой. Трубка a содержит ртуть, которая была прокипячена в ней, и воздух был вытеснен. При перемещении проводящей проволоки к g или h свет, который в противном случае проходит через всю трубку, останавливается в этих точках.

Третий эксперимент.

Когда две очень тонкие железные проволоки расположены в вертикальных столбиках (рис. 223) и удерживаются достаточно близко друг к другу, как на рис. 225, свет проходит от одной к другой. Проволока, от которой исходит свет, остается холодной, другая становится настолько горячей, что плавится в маленький шарик жидкого железа, и если между проволоками держать бумагу, она быстро загорается. (Рис. 225.)

Fig. 225. Fig. 225.

Плавление железной проволоки.

Четвертый эксперимент.

Удалите прерыватель. Прикрепите два провода к x x (рис. 226). Держите их так, чтобы по желанию замыкать и размыкать гальванический круг. Два других провода прикреплены к p p, их концы находятся на расстоянии около трех четвертей дюйма друг от друга. Когда ток замыкается или размыкается в a a, искра проходит между b b. (Рис. 226.)

Fig. 226. Fig. 226.

Замыкание и размыкание цепи.

Пятый опыт.

Лейденскую банку можно заряжать и разряжать с удивительной быстротой при соединении с катушкой, причем треск настолько частый, что он сливается в непрерывный резкий звук. (Рис. 227.) Если поместить лист бумаги между шариком Лейденской банки и проводом, он мгновенно пробивается, но не загорается.

Fig. 227. Fig. 227.

a b. Лейденская банка, оклеенная станиолем и стоящая на любом непроводнике, таком как гуттаперча, смоляная или стеклянная пластина, c.

Шестой опыт.

Когда Лейденская банка оклеена блестками из станиоля, в каждом разрыве появляется искра, и вся банка озаряется сотнями ярких искр при каждом заряде и разряде; поскольку это происходит с поразительной быстротой, свет кажется почти непрерывным. (№ 1. Рис. 228.) Чем больше Лейденская банка, тем короче искра, и наоборот. С помощью точно изготовленного винта и дюймовой шкалы можно точно определить расстояние между разрядными точками, соединенными с Лейденской банкой; г-н Хердер утверждает, что если Лейденская банка имеет один квадратный фут заряжаемой поверхности, она дает искру длиной в один дюйм, но если использовать банку меньшего размера, с заряжаемой поверхностью всего в полквадратного фута, искра будет длиной около полутора дюймов. (Рис. 228.)

Fig. 228. Fig. 228.

№ 1. Лейденская банка с блестками. № 2. Прибор Хердера для измерения длины искры Лейденской банки и катушки. p p. Стеклянные колонки. № 3. Два лучших вида блесток для наклеивания на Лейденскую банку.

Седьмой опыт.

Направление и быстрота тока, по-видимому, сильно влияют на нагревательную и воспламеняющую способность катушки, и следующий опыт, разработанный г-ном Хердером, служит любопытной иллюстрацией этого факта.

Когда ток проходит в направлении стрелок (рис. 229), платиновая проволока остается совершенно холодной, в то время как порох воспламеняется; и обратное происходит, если ток изменить на противоположный — а именно: порох не взрывается, но платиновая проволока нагревается. Во втором опыте в цепь включена Лейденская банка. (Рис. 229.)

Fig. 229. Fig. 229.

a. Катушка. b. Разрядник Хердера с тонкой платиновой проволокой p, висящей между точками. c. Другой разрядник, и порох, воспламеняющийся между точками на маленьком столике. Колонки разрядников стеклянные. Стрелки показывают направление электрического тока.

Восьмой опыт.

Среди столь многих прекрасных опытов трудно сказать, какой из них наиболее приятен, но по мягкости и изысканной окраске, в сочетании с непрерывным вибрирующим движением текущего электрического тока, ничто не может превзойти «опыт с каскадом». [Этот красивый опыт обычно называют «каскадом Гассиота» и описывается этим джентльменом следующим образом. Две трети стакана высотой четыре дюйма и диаметром два дюйма оклеиваются станиолем, оставляя полтора дюйма верхней части неоклеенными. На тарелку воздушного насоса помещается стеклянная пластина, а над ней — стакан, накрытый открытым стеклянным колоколом, на котором установлена латунная пластина с толстым проводом, проходящим через кожаную манжету; часть провода внутри колокола покрыта стеклянной трубкой; один конец вторичной катушки прикреплен к этому проводу, а другой — к тарелке насоса. По мере улучшения вакуума эффект становится весьма удивительным; сначала слабый чистый голубой свет, по-видимому, исходит от нижней части стакана к тарелке; он постепенно становится ярче, пока медленно не поднимается, увеличиваясь в блеске, пока не достигает той части, которая находится напротив или на одной линии с внутренним покрытием, при этом все пространство интенсивно освещается; затем начинается разряд, как если бы сама электрическая жидкость была материальным телом, переливающимся через край.] Этот результат достигается путем оклеивания внутренней части красивого стеклянного кубка станиолем и помещения его под колокол, снабженный кожаной манжетой и шариком, и установленный обычным образом на воздушном насосе. Как только достигается вакуум, шарик опускается внутрь кубка, и при подключении проводов от катушки непрерывная серия потоков электрического света, кажется, переливается через край кубка, и он предстает тогда как само воплощение «огненной чаши», символизирующее опасности винной чаши. (Рис. 230.)

Fig. 230. Fig. 230.

Каскад Гассиота.

Девятый опыт.

Если положить кусок дерева длиной пять дюймов и сечением полдюйма на столик разрядника, подвести один провод к верхнему краю, а другой приблизить на расстояние трех дюймов, касаясь дерева, и смочить пространство между ними крепчайшей азотной кислотой, становится виден любопытный эффект «ползущего» огня, который постепенно обугливает и сжигает дерево. (Рис. 231.)

Fig. 231. Fig. 231.

Сжигание куска дерева, смоченного крепчайшей азотной кислотой.

Десятый опыт.

Стеклянная пластина, смоченная гуммиарабиком, а затем посыпанная различными опилками железа, цинка, свинца, меди и т. д., дает очень красивый эффект дефлаграции, когда один из проводящих проводов перемещается по ее поверхности, а другой, разумеется, находится в контакте с пластиной. Гуммиарабик быстро высыхает, если поместить пластину в умеренно нагретую печь.

Одиннадцатый опыт.

Когда непрерывные разряды от Лейденской банки пропускаются через центр большого куска кристалла квасцов, медного купороса или железистосинеродистого калия и т. д., весь кристалл красиво освещается во время прохождения электричества от одного провода разрядника к другому. (Рис. 232.)

Fig. 232. Fig. 232.

a. Лейденская банка. b. Большой кусок квасцов с отверстием, просверленным на линии c d. Разрядные провода сближаются на расстояние трех восьмых дюйма друг от друга, и весь кристалл освещается блестящими электрическими искрами.

Двенадцатый опыт.

Когда между проводами разрядника помещается слегка увлажненный кусок бумаги, искра увеличивается до гораздо большей длины из-за проводящей способности воды, содержащейся в порах бумаги; и, принимая все во внимание, автор считает, что он наблюдал самые грандиозные эффекты от катушки, изобретенной и сконструированной г-ном Хердером, талантливым лектором и электриком с Запада Англии.

Тринадцатый опыт.

Электромагнитные катушечные машины уже довольно давно используются для облегчения некоторых «недугов, присущих плоти», путем применения разрядов. Их можно отрегулировать так, чтобы они были едва ощутимы, или сделать настолько мощными, что боль станет совершенно невыносимой.

Эти катушки теперь делаются самодействующими и состоят из двух катушек изолированной проволоки, намотанных на пучок проволок из мягкого железа, с необходимыми соединительными винтами для гальванической батареи. Контакт с батареей замыкается и размыкается с большой быстротой с помощью простой формы прерывателя, состоящего из луженого железного диска, удерживаемого пружиной над осью пучка железных проволок; и непрерывный шум прерывателя, который попеременно притягивается к пучку и возвращается пружиной, когда катушка находится в контакте с батареей, демонстрирует (без боли от получения разряда), когда прибор находится в полном рабочем состоянии.

Катушечная машина полезна не только с медицинской точки зрения, но и при правильной установке предлагает хороший прием для убегающего звонаря и является отличным профилактическим средством против незаконных попыток маленьких мальчиков прокатиться «зайцем».

Fig. 233. Fig. 233.

Мальчик, явно получивший разряд, позади докторской кареты, оснащенной небольшой катушечной машиной.

ГЛАВА XIX.

МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСТВО.

Взаимосвязь физических сил — тепла, света, электричества, магнетизма и движения — является одним из самых интересных предметов для изучения, которые можно предложить любителю науки. Исследование точного значения термина «взаимосвязь», столь искусно рассмотренного профессором Гроувом, указывает на необходимую взаимную или обоюдную зависимость одной силы от другой. Так, электричество производит тепло, и наоборот; движение, например трение, производит электричество, а последнее, благодаря своему притяжению и отталкиванию, утверждает себя как источник движения. Электричество производит свет, а также магнетизм, и, наоборот, считается, что свет обладает силой намагничивать сталь, в то время как магнетизм снова производит свет и электричество. Таковы тесные связи, существующие между этими невесомыми агентами, и мы можем проследить причину и следствие и их обратимость среди этих сил, пока разум не потеряется в изучении запутанных лабиринтов и не удовлетворится возвращением на проторенный путь, чтобы экспериментально проработать практические истины. Нам уже приходилось отмечать в другой части этого руководства тот факт, что электрический ток вызывает возникновение магнетизма при прохождении через различные проводящие среды, и эта истина была специально проиллюстрирована различными опытами в главе, посвященной электромагнетизму. Приступая к этой части электрической науки, нам не нужно придумывать новые термины для названия дискурса, так как мы просто меняем местами предыдущие, когда исследуем природу и особенности

МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСТВА.

Fig. 234. Fig. 234.

Магнитоэлектрическая машина Кларка.

Источником силы обязательно должен быть брусок или подковообразный кусок стали, постоянно наделенный магнетизмом. Если первый вставить в цилиндр из дерева или картона, вокруг которого тщательно намотаны катушки изолированной медной проволоки, так чтобы концы сообщались с гальванометром, происходит немедленное отклонение стрелки, которая, однако, быстро возвращается в исходное положение, но снова отклоняется в противоположном направлении при извлечении стального магнита из катушки медной проволоки. (Рис. 235.)

Fig. 235. Fig. 235.

a b. Катушка медной проволоки. c. Постоянный полосовой магнит, помещенный внутрь катушки, при этом стрелка гальванометра d отклоняется.

Быстрого входа и выхода стального магнита в спираль из медной проволоки было бы недостаточно для получения какого-либо количества электричества, и изобретательность человека была направлена на то, чтобы найти способ, с помощью которого магнит мог бы внезапно создаваться и разрушаться внутри катушки из изолированной медной проволоки. Однако трудность была преодолена несколькими остроумными приспособлениями, основанными на принципах, впервые открытых Фарадеем; и одно из них, заслуживающее особого внимания, — это вращение катушки медной проволоки, охватывающей кусок мягкого железа, называемый якорем, перед полюсами мощного магнита. Первая машина была изобретена г-ном Ипполитом Пикси из Парижа, в 1833 году г-н Сакстон усовершенствовал эту машину, а три года спустя г-н Э. М. Кларк описал очень остроумную модификацию электромагнитной машины, которая изображена ниже. На этом рисунке буквой a обозначены постоянные неподвижные подковообразные магниты, которые очень уместно называются батарейными магнитами, потому что они занимают положение, которое в противном случае занимала бы гальваническая батарея, и они действительно являются первоисточником электрической энергии, которая вызывается. d — это якорь интенсивности, который ввинчивается в латунный шпиндель, установленный между полюсами магнитов a, причем движение передается ему с помощью множительного колеса e. Этот якорь или индуктор имеет две катушки тонкой изолированной медной проволоки длиной 1500 ярдов, намотанные на его цилиндры, причем начало каждой катушки припаяно к стержню d, из которого выступает латунный стержень, также припаянный к d, несущий прерыватель h, который закрепляется в любом положении маленьким зажимным винтом в полом латунном цилиндре, к которому припаяны другие концы катушек f f, изолированные куском твердого дерева, прикрепленным к латунному стержню. o — это пружина из железной проволоки, прижимающаяся к одному концу полого латунного цилиндра; p — квадратная латунная стойка; q — металлическая пружина, которая слегка трется о прерыватель h; t — медная проволока для соединения латунных частей с деревом l между ними, из которого выходят p и o; r r — две латунные ручки с металлическими проводами, конец одного из которых вставлен в одну из латунных частей, соединенных с p и o, а другой — в латунный стержень, несущий прерыватель h, доставляет самый сильный разряд, как только колесо приводится в движение.

В электромагнитной машине Сакстона постоянные стальные магниты расположены горизонтально, а не перпендикулярно, и состоят из шести или более подковообразных кусков стали. Якоря, или индукторы, или электромагниты (ибо они состоят из кусков мягкого круглого железа с намотанной вокруг них проволокой) представлены в количестве двух штук и приспособлены для демонстрации эффектов либо количества, либо интенсивности. Якорь количества изготовлен из толстого железа и покрыт толстой изолирующей проволокой. Якорь интенсивности изготовлен из более тонкого железа и покрыт от одной до двух тысяч ярдов тонкой медной проволоки, покрытой шелком. Якорь количества предназначен для демонстрации результатов, подобных тем, которые можно получить от гальванической батареи, таких как магнитная искра, наведение магнетизма в мягком железе, нагревание платиновой проволоки. Якорь интенсивности используется для химического разложения воды и других тел, а также для нанесения тех ужасных ударов по нервной системе, которые заставляют сильных мужчин самого кроткого нрава приходить в болезненное возбуждение и издавать те восклицания, которые так свойственны роду Джон Булль.

ОПЫТЫ С МАГНИТОЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНОЙ.

Первый опыт.

Разложение воды путем пропускания электричества от одной платиновой пластины к другой уже было проиллюстрировано на стр. 198. Тот же факт можно также показать с помощью следующего устройства машины. (Рис. 236.)

Fig. 236. Fig. 236.

a. Прибор для разложения воды и раздельного сбора газов. b b. Провода, идущие от машины в точках m, n. q работает на одиночном прерывателе h.

Второй опыт.

Электрический свет, получаемый при прохождении электричества от батареи через угольные стержни, также является эффектом, который можно получить с помощью магнитоэлектрических машин, при этом провода, идущие от точек a b, изолированы стеклянными ручками и помещены в отверстия m n. (Рис. 237.)

Fig. 237. Fig. 237.

Электрический свет, полученный от магнитной машины.

Третий опыт.

Сцинтилляция (искрение) железной проволоки — один из самых приятных опытов с этим прибором, который выполняется путем легкого прижатия одного конца куска тонкой железной проволоки (прикрепленной с помощью зажимного винта к вертикальному стержню a) к якорю d. (Рис. 238.)

Fig. 238. Fig. 238.

Дефлаграция железной проволоки.

Четвертый опыт.

Сжигание эфира или другого воспламеняющегося спирта также можно продемонстрировать с помощью этого мощного аппарата, и устройство, как и другие, используемые г-ном Кларком, показано на рис. 239.

Fig. 239. Fig. 239.

Прерыватель удален, и на его место установлены двойные лезвия b. Латунная чашка a, содержащая ртуть, отрегулирована так, что точки покидают поверхность ртути, когда якорь находится в вертикальном положении. Эфир или спирт, налитый на поверхность, быстро воспламеняется электрической искрой.

С помощью магнитоэлектрической машины телеграфная связь может осуществляться без помощи батареи. Она также была применена в искусстве гальванопластики г-ном Дж. П. Вулричем из Бирмингема; и во время посещения этого места автор имел возможность наблюдать используемое устройство.

Оно состоит из очень мощной магнитоэлектрической машины, вращаемой паровым двигателем и соединенной с большими ваннами, содержащими раствор для серебрения. Если требуется нанести тонкий слой серебра на изделие, для действия машины достаточно короткого периода времени, в то время как толстое покрытие из драгоценного металла получается только при постоянной работе магнитов в течение нескольких часов. На фабрике г-на Вулрича изделия, которые покрывались серебром, все время находились в движении, медленно перемещаясь вперед и назад в ванне с помощью эксцентрика, соединенного с тем же паровым двигателем, который приводил в действие электромагнитную машину. (Рис. 240.)

Fig. 240. Fig. 240.

Серебрение и гальваническое покрытие с помощью магнитной машины, вращаемой паровым двигателем.

Магнитоэлектрический телеграф, запатентованный г-ном Хенли в 1848 году, предлагает еще один пример применения электрического тока, индуцированного в электромагнитных катушках, когда они вращаются в непосредственной близости от полюсов мощного стального магнита. Этот телеграф в настоящее время постоянно используется Английской и Ирландской магнитно-телеграфной компанией на расстоянии более 2100 миль. Общая длина используемых проводов составляет поразительное количество — 13 900 миль, из которых 6350 миль скрыты под землей, а 7500 проложены над ней.

Этот телеграф считается одним из самых простых и экономичных из всех, внедренных в практическую эксплуатацию.

ГЛАВА XX.

ДИАМАГНЕТИЗМ.

В конце главы, посвященной теме света, можно найти опыт, разработанный и проведенный д-ром Фарадеем, в котором показано, что если брусок особого стекла (названного в честь изобретателя «тяжелым стеклом Фарадея», или силикатным боросиликатом свинца) подвергнуть индуктивному действию очень мощного электромагнита, он обладает способностью изменять направление луча поляризованного света, проходящего через него. Этот эффект не ограничивается полюсами электромагнита, но также заметен (хотя и в меньшей степени) с обычными магнитами.

Результат этого важного опыта был сообщен Королевскому обществу д-ром Фарадеем 27 ноября 1845 года, причем формулировка факта этим ученым философом гласила: «что когда «линия магнитной силы» заставляется проходить через определенные прозрачные тела параллельно лучу поляризованного света, проходящему через то же тело, луч поляризованного света испытывает вращение». Теперь «линия магнитной силы» означает тот непрерывный поток магнитного тока, который проходит от полюса к полюсу и обозначается железными опилками, рассыпанными на бумаге, помещенной над полюсами магнита, и обычно называемыми «магнитными кривыми», или кривыми линиями магнитной силы. (Рис. 241.)

Fig. 241. Fig. 241.

Кривые линии магнитной силы.

Тяжелое стекло, о котором уже упоминалось и на которое магнит оказывает определенное влияние, называется

ДИАМАГНЕТИК;

и под этим термином понимается тело, через которое проходят линии магнитной силы, не воздействуя на него так, как на железо или сталь. На стр. 211 находится рисунок, представляющий (на рис. 201 и 202) направление электричества и направление магнитного тока или вихря под прямым углом к нему. Если, таким образом, рис. 202 рассматривать как кусок стекла, то стрелка a b покажет «линию магнитной силы», где точка b — северный полюс, а стержень a — южный полюс магнита, а начерченные вокруг стрелки будут представлять направление. Этот простой рисунок выражает весь закон действия магнита на стекло, и если его держать в поле зрения, он даст каждое положение и следствие направления, вытекающее из него.

Явление воздействия на луч поляризованного света непосредственно связано с магнитной силой, и это, как предполагается, доказывается тем, что яркость поляризованного луча развивается постепенно, поскольку железу, обмотанному проволокой, требуется около двух секунд, чтобы приобрести свою наибольшую силу после соединения с батареей.

В другом опыте Фарадея, где луч поляризованного света направлялся через длинную стеклянную трубку с водой, введенную в качестве сердечника внутрь мощной электромагнитной катушки, изображение свечи, рассматриваемое через соответствующий окуляр, появлялось или исчезало при замыкании или размыкании соединения батареи с катушкой; но этот результат многими философами не считается окончательным доказательством действия магнетизма на свет, а скорее изменением преломляющей способности среды, через которую проходит свет. Эти опыты были предшественниками других эффектов магнетизма на различные виды материи, которые открыл Фарадей, и он начал свое исследование с маленького бруска тяжелого стекла, подвешенного на шелковой нити между полюсами электромагнита, и когда скручивание или эффекты торсии прекратились, была подключена батарея. Как только ток прошел, зоркий глаз Фарадея обнаружил движение стекла, и, повторяя опыт, он обнаружил, что движение не было случайным, а всегда происходило в определенном фиксированном направлении — а именно, в направлении под прямым углом к линии, проведенной поперек и касающейся двух полюсов подковообразного магнита — т. е., если предположить, что питатель или кусочек мягкого железа, обычно помещаемый в контакт с полюсами подковообразного магнита, представляет «осевую линию», любая линия, проведенная поперек нее под прямым углом, будет называться «экваториальной линией», в то время как общее пространство, заключенное между полюсами магнита, называется «магнитным полем». Движение тяжелого стекла было, следовательно, экваториальным, и оно указывало на восток и запад, а не на север и юг, как железо и сталь.

Fig. 242. Fig. 242.

Куб из меди, подвешенный между полюсами мощного электромагнита.

Используя этот прибор (рис. 242), Фарадей доказал, что каждое вещество, будь то твердое, жидкое или газообразное, подвержено магнитным влияниям, принимая либо осевое, либо экваториальное положение. Прибор состоит из удлинения полюсов мощного электромагнита, между которыми медный куб весом от четверти до половины фунта, подвешенный на нити, может быть приведен во вращение. Если электромагнит соединен с батареей, куб немедленно останавливается, и пока он находится в том же положении или в магнитном поле, при магните в полном действии, невозможно заставить его снова вращаться или крутиться. (Рис. 242.)

Большое количество других веществ, твердых, жидких и газообразных, было подвергнуто действию магнита, причем жидкости и газы были герметично запаяны в стеклянные трубки, и некоторые из результатов подробно описаны в следующем списке:

Тела, которые ориентируются аксиально, или являются парамагнитными, подобно подвешенной игле.

Iron.

Nickel.

Cobalt.

Manganese.

Chromium.

Cerium.

Titanium.

Palladium.

Platinum.

Osmium.

Paper.

Sealing-wax.

Fluor spar.

Peroxide of lead.

Plumbago.

China ink.

Berlin Porcelain.

Red-lead.

Sulphate of zinc.

Shell-lac.

Silkworm-gut.

Asbestos.

Vermilion.

Tourmaline.

Charcoal.

All salts of iron,
  when the latter is basic.

Oxide of titanium.

Oxide of chromium.

Chromic acid.

Salts of manganese.

Salts of chromium.

Oxygen, which stands
  alone as a paramagnetic gas.

Тела, которые ориентируются экваториально, или являются диамагнитными, подобно тяжелому стеклу Фарадея.

Bismuth.

Antimony.

Zinc.

Tin.

Cadmium.

Sodium.

Mercury.

Lead.

Silver.

Copper.

Gold.

Arsenic.

Uranium.

Rhodium.

Iridium.

Tungsten.

Rock crystal.

The mineral acids.

Alum.

Glass.

Litharge.

Common salt.

Nitre.

Phosphorus.

Sulphur.

Resin.

Spermaceti.

Iceland spar.

Tartaric acid.

Citric acid.

Water.

Alcohol.

Ether.

Sugar.

Starch.

Gum-arabic.

Wood.

Ivory.

Dried mutton.

Fresh beef.

Dried beef.

Apple.

Bread.

Leather.

Fresh blood.

Dried blood.

Caoutchouc.

Jet.

Turpentine.

Olive oil.

Hydrogen.

Carbonic acid.

Carbonic oxide.

Nitrous oxide (moderately).

Nitric oxide (very slightly).

Olefiant gas.

Coal gas.

Азот не является ни парамагнитным, ни диамагнитным и эквивалентен вакууму. Магнитно рассматриваемый, он подобен самому пространству, которое можно считать равным нулю.

Термин «магнитный» Фарадей предлагает сделать общим, подобно термину «электричество», и включить в него все явления и эффекты, производимые этой силой, и он предлагает называть тела, магнитные в смысле железа, «парамагнитными», так что деление выглядело бы так:

Magnetic |   .........   | { Paramagnetic,
|  | { Diamagnetic;

Все пространство над и в пределах границ нашей атмосферы можно рассматривать как пронизанное линиями силы, и среди прочих существуют линии магнитной силы, которые воздействуют на тела, как показано в таблице парамагнитных и диамагнитных тел, которые имеют такое же отношение друг к другу, как положительное и отрицательное, или север и юг, в электричестве и магнетизме.

Предполагается, что линии магнитной силы проходят через пустое пространство без изменений; но когда они входят в контакт с материей любого рода, они либо концентрируются на ней, либо рассеиваются в зависимости от природы материи.

Сила, которая побуждает тела к осевым или экваториальным линиям, не является центральной силой, а силой, различающейся по характеру в осевом или радиальном направлениях. Если бы жидкое парамагнитное тело было введено в поле силы, оно бы расширилось аксиально и образовало вытянутый сфероид, подобный лимону, в то время как жидкое диамагнитное тело расширилось бы экваториально и образовало сплюснутый сфероид, подобный апельсину. Плюккер продемонстрировал, что если магнитные растворы поместить в часовые стекла поперек полюсов электромагнита, они скапливаются очень любопытным образом. Полюса электромагнита представляют собой куски мягкого железа, которые можно отодвигать или приближать по желанию, и в зависимости от того, ближе или дальше находятся полюса, магнитные жидкости, такие как раствор железа, скапливаются в одном или двух направлениях, как показано в b и c на рис. 243.

Fig. 243. Fig. 243.

Стеклянная чашка, содержащая магнитный раствор железа и помещенная в магнитное поле.

«Диамагнитная сила, несомненно, — говорит Фарадей, — имеет свое назначенное предназначение, и такое, которое относится ко всей массе земного шара. Ибо, хотя величина этой силы кажется слабой, однако, если учесть, что земная кора состоит из веществ, большая часть которых принадлежит к диамагнитному классу, не следует слишком поспешно предполагать, что их действие полностью подавляется действием магнитных веществ, в то время как огромная масса вод и атмосфера должны оказывать свое диамагнитное действие бесконтрольно».

Плюккер также объявил — в чем он в то время был уверен — в высшей степени интересный и важный факт, что оптическая ось исландского шпата или известкового шпата отталкивается магнитом и располагается экваториально — факт, который Плюккер считал верным для многих других кристаллов, когда магнитная ось параллельна длинной кристаллографической оси. Кусок кианита, минерала, состоящего из песка, глины, часто извести, железа, воды, который используется в Индии, будучи ограненным и отполированным как драгоценный камень и часто продаваемым как низший сорт сапфира, как говорят, даже под влиянием земного магнетизма будет располагаться подобно магнитной стрелке.

Плюккер полагал, что обнаружил существующую связь между формами мельчайших частиц материи и магнитными силами, и он воображал, что полученные им результаты постепенно приведут к определению кристаллической формы с помощью магнита. Опыты Тиндаля и Кноблауха, однако, привели к совершенно противоположному ряду выводов, и путем остроумного измельчения кристаллов с водой и превращения их в пасту, которая впоследствии высушивалась и подвешивалась как модель в «магнитном поле»; также путем взятия ломтика яблока толщиной примерно с пенни, с несколькими кусочками железной проволоки, проходящими через него в направлении, перпендикулярном его плоской поверхности, было обнаружено, что они устанавливаются экваториально не из-за отталкивания, а из-за притяжения железных проволок; или вместо железа, поместив висмутовые проволоки, яблоко теперь устанавливалось аксиально, не из-за притяжения, а из-за отталкивания висмута. Ипекакуановые леденцы, а также карлайлские бисквиты, подвешенные в магнитном поле, проявили самое поразительное направляющее действие. Материалы в этих двух случаях были диамагнитными; но из-за давления, приложенного при их формировании, их наибольшие горизонтальные размеры устанавливались от полюса к полюсу, причем линия сжатия была экваториальной; и это универсальный закон: «что в диамагнитных телах линия, вдоль которой плотность массы была индуцирована сжатием, устанавливается экваториально, а в магнитных телах — аксиально». Отсюда они делают вывод, на основании этих и многих других убедительных опытов, что кристаллизованные тела, такие как исландский шпат, занимают свое положение в магнитном поле без ссылки на существование «оптической оси».

В заключение блестящей лекции в Королевском институте д-ра Тиндаля «О влиянии материальной агрегации на проявления силы», в которой опыты Плюккера относительно отталкивания оптической оси были изящно обсуждены, а его теория опровергнута, ученый доктор сказал: «Сегодняшний дискурс в некоторой степени связан с этим местом; и, думая так, я прихожу к вопросу, в чем заключается истинная ценность научного открытия? Не только в его непосредственных результатах, но и в перспективе, которую оно открывает для интеллектуальной деятельности — в надеждах, которые оно возбуждает — в бодрости, которую оно пробуждает. Открытие, которое привело к результатам, представленным нам сегодня вечером, было именно такого характера. Тот магнит [E] был физической колыбелью этих результатов; и если они обладают какой-либо ценностью, их следует рассматривать как возвращенные крохи того хлеба, который в 1846 году был так щедро брошен на воды. Я радуюсь, дамы и господа, возможности, предоставленной мне здесь, воздать должное величайшему труженику века и положить некоторые из цветов того плодовитого дерева, которое он посадил, к ногам великого первооткрывателя диамагнетизма» [F].

[E] Намек на великолепный магнит, изготовленный Логеманом, который был отправлен на Выставку в Гайд-парке в 1851 году. Он мог выдержать вес в 430 фунтов и был приобретен Королевским институтом для д-ра Фарадея.

[F] Д-р Фарадей.

Впервые было замечено отцом Банкалари из Генуи, что когда пламя свечи помещается между полюсами магнита, оно сильно отталкивается. На пламя горючих газов из различных источников по-разному воздействуют как природа горючего, так и близость полюсов. Фарадей повторил опыты Банкалари и с помощью определенного расположения полюсов этого магнита получил мощный эффект в магнитном поле, и, имея осевую линию магнитной силы горизонтальной, он обнаружил, что когда пламя восковой свечи держали близко к осевой линии (но с той или другой стороны), и около одной трети пламени поднималось над уровнем верхней поверхности полюсов, как только магнитная сила начинала действовать, пламя отступало от осевой линии, двигаясь экваториально, пока не принимало наклонное положение, как если бы легкий ветер вызывал его отклонение от вертикального положения.

Когда пламя помещали так, чтобы оно поднималось точно поперек магнитной оси, эффект магнетизма был очень любопытным и показан в a, рис. 244.

При поднятии пламени немного выше эффект магнитной силы заключался в усилении уже упомянутых результатов, и пламя фактически принимало форму «рыбьего хвоста», как в c, рис. 244; и когда пламя поднимали до тех пор, пока около двух третей его не оказывались над уровнем осевой линии, а полюса сближали очень близко, пламя больше не поднималось между полюсами, а распространялось вправо и влево по обе стороны от осевой линии, создавая двойное пламя с двумя длинными языками, как в b, рис. 244.

Fig. 244. Fig. 244.

Эффект магнетизма на пламя свечи между полюсами магнита.

Именно эти опыты привели к важному открытию парамагнитного свойства кислорода и доказали решительным образом, что газообразные тела при нагревании становятся более сильно диамагнитными. Кислород, который (испытанный в воздухе) является сильно магнитным, становится диамагнитным при нагревании. Катушка платиновой проволоки, нагретая гальваническим током и помещенная под полюса аппарата Фарадея, вызывала сильный восходящий поток воздуха; но как только начинается магнитное действие, восходящий поток разделяется, и нисходящий поток течет вниз между восходящими потоками.

Открытие, говорит Силлиман, высокопарамагнитного характера кислородного газа и нейтрального характера азота, двух составляющих воздуха, справедливо считается фактом большого значения при изучении явлений земного магнетизма. Мы видим, таким образом, что одна пятая часть воздуха по объему состоит из элемента с выдающейся магнитной емкостью, подобно железу, подверженного большим физическим изменениям плотности, температуры и т. д., и совершенно независимого от твердой земли. В этой среде висят магнитные стрелки, используемые в качестве тестов, и поскольку эта магнитная среда ежедневно нагревается и охлаждается солнечными лучами, ее способность пропускать линии магнитной силы затем затрагивается, несомненно, влияя на суточные изменения магнитной стрелки.

Для полного обзора открытий Фарадея в области диамагнетизма читателю рекомендуется обратиться ко второму изданию всеобъемлющего и ученого труда д-ра Ноада под названием «Руководство по электричеству».

Переходя всегда от высот философии к более низким и «обычным вещам», нельзя не вспомнить старомодный метод раздувания вялого огня, и возникает естественный вопрос: следует ли считать кочергу слабым магнитом, и влияет ли она и притягивает ли к огню большее количество магнитного кислородного газа? (Рис. 245.)

Fig. 245. Fig. 245.

Интерьер оптического ящика в Политехникуме — вид на экран. Предполагается, что ассистенты показывают растворяющиеся виды.

ГЛАВА XXI.

СВЕТ, ОПТИКА И ОПТИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ.

Fig. 246. Fig. 246.

«Луна сияет ярко: — В такую ночь, как эта...» — «Венецианский купец».

"To gild refined gold, to paint the lily,
To throw a perfume on the violet,
To smooth the ice, or add another hue
Unto the rainbow, or with taper light
To seek the beauteous eye of heaven to garnish,
Is wasteful and ridiculous excess."

Совершенство не допускает дополнений, и именно это чувство могло бы остановить самого красноречивого оратора или блестящего писателя, который попытался бы выразить соответствующим языком похвалу, причитающуюся тому первому великому творению Всевышнего, когда Дух Божий носился над водою и сказал: «Да будет свет». Если бы какому-либо поэту было позволено восхвалять и прославлять этот трансцендентный дар, то это должен был бы быть вдохновенный Мильтон; который, насладившись благословением света и став свидетелем разнообразных и прекрасных явлений, сопровождающих его, мог, будучи пораженным слепотой, восторженно говорить о его сотворении теми возвышенными строками, начинающимися с —

"'Let there be light,' said God, and forthwith light
Ethereal, first of things, quintessence pure,
Sprung from the deep: and from her native east
To journey through the airy gloom began,
Sphered in a radiant cloud, for yet the sun
Was not; she in a cloudy tabernacle
Sojourn'd the while. God saw the light was good,
And light from darkness by the hemisphere
Divided: light the day, and darkness night,
He named."

Не может быть более славной темы для поэта, чем огромная польза света, или более возвышенного зрелища, чем разнообразные и прекрасные явления, которые его сопровождают. С тех пор как прозвучало божественное повеление, солнце продолжает светить и остается, «пока время не перестанет существовать», великим источником света для мира, средством раскрытия глазу человека всех прекрасных и разнообразных оттенков органического и неорганического мира. С помощью света мы наслаждаемся призматическими цветами радуги, прекрасными и постоянно меняющимися и разнообразными оттенками лесных деревьев, цветов, птиц и насекомых; различными формами облаков, прекрасным голубым небом, освежающими зелеными полями; или даже изящным украшением «прекрасного пола», их красивыми платьями изысканных узоров и цветов. Свет работает незаметно и во все времена года, способствуя чудесным химическим изменениям, и теперь справедливо вовлечен и используется для промышленных целей человека в приятном искусстве фотографии; точно так же, как тепло, электричество и магнетизм (все невесомые и невидимые агенты) полезно используются другими способами.

Источников, из которых происходит свет, шесть. Первый — это солнце, подавляющее нас своим размером и иногда уничтожающее жизнь своим интенсивным теплом и светом, когда пронзительные лучи не заслоняются дружественными облаками и парами, которые смягчают и уменьшают их интенсивность и предотвращают слишком частое повторение этого быстрого и страшного врага человека — солнечного удара.

Тело солнца считается обитаемым шаром, подобным нашему, и тепло и свет, возможно, исходят из одного из атмосферных слоев, окружающих его. Вероятно, существует три таких слоя: тот, который, как полагают, окутывает тело солнца и находится в непосредственном контакте с ним, называется облачным слоем; следующий за ним и над ним находится светящийся слой, и он считается источником тепла и света; третья и последняя оболочка имеет прозрачную газообразную природу. Эти идеи возникли у астрономов, которые тщательно наблюдали за солнцем и обнаружили наличие определенных черных пятен, называемых Maculæ, которые варьируются в диаметре от нескольких сотен миль до 40 или 50 000 миль и более. Существует также сероватый оттенок, окружающий черные пятна, называемый полутенью, а также другие пятна более светящегося характера, называемые факелами; действительно, весь диск солнца имеет пятнистый вид и усеян мелкими тенистыми точками. Причина этого объясняется предположением, что эти различные пятна представляют собой отверстия или разрывы в атмосферных слоях, через которые видно черное тело солнца или другие части трех слоев, точно так же, как если бы черный шар был покрыт красным, затем желтым, а затем синим шелком: при разрезании синего становится виден желтый; при вырезании кусочков синего и желтого становится виден красный; а при срезании части трех шелковых покрытий наконец открывается черный шар. По аналогичному принципу предполагается, что разнообразие пятен и извержений на лице или диске солнца может быть объяснено. Эволюция света, однако, не ограничивается солнцем, и он свободно исходит из земной материи путем механического действия, либо путем трения, либо в некоторых случаях путем простого удара. Так, оси железнодорожных вагонов вскоре становятся раскаленными от трения, если масляные отверстия засоряются; действительно, горячие оси очень часты при железнодорожных путешествиях, и когда это происходит, ощущается сильный запах горящего масла, и пламя выходит из буксы. Точильщик ножей предлагает знакомый пример производства света путем трения железа или стали о его сухой точильный камень.

Тот же результат в гораздо большем масштабе достигается с помощью аппарата, изобретенного покойным Джейкобом Перкинсом; сгорание стали происходит под действием, а именно трения диска из мягкого железа, вращающегося с большой скоростью о напильник или другой удобный кусок закаленной стали. (Рис. 247)

Fig. 247. Fig. 247.

Инструмент для сжигания стали.

Стенд имеет диск из мягкого железа, закрепленный на оси, которая вращается на двух антифрикционных латунных колесах. Диск с помощью ремня, работающего через колесо непосредственно под ним, совершает 5000 оборотов в минуту. Если самый твердый напильник прижать к краю вращающегося диска, скорость последнего создает достаточно тепла за счет сильного трения, чтобы расплавить ту часть напильника, которая приводится в контакт с ним, в то время как некоторые частицы напильника отрываются с силой и, будучи выброшенными в воздух, горят с тем красивым эффектом, который так свойственен стали. Если опыт проводится в затемненной комнате, можно заметить, что периферия вращающегося диска достигла светящегося красного каления. Тридцать лет назад каждый дом был обеспечен «трутом» и спичками, чтобы «добыть огонь». С появлением прометеев и люциферов кремень и сталь, трут и спички, обмакнутые в серу, исчезли, и теперь эту коробку можно было бы поместить в любой антикварный музей под портретом Гая Фокса и снабдить этикеткой: «инструмент для добывания огня, широко использовавшийся в начале девятнадцатого века». (Рис. 248.)

Fig. 248. Fig. 248.

c. Сталь. b. Кремень. e. Трут. d. Спички старомодного трута, a.

Трение куска дерева (закаленного огнем и заостренного) о другой, более мягкий вид, использовалось с незапамятных времен дикими народами для вызывания тепла и света; дерево вращается на манер дрели с безошибочной ловкостью руками дикаря, и, будучи окруженным легкой стружкой и мягко поддерживаемое дыханием, скрытый огонь с большим и непрестанным трудом наконец добывается. Как выгодно современные люциферы сравниваются с этими трудоемкими усилиями варварских племен! Ребенок теперь может добыть огонь с помощью химически приготовленного металла, и большая заслуга принадлежит тому человеку, который первым придумал метод смешивания фосфора и хлората калия и так отрегулировал эти опасные материалы, что они стали такими же безопасными, как «старый трут», и теперь стали одной из наших бытовых необходимостей. Воспламенение, или повышение тепла в твердом теле, является еще одним источником света и хорошо иллюстрируется производством осветительной способности при сгорании сала, масла, воска, камфина или светильного газа. Термин «воспламенение» происходит от латинского (ignis, огонь) и совершенно отличается и имеет совершенно иное значение, чем «сгорание». Если стеклянную банку наполнить углекислым газом и поместить в нее небольшой лоток, содержащий немного хлопкового пороха, окажется невозможным поджечь последний зажженной лучиной, т. е. путем сгорания (comburo, жечь), потому что газ гасит пламя, которое зависит от подачи кислорода; тогда как если медную или другую металлическую проволоку сделать раскаленной или воспламенить, углекислый газ не оказывает никакого влияния на тепло, и раскаленная проволока, проходя через газ, немедленно поджигает хлопковый порох.

Пламя состоит из трех частей — а именно: внешней пленки, которая непосредственно контактирует с воздухом и имеет слабую светимость или не имеет ее вовсе; также второй пленки, где откладывается углерод и, сначала путем воспламенения, а затем путем сгорания, производит свет; и, в-третьих, внутреннего пространства, содержащего несгоревший газ, который как бы ждет своей очереди достичь внешнего воздуха и быть потребленным обычным образом. (Рис. 249.)

Fig. 249. Fig. 249.

Пламя свечи. 1. Внешнее пламя. 2. Внутреннее пламя, которое плохо снабжается кислородом и где углерод откладывается и воспламеняется. 3. Внутренняя часть, содержащая несгоревший газ.

Химическое действие и электричество так часто упоминались в этой работе как источник тепла и света, что нет необходимости делать что-то большее, чем просто упомянуть их здесь, в то время как фосфоресценция (шестой источник света) в мертвой и живой материи, спонтанное производство света, хорошо известна и иллюстрируется «светлячком», «огненным жуком», светимостью воды океана или разлагающимися останками определенных рыб и даже человеческих тел. Фосфоресценция еще более любопытно иллюстрируется путем удержания листа белой бумаги, прокаленной устричной раковины или даже руки в солнечных лучах, а затем быстрого удаления в затемненную комнату, когда они кажутся светящимися и видимыми даже после того, как свет перестал падать на них.

Для исследования кратковременной фосфоресценции различных тел г-н Беккерель изобрел весьма остроумный прибор, называемый «фосфороскопом». Он состоит из деревянного цилиндра диаметром в один дюйм и длиной в семь дюймов, помещенного в угол черного ящика с электрической лампой внутри, так что три четверти цилиндра видны снаружи, а оставшаяся четверть подвергается воздействию внутреннего электрического света.

С помощью соответствующих колес цилиндр, покрытый каким-либо веществом (например, фосфором Беккереля), приводится во вращение со скоростью 300 оборотов в секунду, и при использовании этой или меньшей скорости различные фосфоры сначала подвергаются воздействию мощного света, а затем становятся видны наблюдателю снаружи ящика.

Принято считать, что свет образуется в результате испускания лучей светящимся телом. Если бросить рукой камень, выпустить стрелу из лука или ядро из пушки, мы прекрасно понимаем, как каждое из них может быть приведено в движение на определенное расстояние и почему они могут перемещаться в пространстве; но когда мы слышим, что свет проходит от Солнца, которое находится на расстоянии девяноста пяти миллионов миль от Земли, примерно за семь с половиной минут, интересно узнать, что это за сила, которая движет свет на такое огромное расстояние, а также какова, как предполагается, природа самого света.

Существуют две теории, объясняющие природу света и его распространение в пространстве; они названы в честь знаменитых людей, которые их предложили, а также по теоретическому механизму их соответствующих способов движения: таким образом, мы имеем ньютоновскую, или корпускулярную, теорию света и гюйгенсовскую, или волновую, теорию; первая названа в честь сэра Исаака Ньютона, а вторая — в честь Гюйгенса, другого весьма ученого математика. За много лет до того, как Ньютон совершил свое великое открытие состава света в 1672 году, математики были сторонниками волновой теории, и в число ее приверженцев входили не только Гюйгенс, но и Декарт, Гук, Мальбранш и другие ученые мужи. Человечество всегда было радо следовать за прославленными лидерами, это так намного легче, и в большинстве случаев, возможно, лучший путь — отказаться от собственного мнения, когда более ученые, чем мы сами, люди не только принимают, но и настаивают на истинности своих теорий; так было и с корпускулярной теорией, о которой систематически писал и которую поддерживал Эмпедокл, философ из Агригента на Сицилии, живший примерно за 444 года до христианской эры и, как говорят, бывший весьма ученым и красноречивым; он утверждал, что свет состоит из частиц, испускаемых светящимися телами, и что зрение осуществляется как за счет воздействия этих частиц на глаз, так и посредством зрительного влияния, испускаемого самим глазом. Со временем, по крайней мере через 2000 лет после выдвижения этой теории, философы постепенно отвергли корпускулярную теорию, пока великий Ньютон, примерно в середине XVII века, не выступил в качестве защитника, и, поставив на гипотезе свою печать одобрения, сразу же увлек за собой всю армию философов в ее пользу, так что вплоть до начала XIX века все явления света объяснялись на основе этой гипотезы.

Корпускулярная теория, сведенная к кратчайшему определению, предполагает, что свет является действительно материальным агентом, и требует от студента верить, что этот агент состоит из частиц, настолько невообразимо малых, что их невозможно взвесить, и, конечно, они не обладают весом; предполагается, что корпускулы испускаются целиком (подобно искрам горящей стали от фейерверка-джерба) Солнцем, неподвижными звездами и всеми светящимися телами; движутся с огромной скоростью и, следовательно, обладают свойством инерции; и вызывают ощущение зрения, ударяясь физически о расширенный нерв, сетчатку, квазиразум глаза. Д-р Юнг отмечает: «что согласно этой проекционной теории сила, затрачиваемая на свободное испускание света, должна быть примерно в миллион миллионов раз больше силы тяжести на поверхности Земли, и она должна либо действовать с одинаковой интенсивностью на все частицы света, либо должна проталкивать некоторые из них через большее пространство, чем другие, если ее действие более мощное, поскольку скорость во всех случаях одинакова — например, если проекционная сила слабее по отношению к красному свету, чем по отношению к фиолетовому, она должна продолжать свое действие на красные лучи на большее расстояние, чем на фиолетовые. В природе нет другого примера простого снаряда, движущегося со скоростью, одинаковой во всех случаях, какова бы ни была его причина; и чрезвычайно трудно представить, что такая огромная сила отталкивания может присутствовать во всех веществах, способных становиться светящимися, так что свет гниющего дерева или двух потертых друг о друга камешков может проецироваться точно с той же скоростью, что и свет, испускаемый железом, горящим в газообразном кислороде, или резервуаром жидкого огня на поверхности Солнца». Теперь одним из самых поразительных обстоятельств, касающихся распространения света, является равномерность его скорости в одной и той же среде. Эти и другие трудности в применении корпускулярной теории привлекли внимание покойного д-ра Юнга, и в 1801 году он вновь возродил и поддержал пренебрегаемую волновую теорию с такой большой способностью, что внимание многих ученых математиков было направлено на этот предмет, и теперь можно сказать, что корпускулярная теория почти, если не полностью, отвергнута, в то время как волновая теория снова и заслуженно используется для объяснения теории света и его распространения в пространстве. Согласно этой гипотезе предполагается, что вся Вселенная, включая мельчайшие поры всей материи, будь то твердая, жидкая или газообразная, заполнена высокоэластичной редкой средой самого разреженного характера, называемой эфиром, обладающей свойством инерции, но не гравитации. Этот эфир не есть свет, но свет производится в нем путем возбуждения со стороны светящихся тел вибрационного движения, подобного волнообразному движению воды, которое создает волны, или вибрации воздуха, дающей звук. Вода, приведенная в движение, создает волны. Воздух, приведенный в движение, создает звуковые волны. Эфир, т.е. теоретический эфир, пронизывающий всю материю, также приведенный в движение, создает свет. Природа вибрационной среды действительно лучше понимается при обращении к тому, что, как мы знаем, обладает обычными свойствами материи — а именно, к воздуху; и при прослеживании аналогии между распространением звука и света трудности волновой теории очень быстро исчезают. Чтобы проиллюстрировать вибрацию, достаточно взять бокал для пальцев и, закрепив маленький эбонитовый шарик, прикрепленный к шелковой нити, с помощью изогнутой латунной проволоки прямо над ним, так чтобы шарик мог касаться внешней или внутренней стороны стекла, необходимо обратить внимание на покой шарика, когда смычок скрипки слегка проводят по краю стекла, не производя звука, и на противоположный эффект, полученный при таком движении и нажатии на смычок, что издается резкий звук, когда маленький шарик немедленно отбрасывается от края, причем отталкивающее действие продолжается до тех пор, пока звук производится вибрацией стекла. (Рис. 250.)

Fig. 250. Fig. 250.

a. Бокал для пальцев. b. Скрипичный смычок. c. Эбонитовый шарик. Пунктирный шарик показывает, как он отталкивается во время вибрации стекла.

Здесь вибрации сначала возникают в стекле и, передаваясь окружающему воздуху, создают звук; если бы тот же эксперимент можно было провести в вакууме, стекло могло бы вибрировать, но, не будучи окруженным воздухом, звук не был бы произведен. Этот факт доказывается тем, что сначала звонят в колокольчик с помощью соответствующего механизма, закрепленного под приемником, помещенным на пластине воздушного насоса; звук колокольчика слышен до тех пор, пока насос не приводится в действие и приемник постепенно не откачивается, когда звон становится все тише и тише, пока не становится совершенно неслышным. Этот эксперимент становится более поучительным, если постепенно снова впускать воздух в откачанный сосуд и одновременно звонить в колокольчик, когда звук постепенно становится громче, пока не достигнет своей полной силы. Солнце и другие светящиеся тела можно сравнить с бокалом для пальцев, и предполагается, что они от природы наделены вибрационным движением (своего рода постоянной лихорадкой), только вместо того, чтобы приводить в движение воздух, предполагается, что эфир приводится в волнообразное движение, которые распространяются через пространство и передают впечатление света от светящегося объекта. Другой знакомый пример волнообразной среды показан при бросании камня в водоем; первый немедленно вдавливает и вытесняет определенное количество частиц последнего, следовательно, окружающие молекулы воды нагромождаются выше своего уровня; под действием силы тяжести они снова опускаются и выбрасывают другую волну, эта при оседании поднимает другую, пока сила первоначальной и более высокой волны не затухает у края водоема в слабейшую рябь. Однако необходимо понимать, что не частицы воды, впервые приведенные в движение, перемещаются и распространяются концентрическими кругами; но сила распространяется путем подъема и опускания каждой отдельной частицы воды, когда она возмущается импульсом нисходящей волны перед ней. Стоя на конце пирса или на скале, о которую разбивается море, обычно слышишь, как наблюдатель кричит, если погода штормовая и волны очень высокие: «О! Вот идет большая волна!», как будто вода перемещалась физически от того места, где ее впервые заметили, тогда как перемещается просто сила, которая в конечном итоге воздействует на воду, ближайшую к скале. На самом деле это прогрессивное действие, точно так же, как ветер проносится над широким полем кукурузы и пригибает колосья один за другим, придавая им на время вид волн. Принцип последовательного действия хорошо показан при размещении ряда бильярдных шаров, касающихся друг друга; если ударить по первому, движение передается через остальные, которые остаются неподвижными, в то время как последний только вылетает со своего места. Сила проходит через все шары, которые просто действуют как носители, их движение ограничено, и только последний меняет свое положение. Прогрессивное движение также хорошо демонстрируется путем расположения шести или восьми намагниченных игл на остриях в ряд, всеми северными полюсами в одном направлении. (Рис. 252.)

Fig. 251. Fig. 251.

Мальчик бросает камни в воду и создает круговые волны.

Fig. 252. Fig. 252.

a b. Серия игл, расположенных как описано. c. Полосовой магнит, северным полюсом n к иглам. Пунктирные линии показывают направление, постепенно принимаемое всеми иглами, начиная с d.

При приближении северного полюса полосового магнита к тому же полюсу одного конца ряда игл очень любопытно видеть, как они поворачиваются в противоположном направлении постепенно, одна за другой, по мере того как сила отталкивания полосового магнита постепенно воздействует на подобные полюса в магнитных иглах. Волнообразные движения волн воды также прекрасно показаны при использовании прибора, состоящего из желоба со стеклянным дном и экраном над ним, как описано на странице 10. Передача вибраций из одного места в другое также замечательно показана в телефонном концерте профессора Уитстона (см. страницу с рисунком), где музыкальные инструменты, как в Политехникуме, были размещены автором в подвале, а вибрация проводилась только по деревянным стержням к декам наверху, так что музыка подавалась подобно газу или воде. Эти вибрации или волнообразные движения в воздухе, воде и теоретическом эфире поэтому были названы волнами воды, волнами звука и волнами света, точно так же, как если бы трое часов были сделаны из трех разных металлов, механизм оставался бы тем же, хотя материал, или в данном случае среда, был бы разным в каждом.

Любое увеличение числа вибраций воздуха создает острые звуки, в то время как уменьшение сопровождает низкие звуки, и когда волны следуют друг за другом не менее шестнадцати раз в секунду, создается самый низкий звук. Предполагается, что свет и цвета обусловлены подобной причиной, и для создания красного луча должно произойти не менее 477 миллионов миллионов вибраций в секунду времени; оранжевого — 506; желтого — 535; зеленого — 577; синего — 622; индиго — 658; фиолетового — 699; а белый свет, который состоит из этих цветов, насчитывает 541 миллион миллионов волнообразных движений в секунду.

Хотя свет движется с такой поразительной быстротой, конечно, требуется определенное время для его прохождения через пространство — в природе нет ничего мгновенного. Определенный период времени, как бы мал он ни был, должен пройти при совершении любого действия, и тщательным наблюдением времени, в которое воспринимаются затмения спутников Юпитера, было доказано, что свет движется со скоростью 192 500 миль в секунду, а по аберрации неподвижных звезд — 191 515, среднее значение этих двух наборов наблюдений, вероятно, даст правильную скорость. Однако такую скорость несколько трудно оценить, и поэтому, чтобы помочь нашему пониманию их огромной величины, сэр Дж. Гершель привел некоторые очень интересные сравнительные расчеты, и, исходящие от такого авторитета, мы можем легко поверить в их правильность.

«Пушечному ядру, движущемуся равномерно с максимальной скоростью, потребовалось бы семнадцать лет, чтобы достичь Солнца. Свет преодолевает то же расстояние примерно за семь с половиной минут.

«Самой быстрой птице при ее предельной скорости потребовалось бы почти три недели, чтобы совершить кругосветное путешествие, если предположить, что она могла бы продолжать путь, не останавливаясь для приема пищи или отдыха. Свет преодолевает то же расстояние за меньшее время, чем требуется для одного взмаха ее крыла».

Отложив пока теорию волнообразных движений, необходимо будет рассмотреть явления света, рассматривая его как лучистую материю, без ссылки на любую из спорящих теорий.

Свет исходит от Солнца, проходит миллионы миль до Земли, и по мере того, как он падает на различные вещества, проявляется множество эффектов. Существует определенный класс тел, которые препятствуют прохождению лучей света, и там, где нет света, отбрасывается тень, и вещество, создающее тень, называется непрозрачным. Дерево, камень, металлы, древесный уголь — все это примеры непрозрачности; в то время как стекло, тальк и рог позволяют определенному количеству лучей проходить через свои частицы и поэтому называются прозрачными. Природа, однако, никогда не впадает в резкие крайности, и поскольку нет вещества, настолько непрозрачного, чтобы (при уменьшении толщины) не позволять определенному количеству света проходить через свое вещество, так, с другой стороны, насколько бы прозрачным ни было тело, большее или меньшее количество лучей всегда задерживается, и поэтому непрозрачность и прозрачность рассматриваются как две крайности длинной цепи; будучи соединенными многочисленными промежуточными звеньями, они переходят с незаметными градациями одно в другое.

Если сусальное золото, толщина которого составляет около одной двухсотой части дюйма, закрепить на стеклянной пластине и подержать перед светом, становится заметным зеленый цвет, причем золото выглядит как зеленое полупрозрачное вещество. Когда стеклянные пластины кладут одну на другую и наблюдают пламя свечи сквозь них, свет уменьшается чрезвычайно по мере увеличения количества стеклянных пластин. Даже в воздухе значительная часть света перехватывается. Было подсчитано, что из горизонтальных солнечных лучей, проходящих через около двухсот миль воздуха, до нас доходит только одна двухтысячная часть, и что никакой ощутимый свет не может проникнуть глубже семисот футов в море; следовательно, огромные глубины, обнаруженные при прокладке Атлантического телеграфа, должны находиться в абсолютной темноте.

Свет выбрасывается во все стороны от светящегося тела, подобно спицам колеса телеги, и при отсутствии каких-либо препятствий лучи распределяются равномерно во все стороны, расходясь подобно радиусам, проведенным из центра круга. Как естественное следствие, вытекающее из расхождения каждого луча от другого, интенсивность света уменьшается по мере увеличения расстояния от светящегося источника, и наоборот. Пожалуй, лучшее механическое представление об этом законе дает обычный веер; точку, из которой расходятся стержни и где они все встречаются, можно назвать светом; стержни — это лучи, исходящие из него. (Рис. 253.)

Fig. 253. Fig. 253.

Веер держат в одной руке, и первым пальцем другой можно коснуться всех стержней, если поместить их достаточно близко к A; и если предположить, что стержни называются лучами света, интенсивность должна быть велика в этой точке, потому что все лучи падают на нее; но если палец переместить к внешнему краю — а именно, к b, он теперь касается только некоторых трех или четырех стержней; и, следуя аналогии, очень немногие лучи падают на эту точку — следовательно, интенсивность света уменьшилась, или, говоря правильно, «Свет уменьшается обратно пропорционально квадратам расстояния». Этот закон уже был проиллюстрирован на странице 13; и в качестве эксперимента лучам от оксиводородного фонаря можно позволить пройти через квадратное отверстие (скажем, два дюйма в квадрате) и направить их на прозрачный экран, разделенный на квадраты темными линиями, так что свет на определенном расстоянии освещает один из них; тогда окажется, что на двойном расстоянии могут быть освещены четыре, на тройном — девять и так далее. (Рис. 254.)

Fig. 254. Fig. 254.

Фонарь на трех расстояниях от прозрачного экрана, который разделен на девять равных квадратов.

На этом законе основано использование фотометров, или приборов для измерения света, и если бы потребовалось грубо оценить осветительную способность какой-либо лампы по сравнению со светом восковой свечи, шесть штук на фунт, эксперимент следует проводить в темной комнате, из которой должен быть исключен любой другой свет, кроме света от исследуемых лампы и свечи.

Лампу, только с дымоходом, теперь помещают, скажем, в двенадцати футах от стены, а палку или стержень ставят вертикально и примерно в двух дюймах от последней, так что на стене отбрасывается тень; если теперь зажечь свечу и дать ей правильно разгореться, будут видны две тени от стержня, одна от лампы — черная и отчетливая, а другая от свечи — чрезвычайно слабая, пока ее не приблизят ближе к стене — скажем, на расстояние трех футов — когда две тени могут стать равными по черноте. (Рис. 255.) После того, как это станет очевидным для одного или нескольких человек, расстояния лампы и свечи от стены тщательно измеряются, и, будучи возведенными в квадрат, а большее число разделенным на меньшее, частное дает осветительную способность. Например:

The lamp was 12 feet from the wall | 12 × 12 | = 144.
The candle was 3 feet     " |  3 ×  3 | =   9.

9) 144 ———— 16

Следовательно, осветительная способность лампы равна 16 восковым свечам, шесть штук на фунт.

Fig. 255. Fig. 255.

a. Лампа. b. Свеча. c. Стержень, отбрасывающий две тени, обозначенные d и e, на белую стену или лист бумаги.

Существуют другие и более утонченные способы выяснения того же факта, но для грубого приближения к истине описанный план вполне подойдет.

Самый забавный эффект можно создать на принципе, что каждый свет отбрасывает свою собственную тень, называемый «пляской смерти» или «пляской ведьм»; любой из этих приятных сюжетов рисуется, и контуры вырезаются из листа картона. Если натянуть или повесить влажную простыню на одной стороне частично открытых двустворчатых дверей, между которыми прикреплен картон, а пространство, оставленное сверху и снизу, закрыть темной тканью, как только комната перед простыней будет затемнена, а за фигурой, вырезанной в картоне, будет держать зажженную свечу, на простыню отбрасывается одна тень или изображение, и эти тени могут быть увеличены в зависимости от количества используемых свечей, и если их держат два или три человека и перемещают вверх-вниз или в стороны, тени следуют за направлением свечей и создают вид танца. (Рис. 256.)

Fig. 256. Fig. 256.

«Перед занавесом».

Fig. 257. Fig. 257.

«За занавесом».

Еще один очень комичный эффект тени называется «прыжок до потолка», и когда он выполнялся в большом масштабе автором на огромной простыне, подвешенной в центральном трансепте Хрустального дворца в Сиденхэме, он имел самый смехотворный эффект и вызывал величайшее веселье у детей всех возрастов. (Рис. 258.)

Fig. 258. Fig. 258.

Смехотворный эффект теней в Хрустальном дворце.

Этот весьма эффектный результат достигается путем размещения оксиводородного света в нескольких футах за большой простыней, и, конечно, если кто-то проходит между ними, тень этого человека отбрасывается на простыню, затем, идя к свету, фигура уменьшается в размере, а при перепрыгивании через него тень, кажется, поднимается до потолка и опускается, когда прыжок совершается в противоположном направлении через свет и к простыне. Обоснование этого эксперимента очень простое и является еще одним доказательством того, что распределение света от светящегося источника происходит во всех направлениях. При перепрыгивании через свет радиусы, проецируемые от свечи через простыню, пересекаются, и тень поднимается или опускается по мере того, как фигура проходит вверх или вниз. (Рис. 259.)

Fig. 259. Fig. 259.

Лучи света, обозначенные a b c d e, исходящие от зажженной свечи или оксиводородного света. Стрелка, указывающая направо, показывает, как эти лучи пересекаются при прыжке до потолка; а вторая стрелка, указывающая налево, показывает обратное.

Пучок света определяется как совокупность лучей, и это удобное определение, потому что оно предотвращает путаницу, если говорить только об одном луче при попытке объяснить, как свет распределяется при особых обстоятельствах.

Самая малая часть света, которую, как предполагается, можно отделить, поэтому называется лучом, и она будет проходить через любую среду той же плотности по совершенно прямой линии; но если она переходит из этой среды в другую, другой плотности, или в любое другое твердое, жидкое или газообразное вещество, она может быть распределена четырьмя различными способами, будучи либо отраженной, преломленной, поляризованной или поглощенной.

Отражение света — это первое свойство, которое будет рассмотрено, и будет обнаружено, что каждое вещество в природе обладает в большей или меньшей степени способностью отбрасывать лучи света, которые падают на них. Так, если мы войдем в совершенно затемненную комнату, содержащую все виды работ, созданных природой или искусством, такие как цветы, птицы, коробки с насекомыми, богатые ковры, драпировки, картины, статуи, ювелирные изделия и т.д., они не могут вызвать никакого удовольствия, потому что они невидимы, но как только в комнату вносят зажженную лампу, лучи падают на все окружающие объекты и, отражаясь от их поверхностей, входят в глаз и там производят явления зрения.

Эта связь между светящимися и несветящимися телами становится очень очевидной, если учесть, что Солнце выглядело бы только как интенсивный свет на темном фоне, если бы Земля не была окружена различными слоями воздуха, в которых расположены облака и пары, которые коллективно отражают и рассеивают свет, чтобы сделать его выносимым для зрения. Именно когда небо очень ясное в июле или августе, жара становится такой интенсивной, как только облака начинают формироваться и плавать вокруг, жара тогда смягчается.

Много лет назад барон Александр Функ, посещая некоторые серебряные рудники в Швеции, заметил, что в ясный день под землей в устье шахты на глубине шестидесяти или семидесяти саженей было темно, как в бочке; тогда как в облачный или дождливый день он мог даже читать на глубине 106 саженей. Спросив шахтеров, он узнал, что это всегда так, и, размышляя об этом, он совершенно справедливо предположил, что это происходит из-за того обстоятельства, что когда атмосфера полна облаков, свет отражается от них в шахту во всех направлениях, так что тем самым значительная часть лучей отражается перпендикулярно на землю; тогда как когда атмосфера ясна, нет непрозрачных тел, чтобы отражать свет таким образом, по крайней мере, в достаточном количестве, а лучи от самого Солнца никогда не могут падать перпендикулярно в Швеции. Использование отражающих поверхностей стало теперь вполне обычным во всех переполненных городах, и особенно в Лондоне, где даже лучей света слишком мало, чтобы их терять, и плоские или гофрированные зеркала помещаются под разными углами, либо чтобы направить свет снаружи на побеленный потолок внутри и тем самым получить лучше рассеянный свет по всей квартире, либо он отражается целиком в какую-нибудь заднюю комнату, или, скорее, темный кирпичный ящик, где, возможно, в течение полувека свечи требовались в ранний час после полудня. Бриллиантовая огранка в алмазах — это такое расположение задних граней, или срезанных граней драгоценного камня, что весь свет, достигающий их, должен быть отброшен назад и отражен, и тем самым придать необычайный блеск камню.

Интенсивный блеск снега в Альпийских регионах давно замечен, и отраженный свет настолько мощный, что философы были даже склонны полагать, что снег обладает естественной или присущей ему светимостью и испускает свой собственный свет. Г-н Бойль, однако, опроверг это мнение, поместив количество снега в комнату, из которой был исключен весь посторонний свет, и ни он, ни его спутник не могли заметить, чтобы испускался какой-либо свет, хотя, по принципу мгновенной фосфоресценции, вполне возможно представить, что если бы снег внезапно внесли в затемненную комнату после воздействия лучей Солнца, он испускал бы в течение нескольких секунд заметный свет. При проведении такого эксперимента один человек должен подвергнуть снег воздействию Солнца и принести его в совершенно затемненную комнату второму человеку, чьи глаза были бы готовы принять малейшее впечатление света, и если бы существовала какая-либо фосфоресценция, она должна была бы быть очевидной.

Свойство отражения также проиллюстрировано в грандиозном масштабе в освещении нашего спутника, Луны, и различных планетных тел, которые светят светом, отраженным от Солнца, и не имеют присущей им самосветимости. Аристотель хорошо знал, что именно отражение света от атмосферы предотвращает полную темноту после захода Солнца и в местах, куда лучи Солнца фактически не падают в дневное время. Он также был того мнения, что радуги, гало и ложные солнца — все они были вызваны отражением солнечных лучей при различных обстоятельствах, посредством чего создавалось несовершенное изображение Солнца, причем проявлялся только цвет, но не надлежащая фигура.

Изображение, говорит Аристотель, не является единичным, как в зеркале, ибо каждая капля дождя слишком мала, чтобы отразить видимое изображение, но соединение всех изображений видимо. Аристотель приписывал все эти эффекты отражению света, и будет замечено, когда мы перейдем к рассмотрению преломления света, что, конечно, его взгляды должны быть серьезно изменены.

На отражение света влияет скорее состояние поверхности, чем все тело вещества, так как кусок угля может быть покрыт золотой или серебряной фольгой и заставлен сиять, в то время как самое яркое зеркало тускнеет от тончайшей пленки влаги.

От какой бы поверхности ни отражался свет, это всегда происходит в соответствии с двумя фиксированными законами.

Первый. Падающий и отраженный лучи всегда лежат в одной плоскости.

Второй. Угол падения равен углу отражения.

С помощью одной шарнирной двухфутовой линейки оба этих закона легко проиллюстрировать. Линейку можно держать в руке, и один конец, отмеченный кусочком белой бумаги, можно назвать падающим лучом, т.е. лучом, который падает на поверхность; а другой — отраженным лучом, тем, который отброшен или отброшен назад. Перпендикуляр поднимается путем удерживания палки вертикально в шарнире. (Рис. 260.)

Fig. 260. Fig. 260.

a d. Двухфутовая линейка; конец a можно назвать падающим лучом, а конец d — отраженным лучом. s. Палка, удерживаемая перпендикулярно. Угол a b c равен углу d e f, и все это можно перемещать в любом направлении или плоскости, либо горизонтально, либо перпендикулярно, g g. Отражающая поверхность.

Одним из самых простых и приятных заблуждений, создаваемых отражением света, является то, которое достигается путем вырезания контура вазы, или статуэтки, или цветка, нарисованного на картоне, и если оставить прикрепленными определенные точки, чтобы дизайн не выпал, весь эффект солидности придается путем отгибания краев картона назад, так что свет от свечи, помещенной позади него, может отражаться от заднего края одного картона на дизайн, который отогнут назад. Свет, отраженный от одной поверхности на другую, придает своеобразный мягкий и мраморный вид, и когда дизайн хорошо нарисован и вырезан, и помещен в хорошем положении, иллюзия очень совершенна, и он выглядит как твердая форма, а не просто дизайн, вырезанный из картона. (Рис. 261.)

Fig. 261. Fig. 261.

Картонный дизайн в рамке, вырезанный и отогнутый назад. Зажженная свеча находится позади.

Лист сбоку от вышеприведенного рисунка предназначен для того, чтобы дать представление о способе вырезания дизайнов, и в этом случае лист был бы вырезан и отогнут назад, а небольшая прикрепленная полоска картона оставлена, чтобы предотвратить его выпадение.

Картонный дизайн всегда отгибается к свету, который помещен позади него. В качестве хорошей иллюстрации важности отраженного света и его связи со светящимися телами, пучок света от оксиводородного фонаря можно позволить пройти над поверхностью стола, когда будет замечено, что последний освещается только тогда, когда пучок отражается вниз листом белой бумаги.

Обращаясь к двум уже объясненным законам отражения, легко проследить на бумаге, с помощью циркуля и линейки, эффект плоских, вогнутых и выпуклых поверхностей на параллельные, расходящиеся или сходящиеся лучи света, и, возможно, это поможет памяти, если запомнить, что плоская поверхность означает ту, которая плоская с обеих сторон, такую как зеркало: выпуклая поверхность представлена внешней стороной часового стекла; вогнутая поверхность — внутренней стороной часового стекла; параллельные лучи подобны прямым линиям в тетради для копирования; расходящиеся и сходящиеся лучи подобны стержням веера, развернутым по мере того, как стержни разделяются или расходятся; стержни веера сходятся вместе, или сходятся у ручки.

Отражение лучей от плоской поверхности можно лучше понять, обратившись к приложенной диаграмме. (Рис. 262.)

Fig. 262. Fig. 262.

a i, a k. Два расходящихся луча, падающих на плоскую поверхность, d. a d перпендикулярен и отражается обратно в том же направлении. a i расходящийся и отбрасывается под i l. Падающий и отраженный лучи образуют равные углы, как доказано перпендикуляром h. Любое изображение, отраженное в плоском зеркале, кажется настолько же позади него, насколько объект перед ним, а пунктирные линии, встречающиеся в g, показывают кажущееся положение отраженного изображения позади стекла, как видно в g. Тот же факт показан и на второй диаграмме, где отраженная картина, i m, появляется на том же расстоянии позади поверхности зеркала, что и объект, a b, перед ним.

При правильном расположении плоских зеркал можно создать ряд забавных заблуждений, одно из которых иногда встречается на улицах и называется «искусством смотреть сквозь четырехдюймовую доску». Зрителя сначала просят посмотреть в трубку, через которую он видит все, что может проходить мимо прибора в это время; затем оператор помещает доску поперек середины трубки, которая для этой цели вырезана, и к изумлению подростков вид не ухудшается, и зритель все еще воображает, что смотрит сквозь прямую трубку; однако это не так, поскольку обман полностью осуществляется отражением и объясняется на следующем рисунке. (Рис. 263.)

Fig. 263. Fig. 263.

a a a a. Отверстия, через которые зритель сначала смотрит. b. Кусок дерева толщиной четыре дюйма. c, d, e, f — четыре куска зеркала, расположенные так, что лучи света, входящие с одного конца трубки, отражаются вокруг к другому, где помещен глаз наблюдателя.

Во время осады Севастополя многие из наших лучших артиллеристов постоянно снимались винтовками противника, а также пушечными выстрелами, и чтобы положить конец безрассудству и неосторожности людей, было изобретено очень остроумное приспособление преподобным Уильямом Тейлором, помощником г-на Денисона в создании первого колокола «Биг-Бен». Оно называлось отражающей подзорной трубой, и благодаря своей простой конструкции делало暴露 (выставление) моряков и солдат, которые выглядывали бы из-за парапета или других частей укреплений, чтобы наблюдать за эффектом своего выстрела, совершенно ненужным; в то время как другая форма была сконструирована для того, чтобы позволить артиллеристу «наводить» или целиться из своего орудия в безопасности. Инструменты были показаны лорду Панмуру, который был настолько убежден в важности изобретения, что немедленно поручил преподобному Уильяму Тейлору изготовить ряд этих телескопов; и если бы осада не закончилась как раз в то время, когда изобретение должно было быть использовано, несомненно, было бы достигнуто большое сохранение ценных жизней квалифицированных артиллеристов в союзных армиях. Принцип отражающей подзорной трубы можно понять, обратившись к следующему рисунку. (Рис. 264.)

Fig. 264. Fig. 264.

Картина вражеской батареи, как предполагается, находится на зеркале, a, откуда она отражается к b, а оттуда к артиллеристу в c.

Размещая два зеркала под углом 45°, отраженное изображение человека, смотрящего в одно, отбрасывается в другое, и, конечно, эффект несколько поразителен, когда голова смерти и скрещенные кости или другой веселый предмет вводится напротив одного зеркала, в то время как кто-то, кто не знаком с заблуждением, смотрит в другое. Две смежные комнаты могли бы иметь свои зеркала, расположенные таким образом, при условии, что за ними проходит проход. (Рис. 265.)

Fig. 265. Fig. 265.

a. Зеркало под углом 45 градусов. Стрелки показывают направление отраженного изображения. b. Второе зеркало, также под углом 45 градусов; лицо человека, смотрящего в a, отражается в b. c — перегородка между комнатами.

Один из самых поразительных эффектов, который можно продемонстрировать людям, невежественным в общих законах отражения света, называется «волшебным зеркалом» и описан сэром Вальтером Скоттом в его графическом рассказе с таким названием. Аппаратура для этой цели должна быть хорошо спланирована и закреплена в соответствующей комнате для этой цели, и если ее проводить тщательно, может удивить даже ученых. Длинная и несколько узкая комната должна быть завешена черной тканью, а в одном конце может быть помещено большое зеркало, расположенное так, что оно будет поворачиваться на петлях, как дверь. Круг мага может быть помещен в другом конце камеры, в котором зрители должны быть жестко ограничены, и нет почти никаких сомнений, что расположение, которое сейчас будет описано, ранее использовалось умными астрологами, которые притворялись, что смотрят в будущее и поддерживают общение со сверхъестественными силами. Доверчивость людей, которые консультировались с этими «мудрецами», неудивительна, если учесть невежество публики в целом об общих физических законах и о чудесах, которые могут быть совершены без помощи «злого духа»; более того, посвященные очень заботились о том, чтобы скрыть механизм своих тайн, никогда не сообщая иллюзорные трюки даже своим самым верным подчиненным, кроме как под торжественными клятвами секретности, потому что они извлекали во многих случаях значительную прибыль своими притворными заклинаниями и жонглерскими трюками, и поэтому были заинтересованы в том, чтобы держать внешний мир в невежестве. Волшебники всегда старались впечатлить тех, кто приходил к ним за советом, ужасным характером заклинаний, которые они собирались совершить, и с таким мощным вспомогательным средством, как страх, и хорошо затемненной комнатой, они отвлекали мысли более любопытных и не давали им слишком внимательно следить за ходом событий. Театральными эффектами не пренебрегали, такими как подавленные и мрачные стоны, фальшивый гром, и волшебник обычно усиливал свой собственный вдохновляющий личный вид, нося, конечно, длинную бороду и развевающуюся мантию, украшенную иероглифами, и с помощью увесистого тома, полного каббалистических знаков, нескольких черепов и скрещенных костей, песочных часов, пары обнаженных мечей, черной кошки, угольного огня и различных лекарств, чтобы бросать в него, можно было ожидать, что довольно сносная коллекция бесов, фамильяров и демонов будет присутствовать без современной практики стука духов. Как было сказано ранее, заблуждение должно проводиться тщательно, и необходим сообщник, чтобы использовать фантасмагорию или волшебный фонарь. Слайды, конечно, были раскрашены, чтобы соответствовать судьбе, которая должна быть раскрыта — легкая дорога к богатству для джентльменов, история любви, заканчивающаяся браком, для дам.

Зрители, помещенные в волшебный круг, направляются смотреть в зеркало; их могут даже попросить по одному принести череп с каминной полки рядом с зеркалом, и, делая это, смотреть прямо в зеркало, а затем вернуться в круг. Предписывается абсолютная тишина, и теперь слышна мягкая музыка; затемненная комната освещается на мгновение небольшим желтым или зеленым огнем, брошенным на угольный огонь, и теперь, глядя в зеркало, оно больше не отражает окружающие объекты, но становится заметной картина, сначала маленькая и слабая, а затем постепенно становящаяся большой и более ясной. Картина становится видимой благодаря тому, что сообщник осторожно переводит зеркало из положения, параллельного раме, под угол 45 градусов, а затем проецирует сбоку картину из волшебного фонаря. Картина маленькая и нечеткая, пока сообщник держит ее близко к зеркалу и вне фокуса, но по мере того, как он отходит назад и фокусирует линзы, картина постепенно увеличивается в размере, и отражающие углы были хорошо спланированы заранее, только те, кто находится в кругу, смогут увидеть картину, и большое веселье можно извлечь из волшебного зеркала, притворяясь, что предсказываешь будущую судьбу очень худого человека, и представляя его серией картин, которые постепенно приобретают полноту фигуры Джона Булля, окруженного десятками детей; в то время как молодым дамам, которые помолвлены, может быть представлена провокационная картина старой девы; действительно, нет конца невинному веселью, которое можно извлечь из волшебного зеркала, и весь план заблуждения можно лучше понять, обратившись к следующему рисунку. (Рис. 266.)

Fig. 266. Fig. 266.

Волшебное зеркало.

План комнаты. a a. Рама зеркала. a b. Зеркало, отведенное под угол 45 градусов. c. Сообщник, который управляет фонарем и закрывает стекло к раме после того, как рассказана каждая судьба. d. Волшебный круг, к которому отражаются лучи.

Мсье Сальверт совершенно справедливо замечает, что «человек доверчив от колыбели до могилы; но эта склонность проистекает из благородного принципа, последствия которого ввергают его во многие ошибки и несчастья.... Новизна объектов и трудность отнесения их к известным объектам не шокируют доверчивость неискушенных людей. Есть некоторые дополнительные ощущения, которые он получает без обсуждения, и их сингулярность, возможно, является очарованием, которое заставляет его принимать их с большим удовольствием. Человек почти всегда любит и ищет чудесное. Естественен ли этот вкус?

Проистекает ли он из образования, которое в течение многих веков человеческий род получал от своих первых наставников? Обширный и новый вопрос, но к которому я не имею никакого отношения. Достаточно заметить, что, поскольку любитель чудесного всегда предпочитает самое удивительное самому естественному рассказу, последний слишком часто пренебрегался и безвозвратно потерян. Иногда, однако (и мы приведем не один пример), простая истина ускользала от власти забвения. Доверчивый человек может быть обманут один или несколько раз; но его доверчивость не является достаточным инструментом, чтобы управлять всем его существованием. Чудесное вызывает лишь мимолетное восхищение. В 1798 году французские ученые с удивлением заметили, как мало зрелище воздушных шаров повлияло на индифферентного египтянина.... Но человек ведом своими страстями, и особенно надеждой и страхом».

Когда параллельные лучи падают на выпуклое зеркало, они рассеиваются и разлетаются во всех направлениях, и изображение объекта, отраженное в выпуклом зеркале, кажется очень маленьким, будучи уменьшенным в размере, потому что отраженная картина i m ближе к поверхности зеркала, чем объект a b. № 1. (Рис. 267.)

Fig. 267. Fig. 267.

a b, d h. (№ 2) представляют два параллельных луча, падающих на выпуклую поверхность b h, один (a b) перпендикулярно, другой (d h) косо. c — центр выпуклости. h e — отраженный луч косого падающего луча, d h; в то время как c h i — перпендикуляр.

Выпуклые зеркала не используются ни в каком оптическом обмане в большом масштабе, хотя некоторые остроумные заблуждения могут быть созданы с помощью цилиндрических и конических зеркал, и они описаны сэром Дэвидом Брюстером следующим образом:

«Среди остроумных и красивых обманов XVII века мы должны перечислить обман реформирования искаженных картин путем отражения от цилиндрических и конических зеркал. В этих представлениях исходное изображение, из которого создается идеальная картина, часто настолько полностью искажено, что глаз не может проследить в нем сходство с какой-либо правильной фигурой, и, конечно, вызывается величайшая степень удивления, независимо от того, скрыто ли исходное изображение или выставлено на обозрение. Эти искаженные картины могут быть нарисованы по строгим геометрическим правилам, и я показал простой метод их выполнения. Пусть m — точный цилиндр, сделанный из жести или толстого картона. С дальней стороны его вырежьте небольшое отверстие, a b c d, а с ближней стороны вырежьте большее, a b c d (белые буквы), размером с картину, которую нужно исказить; проперфорировав контур картины маленькими отверстиями, поместите ее в отверстие a b c d (белые буквы), так чтобы ее поверхность была цилиндрической; пусть свеча или яркий светящийся объект — чем меньше, тем лучше — будет помещен в s, так же далеко позади картины a b c d (белые буквы), как глаз впоследствии должен быть помещен перед ней, и свет, проходящий через маленькие отверстия, представит на горизонтальной плоскости искаженное изображение картины в a b c d, которое, когда будет набросано карандашом, заштриховано и раскрашено, будет готово к использованию. Если мы теперь заменим полированное цилиндрическое зеркало того же размера вместо m, то искаженная картина, будучи положенной горизонтально в a b c d, будет восстановлена до своего первоначального состояния при виде отражения в a b c d (белые буквы) в полированном зеркале». Эффект цилиндрического зеркала на искаженную картину показан под № 2, будучи скопированным со старого, виденного сэром Д. Брюстером.

Fig. 268. Fig. 268.

Если посмотреть на отражение своего лица в крышке от блюда или на обычную поверхность блестящей серебряной ложки или серебряной кружки, то последняя становится поистине уродливой, когда изображение отражается от ее поверхности, и принимает самые нелепые формы, стоит лишь открыть или закрыть рот, а также приблизить или отдалить лицо от серебряного сосуда. (Рис. 269.)

Fig. 269. Fig. 269.

Искаженное изображение, создаваемое неровной выпуклой поверхностью.

В трудах древних авторов можно найти определенные указания на результаты иллюзий, создаваемых с помощью простых оптических приспособлений, а также на внезапное и кратковременное появление (из мрака полной темноты) великолепных дворцов, восхитительных садов и т. д., которыми — как единогласно уверяет нас голос древности — часто ослепляли взоры участников мистерий, например, при вызывании и реальном явлении усопших духов, случайных образах их теней (umbræ) и самих богов. Из отрывка у Павсания («Беотия», XXX), где он, говоря об Орфее, упоминает, что в древности в Аорносе было место, где вызывали мертвых, νεκυομαντειον (некуомантейон), мы узнаем, что в те далекие времена существовали места, отведенные для вызывания мертвых. Гомер в одиннадцатой книге «Одиссеи» рассказывает о том, как Улисс в одиночку был допущен в подобное место, когда его беседа с усопшим другом была прервана каким-то страшным голосом, и герой, опасаясь гнева Прозерпины, удалился; жрецы, управлявшие этими обманными представлениями, несомненно, использовали этот метод, чтобы избавиться от посетителя, который мог стать слишком любопытным и раскрыть тайну мистерий.

Из всех упомянутых отражающих поверхностей ни одна не создает более интересных обманов, чем вогнутое зеркало, и нет почти никаких сомнений в том, что серебряные зеркала такой формы были известны древним и использовались в некоторых их священных мистериях. Господин Сальверт в своем ценном труде усердно собрал наиболее интересные доказательства их использования и цитирует следующий отрывок из Дамаския, в котором результаты, получаемые с помощью вогнутого зеркала, совершенно очевидны. (Рис. 270.)

Fig. 270. Fig. 270.

Изображение человеческого лица, возможно, отраженное от вогнутого зеркала, скрытого под полом храма; отверстие скрыто возвышающейся грудой камней, а молящиеся ограничены определенной частью храма и не допускаются к нему.

Он говорит: «В явлении, которое не должно быть раскрыто... на стене храма появилась масса света, которая поначалу казалась очень далекой; приближаясь, она превратилась в лицо, явно божественное и сверхъестественное, суровое на вид, но с примесью мягкости, и чрезвычайно красивое. Согласно установлениям таинственной религии, александрийцы почитали его как Осириса и Адониса».

Параллельные лучи, падающие на вогнутую поверхность, сводятся в фокус или сходятся, и когда объект рассматривается в отражении от вогнутой поверхности, его изображение варьируется как по величине, так и по положению, в зависимости от того, больше или меньше расстояние объекта от отражающей поверхности. (Рис. 271.) Когда объект помещается между фокусом параллельных лучей и центром, изображение падает на противоположную сторону от центра, оно больше объекта и находится в перевернутом положении. Лучи, исходящие от любого удаленного земного объекта, почти параллельны у вогнутого зеркала — не строго параллельны, но расходятся к нему отдельными пучками, или, так сказать, связками лучей, от каждой точки стороны объекта, обращенной к зеркалу; поэтому они не будут сведены в точку на расстоянии половины радиуса кривизны зеркала от его отражающей поверхности, а в отдельных точках на немного большем расстоянии от вогнутого зеркала. Чем ближе объект к зеркалу, тем дальше эти точки будут от него, и в них сформируется перевернутое изображение объекта, которое будет казаться висящим в воздухе и будет видно глазу, расположенному за ним (по отношению к зеркалу), во всех отношениях подобным объекту и таким же четким, как сам объект. № 2. (Рис. 271.)

Fig. 271. Fig. 271.

№ 1. a b, d h представляют два параллельных луча, падающих на вогнутую поверхность b h, центр кривизны которой — c. b f и h f — это отраженные лучи, встречающиеся в точке f, а a b, будучи перпендикулярным к вогнутой поверхности, отражается по прямой линии. № 2. a b. Объект. i m. Изображение.

Fig. 272. Fig. 272.

a b представляет объект, s v — отражающую поверхность, f — ее фокус параллельных лучей, а c — ее центр. Через a и b, крайние точки объекта, проведем линии c e и c n, которые перпендикулярны поверхности, и пусть a r, a g будут пучком лучей, исходящих из a. Эти лучи, исходящие из точки за фокусом параллельных лучей, после отражения сойдутся к некоторой точке на противоположной стороне от центра, которая упадет на продолжение перпендикуляра b c, но на большем расстоянии от c, чем излучающая точка a, из которой они расходились. По той же причине лучи, исходящие из b, сойдутся в точку на продолжении перпендикуляра n c, которая будет дальше от c, чем излучающая точка b, откуда очевидно, что изображение i m больше объекта a b, что оно падает на противоположную сторону от центра и что их положения перевернуты по отношению друг к другу.

Из одного обстоятельства в жизни Сократа следует, что действие зажигательных стекол было известно древним; и вполне вероятно, что римляне использовали вогнутое зеркало для зажигания «священного огня». Это весьма вероятно, если учесть, что жрецы, отправлявшие языческий культ Осириса и Адониса, были знакомы с использованием вогнутых металлических зеркал, как уже было описано на странице 282. Эффекты, которые можно получить с помощью вогнутых зеркал, весьма впечатляющи, поскольку они не ограничиваются лишь отражением неодушевленных предметов, но с их помощью можно прекрасно продемонстрировать жизнь и движение; так, если человек встанет прямо перед вогнутым зеркалом, но дальше от него, чем его центр кривизны, он увидит в воздухе между собой и зеркалом перевернутое изображение самого себя меньшего размера; и если он протянет руку к зеркалу, рука изображения выйдет навстречу его руке и совпадет с ней, имея равный объем, когда его рука находится в центре кривизны, и ему покажется, что он может пожать руку своему изображению. (Рис. 273.)

Fig. 273. Fig. 273.

Вогнутое зеркало, показывающее вид перевернутого и отраженного изображения в воздухе.

Используя большое вогнутое зеркало диаметром около трех футов, автор смог показать большой аудитории все те результаты, которые обычно были видны только одному человеку. Во время экспериментов с вогнутым зеркалом, при протягивании руки описанным способом, посторонний наблюдатель ничего не увидит, так как ни один из отраженных лучей, формирующих изображение, не попадет ему в глаза. Это обстоятельство хорошо иллюстрируется, если поместить вогнутое зеркало напротив огня и позволить изображению пламени, проецируемому им, упасть на хорошо отполированный стол из красного дерева. Если дверь комнаты открывается в сторону зеркала и в помещение войдет зритель, не знакомый со свойствами вогнутых зеркал, он будет сильно поражен, увидев пламя, которое, по-видимому, играет на поверхности стола, в то время как другой зритель может войти из другой двери и не увидеть ничего, кроме длинного луча света, ставшего видимым благодаря плавающим частицам пыли. Чтобы придать этому эксперименту должный эффект, вогнутое зеркало должно быть большим, и никакой другой свет не должен освещать комнату, кроме света от огня.

На том же полированном столе можно красиво показать вид планеты с вращающимся спутником, если затемнить огонь ширмой и поместить перед ним зажженную свечу, которая отразится в вогнутом зеркале и появится на столе как яркая звезда, а спутник можно изобразить пламенем маленькой восковой свечи, перемещаемой вокруг большой горящей свечи. Ниже приведено устройство, используемое автором в Политехническом институте для демонстрации свойств вогнутого зеркала. Для освещения объектов, которые должны проецироваться на экран, требуется фонарь, заключающий в себе очень яркий свет, такой как электрический или известковый свет. Предпочтение отдавалось фонарю и электрической лампе Дюбоска, хотя, конечно, подойдет любой яркий свет, заключенный в ящик с простой выпуклой линзой для проецирования луча света, когда это необходимо. (Рис. 274.)

Fig. 274. Fig. 274.

a b. Переносной экран из легкого каркаса, обтянутый черной хлопчатобумажной тканью. c c c c. Квадратное отверстие прямо над полкой d d, на которую помещается объект — например, бутылка, наполовину наполненная водой. e. Фонарь Дюбоска для освещения объекта в d d.

Удалив диафрагму, необходимую для проецирования изображения угольных электродов на экран, получают очень интенсивный луч света, который можно сфокусировать или сконцентрировать на любом непрозрачном объекте с помощью другой двояковыпуклой линзы, удобно установленной на штативе телескопа, так что ее можно поднимать или опускать по желанию. Эта линза не зависит от фонаря и может использоваться или не использоваться по усмотрению оператора.

Объект теперь помещается на полку, прикрепленную к экрану, с квадратным отверстием прямо над ним. Цель экрана — отсечь все посторонние лучи света, отраженные от зеркала, или увеличить резкость контуров изображения объекта. После того как экран и объект установлены и свет от фонаря направлен на них, следующим шагом является регулировка вогнутого зеркала, и путем перемещения его к объекту или назад, по мере необходимости, на экран проецируется хорошее изображение, объемное и квазистереоскопическое. (Рис. 275.)

Fig. 275. Fig. 275.

a. Вогнутое зеркало. b. Фонарь. c. Переносной экран, полка и объект. d. Перевернутое изображение бутылки, наполняющейся водой, горлышком вниз, которое при проецировании на диск в d создает любопытнейшую иллюзию.

Процесс наполнения бутылки водой, или, что еще лучше, ртутью, является одним из самых необычных эффектов, которые можно показать; и если все приборы заключены в ящик, так что видно только изображение на экране, иллюзия бутылки, наполняющейся в перевернутом положении, выглядит совершенно магически и неизменно вызывает вопрос: как это делается? Нумизматика, наука о монетах и медалях, обычно считается ограниченной вкусами очень немногих людей, и любое описание коллекции монет на лекции было бы признано крайне скучным, если, конечно, слушатели не оказались антикварами; однако изучение этих интересных остатков былых времен может пролить большой свет на историю, и лекция на эту тему, проиллюстрированная изображениями монет, проецируемыми на диск с помощью вогнутого зеркала описанным способом, могла бы быть очень приятной и поучительной.

Монеты или позолоченные гипсовые слепки монет, цветы, птицы, белые мыши, человеческое лицо и руки — все это при полном освещении может быть отражено вогнутым зеркалом на диск. Дагеротипное изображение под определенным углом при отражении вогнутым зеркалом кажется похожим на обычный коллодионный негатив, и все света и тени меняются местами, так что лицо на портрете кажется черным, а черный пиджак — белым. Если поместить дагеротип в другое положение, легко находимое экспериментально, он отражается обычным образом, показывая увеличенный и идеальный портрет на диске. При использовании дагеротипа стекло перед ним должно быть удалено. Изображения от вогнутого зеркала можно также проецировать на густой дым, полученный от тлеющей влажной оберточной бумаги или от смеси смолы и небольшого количества хлората калия, положенной на бумагу и медленно горящей при смачивании ее водой.

Изображение, отраженное от дыма, было бы видно множеству зрителей, точно так же, как свет от топок паровоза часто виден ночью, отражаясь от выходящего столба пара.

Вероятно, именно с помощью какого-то дыма и вогнутого зеркала осуществлялся обман, практиковавшийся над молящимися в храме Геркулеса в Тире, поскольку Плиний упоминает, что там существовал освященный камень, «с которого легко поднимались боги». В храме Эскулапа в Тарсе и храме Энгиниума на Сицилии такие же оптические иллюзии демонстрировались как часть религиозных церемоний, благодаря чему жрецы, несомненно, получали очень солидный доход, гораздо больший, чем можно было бы получить в наше время просто демонстрацией таких чудес в галереях Аделаиды, политехникумах или паноптикумах.

Дым от оберточной бумаги очень полезен для демонстрации различных направлений лучей света при отражении от плоских, выпуклых и вогнутых поверхностей. Равенство углов падения и отражения лучей можно прекрасно показать, используя следующее расположение приборов. (Рис. 276.)

Fig. 276. Fig. 276.

a. Слегка расходящиеся лучи света, исходящие из фонаря и принимаемые на маленькое вогнутое зеркало, которое делает лучи почти параллельными и отражает их на e, кусок зеркального стекла, от которого они снова отражаются. c — падающие, а d — отраженные лучи. f. Дым от оберточной бумаги.

Очень густой белый дым получается при кипячении в отдельных колбах (горлышки которых сближены) растворов аммиака и соляной кислоты.

Противоположные свойства выпуклых и вогнутых зеркал — первые рассеивают, а вторые собирают падающие на них лучи света — также эффективно демонстрируются с помощью того же источника освещения и соответствующих зеркал, причем дым идеально прослеживает направление лучей света. (Рис. 277.)

Fig. 277. Fig. 277.

Дым показывает лучи света, падающие на выпуклое зеркало и становящиеся еще более расходящимися.

Дым самым красивым образом проявляет конус лучей, отраженных от вогнутого зеркала, и при создании большого количества дыма и вращении зеркала положение фокуса (focus, очаг) обозначается ярким пятном света, и причина, по которой изображения объектов, отраженные вогнутым зеркалом, перевернуты, может быть лучше понята при наблюдении того, как лучи пересекаются в этой точке. (Рис. 278.)

Fig. 278. Fig. 278.

Дым показывает лучи света, падающие на вогнутое зеркало. В этом эксперименте внимание следует обратить на яркую точку e, фокус, где встречаются сходящиеся лучи.

Одно из самых совершенных применений отражения света показано в «Грегорианском зеркальном телескопе» или в том великолепном инструменте, построенном лордом Россом в Парсонстауне, в Ирландии. (Рис. 279.)

Fig. 279. Fig. 279.

Гигантский телескоп лорда Росса.

Описание почти всех сложных оптических инструментов несколько утомительно, но мы рискнем привести одну схему с объяснением Грегорианского зеркального телескопа. (Рис. 280.)

Fig. 280. Fig. 280.

Грегорианский зеркальный телескоп.

В нижней части большой трубы t t t t (Рис. 280) помещено большое вогнутое зеркало d u v f, главный фокус которого находится в m; и в его середине есть круглое отверстие p, напротив которого помещено маленькое зеркало l, вогнутое по отношению к большему и закрепленное на прочной проволоке m так, что его можно перемещать дальше от большого зеркала или ближе к нему с помощью длинного винта на внешней стороне трубы, сохраняя его ось на той же линии p m n, что и ось большого зеркала. Теперь, поскольку при наблюдении очень удаленного объекта мы едва ли можем видеть его точку, которая была бы не шире большого зеркала, мы можем считать лучи каждого пучка, исходящие из каждой точки объекта, параллельными друг другу и покрывающими всю отражающую поверхность d u v f. Но чтобы избежать путаницы на рисунке, мы проведем только два луча пучка, исходящие из каждой конечности объекта в большую трубу, и проследим их путь через все их отражения и преломления к глазу f на конце малой трубы t t, которая соединена с большой.

Предположим теперь, что объект a b находится на таком расстоянии, что лучи e исходят из его нижней конечности b, а лучи c — из его верхней конечности a. Тогда лучи c, падая параллельно на большое зеркало в d, будут оттуда отражены, сходясь в направлении d G; и, пересекаясь в точке i в главном фокусе зеркала, они образуют верхнюю конечность i перевернутого изображения i k, подобную нижней конечности b объекта a b; и, проходя на вогнутое зеркало l (фокус которого находится в N), они упадут на него в g и будут оттуда отражены, сходясь в направлении n, поскольку g m длиннее g n; и, проходя через отверстие p в большом зеркале, они встретятся где-то около r и образуют нижнюю конечность d прямого изображения a d, подобную нижней конечности b объекта a B. Но, проходя через плосковыпуклое стекло r на своем пути, они образуют эту конечность изображения в b. Точно так же лучи e, которые исходят из верхней части объекта a b и падают параллельно на большое зеркало в f, отражаются оттуда, сходясь в его фокусе, где они образуют нижнюю конечность k перевернутого изображения i k, подобную верхней конечности a объекта a b; и, проходя к меньшему зеркалу l и падая на него в h, они отражаются оттуда в сходящемся состоянии h o; и, проходя через отверстие p большого зеркала, они встретятся где-то около q и образуют там верхнюю конечность a прямого изображения a d, подобную верхней конечности a объекта a b; но, проходя через выпуклое стекло r на своем пути, они встречаются и пересекаются раньше, как в a, где формируется эта точка прямого изображения. Поскольку то же самое понимается обо всех тех лучах, которые исходят из промежуточных точек объекта между a и b и входят в трубу t t, будут сформированы все промежуточные точки изображения между a и b; и лучи, проходя от изображения через окуляр s и через маленькое отверстие e в конце меньшей трубы t t, входят в глаз f, который видит изображение a d (с помощью окуляра) под большим углом c e d и увеличенным в длину под этим углом от c до d.

Чтобы найти увеличительную способность этого телескопа, умножьте фокусное расстояние большого зеркала на расстояние малого зеркала от изображения, ближайшего к глазу, и умножьте фокусное расстояние малого зеркала на фокусное расстояние окуляра; затем разделите произведение первого на произведение второго, и частное будет выражать увеличительную способность. (Рис. 280.)

Мы переходим к тому многократно оспариваемому и часто цитируемому эксперименту Архимеда, который, как утверждается, использовал металлические вогнутые зеркала или какую-то другую отражающую поверхность, с помощью которой он смог поджечь римский флот, стоявший на якоре в гавани Сиракуз и в то время осаждавший их город, в котором великий и ученый философ был заперт вместе с другими жителями. История, переданная потомкам, не оспаривалась до XVII века, когда Декарт смело атаковал ее истинность на философских основаниях и на время заставил замолчать тех, кто поддерживал правдивость этого древнего анекдота. Почти сто лет спустя эта забытая выдумка об Архимеде была снова исследована знаменитым натуралистом Бюффоном, и отчет о его экспериментах, подробно изложенный автором «Adversaria» в «Chambers' Journal», настолько логичен и убедителен, что мы приводим его часть дословно.

«За несколько лет до 1747 года французский натуралист Бюффон занимался исследованиями тепла, которые он впоследствии опубликовал в первом томе дополнения к своей «Естественной истории». Не имея, по-видимому, предварительных знаний о математическом трактате Антемия (περι παραδοξων μηχανηματων), в котором описано подобное изобретение VI века [G], Бюффон, вопреки рассуждениям Декарта, пришел к выводу, что можно сконструировать зеркало или серию зеркал, достаточных для получения результатов, немногим, если вообще уступающих тем, что приписываются изобретению Архимеда.

[G] См. «Упадок и падение» Гиббона, гл. xl., раздел v., примечание g.

«Это, столкнувшись со многими трудностями, которые он предвидел с большой проницательностью и устранил с равной изобретательностью, ему в конце концов удалось осуществить. Весной 1747 года он представил Французской академии мемуар, который в его собрании сочинений занимает более восьмидесяти страниц. В этой работе он описывает себя как обладателя аппарата, с помощью которого он мог поджечь доски на расстоянии 200 и даже 210 футов, а также расплавить металлы и металлические минералы на расстояниях от двадцати пяти до сорока футов. Этот аппарат он описывает как состоящий из 168 плоских стекол, посеребренных с обратной стороны, каждое размером шесть дюймов в ширину на восемь дюймов в длину. Они, по его словам, были расположены в большой деревянной раме с интервалами, не превышающими трети дюйма; так что с помощью регулировки сзади каждое из них можно было перемещать во всех направлениях независимо от остальных — пространства между стеклами также были полезны для того, чтобы позволить оператору видеть сзади точку, на которую должны были быть сведены различные диски.

«После установления этих результатов следующим вопросом Бюффона было то, насколько они соответствуют результатам, приписываемым зеркалам Архимеда, наиболее подробный отчет о которых дают историки Зонара и Цец, оба из XII века [H]. «Архимед, — говорит первый из этих писателей, — приняв лучи солнца на зеркало, толщиной и полировкой которого они отражались и соединялись, зажег пламя в воздухе и направил его со всей силой на корабли, которые стояли на якоре на определенном расстоянии и которые, соответственно, были превращены в пепел». Тот же Зонара сообщает, что Прокл, знаменитый математик VI века, при осаде Константинополя поджег фракийский флот с помощью медных зеркал. Цец еще более конкретен. Он говорит нам, что когда римские галеры находились на расстоянии полета стрелы от городских стен, Архимед приказал поместить на надлежащем расстоянии своего рода шестиугольное зеркало с другими меньшими зеркалами по двадцать четыре грани в каждом; что он приводил их в движение с помощью петель и металлических пластин; что шестиугольник был разделен пополам «меридианом лета и зимы»; что он был помещен напротив солнца; и что таким образом был зажжен большой огонь, который поглотил римский флот.

[H] Цитируется Фабрицием в его «Biblioth. Græc.», том ii., стр. 551, 552.

«Из этих сообщений мы можем сделать вывод, что зеркала Архимеда и Бюффона не сильно отличались ни по своей конструкции, ни по эффектам. Поэтому не могло оставаться вопроса о том, что последний возродил одно из самых прекрасных изобретений прежних времен, если бы не одно обстоятельство, которое до сих пор делает его древность сомнительной: писатели, современники Архимеда или наиболее близкие к его времени, не упоминают об этих зеркалах. Ливий, который так любит чудесное, и Полибий, от которого столь великое изобретение вряд ли могло ускользнуть, полностью молчат на этот счет. Плутарх, собравший так много подробностей, касающихся Архимеда, говорит о нем не больше, чем первые два; а Гален, живший во II веке, — первый писатель, у которого мы находим упоминание об этом. Однако трудно представить, как могла возникнуть мысль о существовании таких зеркал, если бы они никогда не использовались на самом деле. Эта идея значительно выше уровня тех умов, которые обычно заняты изобретением лжи; и если зеркала Архимеда — вымысел, то следует признать, что это вымысел философа».

Предполагая, что Архимед действительно проецировал сконцентрированные солнечные лучи на римские суда, нельзя не пожалеть о невежестве адмирала Марцелла. Если бы этот офицер был знаком с законами отражения света, он мог бы посмеяться над мощью Архимеда, и, приняв недружелюбные лучи на один из ярких медных выпуклых щитов своих солдат, Марцелл мог бы рассеять сконцентрированные лучи и предотвратить сжигание своих судов.

В наши дни просвещения кажется странным встретить кого-либо, кто выступает за возможное использование зеркал или отражающих поверхностей для целей нападения или обороны, но г-н Пейрар несколько лет назад предложил производить большие эффекты, устанавливая каждое зеркало в отдельную раму, несущую телескоп, так что один человек мог направлять лучи на объект, предназначенный для поджога, и он серьезно подсчитал, полагаясь на невежество атакуемых, что с 590 стеклами диаметром около двадцати дюймов он мог бы превратить флот в пепел на расстоянии четверти лье! а со стеклами двойного размера — на расстоянии полмили! Какой эффект произвел бы снаряд или ядро на это древнее оружие, не сказано; это мы можем смело оставить нашим читателям для самостоятельного определения. Эксперимент Архимеда давно стал любимым у мальчиков. (Рис. 281.)

Fig. 281. Fig. 281.

Одна из «невзгод отражения».

Полное внутреннее отражение света в столбе воды — это эксперимент, который допускает большое разнообразие в том, что касается цвета, и является одним из самых новых и красивых экспериментов со светом, представленных публике за последние несколько лет. Автор имел удовольствие представить его в первую очередь в Политехническом институте, где оптическая новинка вызвала величайшее внимание и получила одобрение Ее Милостивейшего Величества и Его Королевского Высочества принца-консорта, а также королевской семьи, которые изволили нанести частный вечерний визит в Политехникум и, среди прочего, детально осмотрели «Иллюминированный каскад», который был сооружен г-ном Дюбоском из Парижа.

Освещение ниспадающих столбов воды было получено путем сведения лучей от мощного электрического света на отверстие, из которого вытекала вода, при использовании уже объясненного фонаря Дюбоска, а перед ним были помещены три цилиндра, каждый из которых имел круглое окно позади и напротив линзы, и отверстие диаметром около одного дюйма на противоположной стороне для выхода воды. Использованный фонарь был особой формы и имел три стороны, электрический свет находился в центре них и проходил через три отдельные плосковыпуклые линзы к трем цилиндрам, из которых вытекала вода.

Fig. 282. Fig. 282.

Рис. 1. a. Электрический свет. b c d. Три стороны и линзы фонаря. e f g. Три цилиндра с водой, каждый с круглым стеклянным окном и отверстиями в z z z, из которых выходят вода и лучи света. — Рис. 2. H. Сечение одной стороны фонаря Дюбоска. i i. Цилиндр с водой, которая поступает снизу. k k. Поток освещенной воды. l l. Кусочек цветного стекла, удерживаемый между фонарем и резервуаром с водой.

Внимание можно обратить на тот факт, что свет просто выходит из отверстий в виде расходящегося луча, пока не начинается поток воды, когда лучи немедленно подхватываются и отражаются от точки к точке внутри арочного столба воды, освещая последний самым прекрасным образом; он кажется иногда похожим на поток жидкого металла из железной печи, или на жидкое рубиновое стекло, или на цвет аметиста или топаза, в зависимости от цветов пластин стекла, удерживаемых между отверстиями фонаря и круглыми окнами в цилиндрах с водой. Тот же эксперимент произвел настоящий фурор в Хрустальном дворце, когда он был представлен в одной из лекций автора, прочитанных в этом благородном месте развлечений. Чтобы наши читатели могли понять устройство аппарата, мы привели на странице 294 его вид в плане, а также вид каскада, когда он демонстрировался в Политехникуме королевской особе. (Рис. 284.)

Fig. 283. Fig. 283.

a b. Стороны каскада. Пунктирные линии показывают отражение только двух лучей светового пучка, проходящих вниз внутри воды.

Еще один любопытный эффект, наблюдаемый при освещенном каскаде, — это спуск шаров света, когда отражение на мгновение прерывается прохождением пальца через поток воды, что показывает, что определенное время затрачивается на отражение света от одного конца цилиндра с водой до другого; действительно, лучшее представление о принципе эксперимента формируется путем замены в воображении ниспадающей струи воды серебряной трубкой, хорошо отполированной внутри. Отражение звука происходит точно таким же образом, и вибрации воздуха отражаются от плоских, вогнутых и выпуклых поверхностей. Именно на этом принципе волны звука, отбрасываемые от различных поверхностей (например, твердых скал), производят эффект эха. Звуки достигают уха последовательно, те, что отражены ближе к уху, — первыми, а отражающие поверхности на наибольшем расстоянии посылают волны звука к уху после первых. У водопада Лурлей на Рейне есть эхо, которое повторяется семнадцать раз. Шепчущие галереи, в свою очередь, иллюстрируют отражение звука от непрерывных изогнутых поверхностей, точно так же, как арочный столб воды отражает от своих внутренних изогнутых поверхностей лучи света.

Хорошо известны переговорные трубы, в которых волны звука последовательно отражаются от стенок, точно так же, как в «Иллюминированном каскаде» (Рис. 283). Рупор — это также еще один и знакомый пример того же принципа. Вероятно, когда Альберт Великий сконструировал медную голову, обладавшую способностью говорить, это была не более чем металлическая голова с несколькими колесиками и видимым механизмом внутри, но соединенная с нижним помещением полой металлической трубкой, куда Альберт Великий спускался и удивлял невежд тогда еще неизвестным принципом переговорной трубы. Свет, входящий в один конец яркой металлической трубки, отражается от стенок трубки, пока не достигнет другого, и точно такой же эффект происходит внутри каскада воды. (Рис. 284).

Fig. 284. Fig. 284.

Конец Политехнического зала, где освещенный каскад был продемонстрирован Ее Величеству, Его Королевскому Высочеству принцу-консорту и королевской особе. Каскады исходили из-за искусственных скал.

КАЛЕЙДОСКОП.

Если бы эта статья о свете и оптике подробно рассматривала математическую и чисто научную часть предмета, у нас был бы частый повод упомянуть имя сэра Дэвида Брюстера, выдающегося философа, чье имя особенно отождествляется с этой интересной отраслью физики. Всегда приятно видеть людей такого положения, которые не только посвящают себя аргументам, которые с удовольствием изучали бы университетские спорщики, но и спускаются на более низкий уровень, изобретая оптические инструменты, которые радуют и развлекают ненаучную и юную часть общества. Имена сэра Дэвида Брюстера и профессора Уитстона были связаны в последние несколько лет с изобретением стереоскопа, инструмента, который будет рассмотрен в другой части этой книги, но здесь мы опишем один из самых оригинальных оптических инструментов, когда-либо созданных, и хотя сейчас он рассматривается как простая игрушка, его достоинства очень велики. Название инструмента заимствовано из греческого καλος — красивый, ειδος — форма или вид, σκοπεω — смотреть; и публика, безусловно, одобрила название, когда приобрела 200 000 этих инструментов в Лондоне и Париже в течение трех месяцев. Говорят, что сенсация, которую он произвел в Лондоне среди всех слоев общества, была поразительной, и людей повсюду видели, даже на углах улиц, смотрящими в калейдоскоп. Основными частями этого инструмента являются два зеркала из несеребреного черного параллельного стекла или листового стекла, окрашенного в черный цвет с одной стороны, которые должны быть длиной от шести до десяти дюймов и шириной от одного до полутора дюймов на объектном конце, в то время как на другом конце, к которому прикладывается глаз, они сделаны более узкими. Зеркала соединены нижними краями полоской черной хлопчатобумажной ткани, закрепленной обычным клеем, и оставлены открытыми у верхних краев, удерживаясь под нужным углом кусочком пробки, должным образом окрашенным в черный цвет. Углы составляют 36°, 30°, 25° 5/7, 22°½, 20°, 18°, которые делят окружность на 10, 12, 14, 16, 18, 20 частей, таким образом 36 × 10 = 360, или 18 × 20 = 360, и строжайшее внимание должно быть уделено этой части регулировки, иначе полученные фигуры не будут симметричными. После того как зеркала установлены под нужным углом, пространство между двумя верхними краями должно быть закрыто черным бархатом, а зеркала помещены в оловянную или латунную трубку так, чтобы широкие концы едва выступали за край, в то время как узкий конец расположен так, чтобы угол, образованный соединением зеркал, находился немного ниже середины этого конца трубки. Крышка с круглым отверстием в центре затем должна быть пригнана к узкому концу зеркал, который в общем случае должен быть снабжен выпуклой линзой, чье фокусное расстояние на дюйм или два больше длины зеркал. Футляр для хранения объектов и для сообщения им вращательного движения прикрепляется к объектному концу трубки. Объекты, лучше всего подходящие для получения приятных эффектов, — это мелкие фрагменты цветного стекла, проволоки из стекла, как пряденые, так и скрученные, разных цветов и оттенков, различных форм: кривые, углы, круги; также очень красивы бусины, стеклярус, тонкие иглы, маленькие кусочки кружева и фрагменты тонких морских водорослей. М. Штурм из Праги недавно зафиксировал изображения калейдоскопа, так что они доступны для создания узоров в каждой отрасли шелковых, хлопчатобумажных и смесовых тканей. Можно было бы сделать фотографии самых красивых из этих случайных дизайнов, которые встречаются только один раз и, если их не скопировать, теряются.

Fig. 285. Fig. 285.

a b. Трубка, содержащая два зеркала, показана пунктирными линиями. a. Малый конец, где расположен глаз. b. Объектный конец. c d. Другой вид зеркал, расположенных для помещения в трубку; заштрихованная часть представляет черный бархат. e. Двояковыпуклая линза. f. Коробка для содержания объектов, обычно снабженная матовым стеклом снаружи.

ГЛАВА XXII.

ПРЕЛОМЛЕНИЕ СВЕТА.

Этот термин, по-видимому, часто путают с термином «отражение», и он означает изгибание или преломление луча света (re — назад, и frango — ломать); и следует помнить, что когда свет падает на поверхность твердого (жидкого или газообразного) тела, он может быть отражен (re — назад, и flecto — гнуть), преломлен, поляризован или поглощен. В предыдущей главе свойство отражения света было полностью исследовано, а в этой будет рассматриваться только преломление. Это свойство, которое было и будет продолжать иметь величайшую практическую пользу в своем применении к конструкции всех увеличительных стекол, будь то телескоп, микроскоп, волшебный фонарь или растворяющиеся виды; или второстепенные преломляющие инструменты — такие как очки, театральные бинокли и т. д.; и следует помнить, что их увеличительная способность зависит исключительно от свойства преломления.

Если бы такие вещества, как стекло, не были наделены этим свойством, было бы трудно понять, как могли быть сделаны великие открытия в астрономии или какую информацию мы могли бы получить относительно тех интересных истин, которые постоянно открываются с помощью микроскопа. Можно привести многочисленные примеры ценности этого последнего инструмента при обнаружении фальсификации и исследовании органических структур. Когда так много талантливых и трудолюбивых ученых работают с этим инструментом, возможно, несправедливо указывать на одного, хотя мы должны сделать исключение в пользу профессора Эренберга из Берлина, чей микроскоп сослужил такую хорошую службу в получении неопровержимых доказательств мошенничества Симонида; он снова использовал его, чтобы обнаружить вора, который украл бочку с монетами, похищенную на одной из железных дорог. Одна из нескольких бочек, которые должны были содержать монеты, по прибытии в пункт назначения оказалась пустой от своего драгоценного содержимого и заполнена песком. Когда к профессору Эренбергу обратились за консультацией, он послал за образцами песка со всех станций вдоль различных железнодорожных линий, по которым проходили монеты, и с помощью своего микроскопа определил станцию, с которой должен был быть взят песок. Как только станция была обнаружена, было несложно вычислить преступника среди небольшого числа служащих, находившихся там на дежурстве.

Простейший случай преломления происходит при прослеживании пути луча света через воздух в среду воды; в этом случае он переходит из редкой среды в плотную, и сам факт хорошо иллюстрируется следующей диаграммой, на которой заштрихованная часть представляет воду, а бумага, на которой она нарисована, — воздух. Линия A B — это перпендикулярный луч света, который проходит прямо из воздуха в воду и сквозь нее, не меняя своего направления. Линия C D — это другой луч, наклоненный к перпендикуляру и входящий в воду под углом, он не проходит по прямой линии, указанной пунктиром, а преломляется или изгибается к перпендикуляру в d e.

Fig. 286. Fig. 286.

Этот факт, сведенный к краткости научных законов, выражается так: — Когда луч света падает перпендикулярно на преломляющую поверхность, он не испытывает никакого преломления или изменения направления. Когда свет переходит из редкой среды в плотную, как из воздуха в воду, угол падения больше угла преломления. А когда свет переходит из плотной среды в редкую, как из воды в воздух, происходит обратное, и угол падения меньше угла преломления.

Чтобы проиллюстрировать эти законы, жестянщик может сконструировать небольшой резервуар со стеклянными окнами спереди и по бокам, последние должны быть такой же глубины, как полукруг, описанный на задней металлической пластине резервуара, которая, конечно, поднимается выше, чтобы показать полный круг; он должен быть покрыт белым лаком, а на нем должны быть описаны перпендикулярная и горизонтальная черные линии — все, за исключением круга, должно быть покрыто черным лаком. Если фонарь Дюбоска устроен с маленьким зеркалом, как описано на рис. 276, стр. 287, луч света можно направить перпендикулярно или под углом через воду, и само преломление луча света становится отчетливо заметным. (Рис. 287.)

Fig. 287. Fig. 287.

a. Фонарь Дюбоска. b. Зеркало. b c. Падающий луч. c d. Преломленный луч. e f. Резервуар, содержащий воду до горизонтальной линии круга.

Преломление света также хорошо демонстрируется аппаратом Дюбоска с плосковыпуклой линзой и латунной стрелкой в качестве объекта, с другой двояковыпуклой линзой для его фокусировки. Когда на диске получен хороший четкий контур стрелки, часть лучей света, создающих его, может быть затем действительно преломлена, положив поперек латунной стрелки квадратный брусок из листового стекла. (Рис. 288).

Fig. 288. Fig. 288.

a. Лучи света от электрического света. b. Колпачок с вырезанной фигурой стрелки. c. Брусок из листового стекла. d. Двояковыпуклое стекло для фокусировки e, изображения на диске, и часть, преломленная в b.

Существует много простых способов, которыми демонстрируется преломление света, таких как кажущееся преломление весла там, где оно входит в воду, или удивительный способ, которым дно приподнимается, когда мы смотрим под любым углом через прозрачную воду глубокой реки или озера; последнее обстоятельство, к сожалению, приводило к самым серьезным несчастным случаям из-за того, что детей из-за кажущейся мелководности воды побуждали заходить в нее и купаться. Рыбы, опять же, если на них не смотреть перпендикулярно из лодки, всегда кажутся ближе, чем их истинное положение, и индейцы, когда они бьют рыбу острогой, всегда стараются бить как можно ближе к перпендикуляру; опытные стрелки знают, что они должны целиться немного ниже и ближе, чем кажущееся положение рыбы, чтобы попасть в нее.

Узнав, что свет отклоняется от своего курса, можно было бы предположить, что все объекты, рассматриваемые через листовое стекло, должны казаться искаженными; но следует помнить, что стороны стекла почти параллельны, поэтому во всех направлениях происходит одинаковое количество преломления — так что, если окно не застеклено неровным волнистым стеклом, объект для всех практических целей не меняет своего положения, не перемещаясь ни вправо, ни влево, ни вверх, ни вниз. Чтобы согнуть лучи света в нужном направлении, стекло должно быть разрезано на определенные фигуры, называемые призмами, плоскими стеклами, сферами и линзами, некоторые из которых показаны на прилагаемом рисунке. (Рис. 289.)

Fig. 289. Fig. 289.

Было бы утомительно прослеживать с помощью регулярной серии диаграмм прохождение света через множество комбинаций линз; и поскольку плоские, выпуклые и вогнутые поверхности были изучены в отношении их влияния на отражение света, к ним можно обратиться снова в отношении их влияния на преломление света. В последнем случае будет обнаружено, что выпуклые и вогнутые линзы обладают прямо противоположными свойствами зеркал; так, выпуклая линза, принимающая параллельные лучи, заставит их сойтись в фокус. (Рис. 290.) Случай близорукости возникает из-за слишком большой выпуклости глаза, что создает очень близкий фокус; а случай пожилых людей — это уплощение глаза, из-за чего фокус отбрасывается на большее расстояние. Средством для последнего является выпуклое очковое стекло, в то время как для первого требуется вогнутая линза, чтобы рассеять лучи и предотвратить их слишком быстрое схождение в точку.

Fig. 290. Fig. 290.

a b. Двояковыпуклая линза. c — луч света, который падает перпендикулярно на a b и поэтому проходит прямо в f, фокус. d b. Лучи, падающие под углом на a b, преломляются в фокус f.

Действие вогнутой преломляющей поверхности снова противоположно вогнутой отражающей поверхности — первая рассеивает лучи света, в то время как последняя собирает их. Вогнутая линза, как и следовало ожидать, производит на свет эффект, прямо противоположный эффекту вогнутого зеркала. (Рис. 291.)

Fig. 291. Fig. 291.

a b. Двояковогнутая линза. c — луч света, который падает перпендикулярно на a b и проходит без изменения своего курса. d d. Лучи, падающие под углом на a b, преломляются и расходятся.

Эти факты наглядно демонстрируются с помощью фонаря и электрического света. Лучи света преломляются видимым образом при прохождении через вогнутую или выпуклую линзу, если использовать немного дыма от бумаги, как в экспериментах с зеркалами. (Рис. 292.)

Fig. 292. Fig. 292.

a. Электрический свет. b. Линза.

Усвоив эти элементарные истины, будет несложно проследить за полным набором иллюстраций, поясняющих устройство и использование различных популярных оптических приспособлений.

ГЛАВА XXIII.

ПРЕЛОМЛЯЮЩИЕ ОПТИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ.

I. Волшебный фонарь.

Ни один другой оптический прибор с момента своего появления и до настоящего времени не вызывал столько удивления и восторга, как это простое устройство. Долгое время его истинная ценность оставалась незамеченной, а для него создавались лишь нелепые или комические слайды, однако сейчас его образовательное значение получает полное признание — не только благодаря размеру диаграмм, которые могут быть представлены на диске, но и благодаря тому, что внимание аудитории лучше удерживается в комнате, когда единственным видимым объектом является объясняемая диаграмма. Содержащиеся в нем линзы — это «бычий глаз», или плоско-выпуклая линза, расположенная ближе к источнику света, и двояковыпуклое стекло, предназначенное для фокусировки изображения, которое переворачивается и помещается между двумя линзами. (Рис. 293.)

Fig. 293. Fig. 293.

Волшебный фонарь.

Во многих книгах даются подробные указания по росписи стеклянных слайдов, но это искусство требует огромной практики и опыта. Человек может уметь рисовать и писать на бумаге или холсте, но со стеклом дело обстоит совершенно иначе, и если юный художник не брал уроки у профессионального мастера по росписи стекла, его усилия, скорее всего, будут весьма неудовлетворительными. Во многих популярных трудах, охватывающих область оптики, приводятся полные инструкции по способу росписи слайдов для волшебного фонаря или «растворяющихся видов»; однако в этом способе иллюстрации наступила новая эра — подготовка фотографий на стекле самого прекрасного качества, и теперь, вместо демонстрации простых мазков со слабой окраской, можно приобрести фотографические снимки исключительного совершенства у господ Негретти и Замбра из Холборна, которые уделили особое внимание этой отрасли и поставляют слайды всех размеров.

II. Растворяющиеся виды.

Эта весьма приятная модификация обычного волшебного фонаря демонстрируется с помощью двух фонарей одинакового размера, снабженных лампами и линзами, которые в точности идентичны. Их лучше всего располагать на одной доске, бок о бок, и если держать их параллельно друг другу, круги света, отбрасываемые двумя фонарями, не совпадут на экране; поэтому необходимо установить один из них под углом, который будет варьироваться в зависимости от расстояния до экрана. Задача точного наложения двух кругов света друг на друга на диске называется центрированием фонарей и является первым делом, о котором необходимо позаботиться перед показом слайдов. Слайды для «растворяющихся видов» расписываются в одном размере, и если, например, сцена, изображающая церковь со свадебной процессией и деревьями в полном цвету, представляющая лето, сначала проецируется на диск, ее можно сменить на зимнюю, вставив другую картину того же сюжета, но расписанную так, чтобы изобразить голые деревья, церковь и землю, покрытую снегом, а также открытую могилу с похоронной процессией. Две картины не должны проецироваться на экран одновременно, и здесь требуется механизм растворения; он состоит из двух вееров, расположенных таким образом, что их можно поднимать или опускать с помощью реечной передачи и рукоятки; один веер при опускании закрывает один из тубусов фонарей, а другой оставляет второй фонарь открытым и свободным для проецирования изображения; растворение осуществляется медленным перемещением рукоятки реечного механизма, так что одна четверть изображения, уже находящегося на диске, отсекается, а одна четверть нового — проецируется. По мере движения половина старой картины закрывается, а половина нового слайда занимает ее место, и так далее, пока вся исходная картина не будет закрыта веером и не появится новая; именно таким образом достигается эффект смены лета на зиму. (Рис. 294.)

Fig. 294. Fig. 294.

Тубус одного фонаря с поднятым веером a, находящимся в положении для проецирования изображения на диск. b. Другой веер, закрывающий второй фонарь.

Когда две картины, подобные описанным выше, растворяются одна в другой, конечно же, само здание или другая заметная часть сюжета должны строго совпадать в каждой картине на диске, иначе будут видны обе картины, и иллюзия разрушится. Все картины должны быть отцентрированы до начала выставки. Согласно устройству господина Дюбоска, один электрический свет служит для освещения обоих фонарей с помощью зеркал. Аппарат для растворения также очень прост и состоит из двух ромбовидных отверстий в латунной раме, которые открываются и закрываются попеременно с помощью заслонки, управляемой рукояткой. Использование одного источника света не рекомендуется, так как им довольно трудно правильно управлять. (Рис. 295.)

Fig. 295. Fig. 295.

a. Электрический свет. b b. Два комплекта линз для двух картин. c. Механизм растворения. d. Изображение на экране.

Когда требуются «растворяющиеся виды» в большом масштабе, линзы должны быть чрезвычайно большими, а конденсор (соответствующий «бычьему глазу» простого волшебного фонаря) должен быть не менее девяти или одиннадцати дюймов в диаметре, а передние стекла должны быть превосходного качества. Линзы для большого фонаря, освещаемого оксиводородным светом, расположены так, как показано на следующем рисунке. (Рис. 296.)

Fig. 296. Fig. 296.

a. Известковый свет. b. Конденсоры. c. Изображение. d d. Передние линзы для фокусировки с реечным механизмом.

В Политехническом институте автор использовал не менее шести фонарей, работающих одновременно или почти одновременно, для создания эффектов в видах, иллюстрирующих путешествия Синдбада-морехода; а для получения усиленных результатов, необходимых для диорамных эффектов, таких, например, как Осада Дели, показывающая разрыв снарядов и т. д., всегда использовались четыре стационарных фонаря (передние части которых показаны на следующем рисунке). Два верхних фонаря «растворяются» с помощью латунных дисков, приводимых в движение рукой, а нижние — с помощью вееров. (Рис. 297.)

Fig. 297. Fig. 297.

Передние части четырех фонарей, показывающие, как устроен механизм растворения.

«Закулисье» всегда вызывает большой интерес у молодых людей; поэтому на фронтисписе, с помощью мистера Хайна (который написал большое количество фотографий, демонстрировавшихся в Политехническом институте во время управления автора), мы представили разрез большого театра, сделанный во время демонстрации эффектной сцены Осады Дели. Оптические эффекты сопровождались различными звуками, имитирующими тревоги войны, для производства которых добровольцев иногда оказывалось больше, чем требовалось, и они пробирались за экран, создавая те ужасающие звуки, которые некоторые люди с нервным темпераментом называли поистине оглушительными. На полностраничном рисунке мы также привели точный чертеж внутренности оптической камеры в Политехническом институте с четырьмя стационарными фонарями и боковыми шкафами для хранения стеклянных картин. Четыре фонаря перемещались по рельсам с помощью колес и круглой поворотной платформы; их можно было убрать, а на их место установить микроскоп.

Перед экраном и за ним в Политехническом институте во время демонстрации диорамных эффектов осады Дели.

III. Оксиводородный микроскоп.

Многие помнят первую демонстрацию этого прибора на Бонд-стрит мистером Дж. Т. Купером и мистером Кэри, за которой последовала выставка научных чудес в галерее Аделаида с оксиводородным микроскопом. Аппарат для этой цели состоит из трех конденсорных линз и объектива. Объекты, такие как живые водные насекомые, помещаются в стеклянные кюветы с водой; другие объекты — папоротники, перья, бабочки, водоросли и т. д. — монтируются на слайдах обычным способом с помощью канадского бальзама. (Рис. 298.)

Fig. 298. Fig. 298.

a. Известковый свет. c c c. Конденсоры. d. Объект, например, резервуар с водой, содержащий живых насекомых. e. Объективы.

IV. Физиоскоп.

Этот прибор, представленный в Политехническом институте в то время, когда мистер Дж. Ф. Годдард руководил оптическим отделом института, всегда вызывал огромное веселье и изумление у многочисленных посетителей; и завсегдатаи старого места могут помнить добродушную, неподражаемую, глуповатую улыбку, с которой бедняга мистер Тейт (который был одним из живых объектов, демонстрируемых на диске) обычно выпивал бокал вина, а затем подмигивал аудитории. Когда мы говорим, что мистер Тейт подмигивал, конечно, подразумевается, что он был лично невидим, а на диске появлялось лишь его привидение или изображение. Лицо ярко освещается оксиводородным светом, и, будучи расположенным близко к линзам, лучи отражаются от лица в физиоскоп, и при правильной фокусировке и исправлении перевернутости изображения на диске появляется идеальное представление человеческого лица. Линзы и вогнутые отражатели, необходимые для этого, показаны в разрезе физиоскопа. Господа Карпентер и Уэстли с Риджент-стрит довели производство волшебных фонарей до большого совершенства; а мистер Коллинз из Политехнического института конструирует все виды аппаратов для «растворяющихся видов», оксиводородные микроскопы, физиоскопы и т. д. (Рис. 299.) С помощью этого прибора можно демонстрировать большой аудитории любые непрозрачные объекты (при условии, что они должным образом отражают свет). Гипсовые слепки выглядят с необычайной красотой и мягкостью, в то время как цветы, чучела птиц и особенно колибри являются превосходными объектами для физиоскопа.

Fig. 299. Fig. 299.

a. Один или несколько источников известкового света, направляющих лучи, отраженные вогнутыми зеркалами, на лицо b, откуда они отражаются к c c, первым конденсорам. d d. Объективы. Этот прибор изготовлен мистером Коллинзом, у которого есть инструменты для изготовления отражателей с правильными кривыми. Изображение лица на диске покрывается черными пятнами, если отражатели не идеальны.

V. Камера-обскура.

«Темная камера» — это название весьма забавного, а в усовершенствованном виде — чрезвычайно ценного прибора для фотографических целей. Его иногда можно встретить в общественных садах, и очень хороший экземпляр находится на Хоу в Плимуте. Устройство камеры для наблюдения за окружающей местностью очень простое и состоит лишь из плоского зеркала, расположенного под углом, с помощью которого изображение отражается через двояковыпуклую линзу на белый стол внизу. (Рис. 300.)

Fig. 300. Fig. 300.

a. Зеркало. b. Выпуклая линза. c. Белый стол.

Термин «фокусировка», или искусство перемещения линз для получения четкого изображения, часто упоминался в этой статье, и, возможно, будет уместно описать способ определения фокусного расстояния линзы экспериментальным путем.

Держите линзу напротив окна так, чтобы на листе бумаги, приколотом к стене, получилось яркое изображение оконной рамы; расстояние от линзы до бумаги и будет фокусным расстоянием.

Если линза имеет очень большое фокусное расстояние, его можно определить следующим образом: измерьте расстояние между линзой и объектом, а также между линзой и изображением; перемножьте эти расстояния и разделите произведение на их сумму; частное даст фокусное расстояние.

VI. Разложение света — «его анализ и синтез».

Именно в итальянском языке невесту, эмблему чистоты, называют Lucia (Lux, свет); и, безусловно, если бы потребовалась иллюстрация красоты и единства, свет был бы поэтически назван подходящим примером; но физически он не является единым по своей природе, он составной и состоит из семи цветов. Прибор, необходимый для преломления луча света в достаточной степени, чтобы разложить его на элементарные цвета, называется призмой и представляет собой твердое тело, имеющее две плоские поверхности, называемые преломляющими, с основанием, одинаково наклоненным к ним. (Рис. 301.)

Fig. 301. Fig. 301.

Призма. Основание a b одинаково наклонено к преломляющим поверхностям c a, c b.

Именно в 1672 году сэр Исаак Ньютон провел свой знаменитый анализ света, направив солнечный луч (проходящий через отверстие в ставне) на преломляющую поверхность призмы и проецируя изображение, или спектр, на экран, где он наблюдал семь цветов: красный, оранжевый, желтый, зеленый, синий, индиго и фиолетовый, и тем самым доказал, «что существуют различные виды света, и что каждый вид склонен испытывать различную степень преломляемости при переходе из одной среды в другую и возбуждать в нас представление о цвете, отличном от остальных; и что тела кажутся того цвета, который возникает из состава тех цветов, которые способны возбуждать различные виды отражаемого ими света».

Имя сэра Исаака Ньютона было бы увековечено одним этим открытием, даже если бы он не обладал той выдающейся способностью, которая возвысила его над всеми другими математиками и физиками. В то же время интересно знать, что древний автор Клавдиан (420 г. н. э.) задается вопросом, «действительно ли цвет принадлежит самим субстанциям или же они обманывают глаз отражением света — enquires sitve color proprius rerum, lucisne repulsa eludant aciem».

Сэр Исаак Ньютон определил, что спектр можно разделить на 360 равных частей, из которых красный занимает 45, оранжевый 27, желтый 48, зеленый 60, синий 60, индиго 40, фиолетовый 80. Он также обнаружил, что если сильно преломленные лучи, семь цветов или спектр направить в вогнутое зеркало или двояковыпуклую линзу, они снова соединяются и образуют белый свет. Чтобы продемонстрировать свойства призмы в различных положениях, можно привести следующую диаграмму. (Рис. 302.)

Fig. 302. Fig. 302.

a. Луч света, проходящий через две призмы b, расположенные основанием к основанию. В этом положении свет проходит ко второй призме c без изменений. В точке c происходит разложение света, и спектр показан в d d. Верхняя призма в b, использованная отдельно, отразила бы луч в e, не разлагая его на цветные лучи.

Радуга — самое красивое природное оптическое явление, с которым мы знакомы; ее можно увидеть только в дождливую погоду, когда солнце освещает падающий дождь, а наблюдатель стоит спиной к солнцу. Часто можно увидеть две дуги: внутреннюю и внешнюю, или первичную и вторичную, и даже внутри первичной радуги, в контакте с ней, и снаружи вторичной были замечены другие дуги сверх указанного числа.

Первичная, или внутренняя, радуга состоит из семи разноцветных дуг и обычно является самой яркой, образуясь лучами света, падающими на верхние части капель дождя. Внешняя дуга образуется лучами света, падающими на нижние части капель дождя; и в обоих случаях лучи света подвергаются преломлению и отражению, следовательно, мнение Аристотеля о том, что радуга вызвана только отражением света, неверно.

Первое преломление происходит, когда лучи света входят в капли воды, а второе — когда они выходят из них в первой дуге; преломленные лучи подвергаются только одному отражению, тогда как во второй дуге яркость цветов ослабляется двумя отражениями.

Спектр от электрического света — одно из самых великолепных цветовых зрелищ, которые можно себе представить; приборы, необходимые для этой цели, проиллюстрированы на № 1 (Рис. 303), в то время как синтез цветных лучей и получение белого света показаны на № 2 того же рисунка. (Рис. 303.)

Fig. 303. Fig. 303.

№ 1. a. Электрический свет. b. Узкая щель, через которую свет проходит к выпуклой линзе c. d. Призма. e. Спектр. № 2 — то же самое для a b c d; но f — это выпуклая линза, собирающая рассеянные лучи и образующая белый свет в g.

VII. Длительность впечатления от света.

Если нарисовать на круговом диске призматические цвета в той же пропорции друг к другу, в какой они представлены в спектре, полученном с помощью призмы, и быстро вращать колесо, то отдельные цвета исчезнут, и станет виден почти белый свет. Причина кроется в том же принципе, который создает видимость полного огненного круга, когда горящая петарда быстро вращается перед тем, как ее бросят, чтобы она взорвалась; и поскольку очевидно, что горящая петарда не может находиться в каждой точке круга в один и тот же момент, должна существовать некая врожденная способность человеческого глаза, позволяющая ему удерживать в течение определенного периода времени впечатления от изображений, которые могут на него падать; и этот принцип был настолько, так сказать, доведен до предела, что всерьез утверждается, будто изображение убийцы человека «могло бы быть обнаружено на сетчатке глазного яблока, если бы его можно было исследовать достаточно быстро после смерти». Фиксация картины, как говорят, происходит благодаря своего рода естественному фотографическому процессу; но такие причудливые утверждения часто уводят разум лишь в страну грез, поэтому мы вернемся к факту длительности впечатления от света на глаз, что подтверждается несколькими остроумными оптическими приборами, и особенно научными изобретениями доктора Фарадея, доктора Пэриса и мистера Томаса Роуза из Глазго.

Путем тщательного эксперимента М. Д'Арси обнаружил, что свет живого угля, движущегося на расстоянии 165 футов, сохраняет свое впечатление на сетчатке в течение седьмой доли секунды. Отсюда причина рекомпозиции белого света при быстром вращении цветов на диске. Каждый цвет в любой точке сменяет другой до того, как впечатление от предыдущего исчезнет из глаза, и при условии, что цвета вращаются в течение седьмой доли секунды, они все вместе запечатлеваются на глазу и, встречаясь на сетчатке, производят эффект белого света.

VIII. Фенакистископ.

Этот забавный прибор состоит из вращающегося колеса, на котором фигуры кажутся прыгающими, идущими или танцующими. Диск или колесо сделаны из картона, на котором нарисованы (по направлению к периферии) фигуры в восьми, десяти или двенадцати позах. Так, если желательно изобразить клоунов, вращающихся по кругу, на диске рисуются двенадцать различных положений фигуры в процессе поворота, а над каждой из фигур на колесе прорезается щель длиной около одного дюйма и шириной четверть дюйма в направлении, соответствующем радиусам круга. Эта простая форма прибора используется путем размещения фигурной стороны перед зеркалом, а затем приведения его во вращение с определенной скоростью, которая определяется экспериментально; и когда зритель смотрит через щели в зеркало, клоуны кажутся вращающимися. В Политехническом институте есть два таких колеса с зеркалами, и хотя одни и те же рисунки использовались много лет, они до сих пор привлекают внимание публики. (Рис. 304.)

Fig. 304. Fig. 304.

Дизайн для фенакистископа. Предполагается, что зритель смотрит в зеркало через щели. Он поддерживается ручкой через центр, вокруг которой его вращают другой рукой.

В «Журнале Королевского института» мистер Фарадей описал несколько очень интересных экспериментов и оптических иллюзий, создаваемых вращением колес в разных направлениях и с разными скоростями. Колеса сделаны из картона, и если вырезать два зубчатых колеса одинакового размера и поместить одно над другим на штифте, то при их быстром вращении виден обычный туманный оттенок, когда зубья взаимодействуют; но если заставить два зубчатых колеса двигаться в противоположных направлениях, возникнет необычайное явление неподвижного спектрального колеса. Если зубья на обоих колесах вырезаны в наклонном направлении, спектральное колесо будет демонстрировать наклонные зубья; но если одно колесо повернуть так, чтобы зубья указывали в противоположные стороны, то спектральное колесо будет иметь прямые зубья. Ряд таких колес, приведенных в движение в затемненной комнате и внезапно освещенных светом электрической искры, кажутся совершенно неподвижными, хотя и движутся с большой скоростью. Дорогостоящий прибор был сконструирован Дюбоском с целью демонстрации обычных эффектов фенакистископа на экране с помощью волшебного фонаря; однако демонстрируется очень ограниченное изображение, и в улучшении аппарата еще есть много возможностей. (Рис. 305.)

Fig. 305. Fig. 305.

Фенакистископ, изготовленный Дюбоском из Парижа. № 1. Аппарат в сборе с конденсорами. № 2. Разрез аппарата. a. Свет. b. Конденсор, или плоско-выпуклая линза. c. Круглый стеклянный диск с нарисованным на нем рисунком. d. Деревянный диск с четырьмя двояковыпуклыми линзами, расположенными на равном расстоянии друг от друга, чтобы совпадать с c во время вращения. И последние, и c вращаются, и изображение фокусируется на диске линзами f. № 3. Стеклянная пластина с нарисованным на ней устройством.

IX. Тауматроп.

Эта очень простая игрушка была изобретена покойным доктором Пэрисом, который дал ей подходящее название, составленное из греческих слов θαυμα — чудо и τρεπω — вращать. Длительность впечатлений от света на глаз очень заметна при использовании этой игрушки, которая обычно делается из кругового куска картона, имеющего с одной стороны рисунок головы человека, а с другой — шляпу; или изображение зажженной свечи на одной стороне картона и гаситель на другой; или ворота и всадника, перепрыгивающего через них. Каждая пара рисунков, нарисованных на противоположных сторонах картона, кажется единым целым, когда их скручивают с помощью нитей, привязанных к противоположным краям картонного круга. Обоснование этого эксперимента заключается в том, что изображение одного рисунка — например, головы и лица — удерживается глазом до тех пор, пока не появится шляпа, и, будучи взаимно запечатленными на зрительном нерве почти в один и тот же момент времени, они кажутся одной картиной.

X. Калотроп.

Это оптическое устройство мистера Томаса Роуза из Глазго, первоначально разработанное для демонстрации иллюзий фенакистископа и подобных устройств многочисленной аудитории; но более примечательное своими представлениями очень красивых спектров, состоящих из умножения, комбинации и инволюции простых фигур, расположенных вокруг диска. Устройство состоит из механизма для придания значительной скорости двум концентрическим колесам, работающим почти в контакте и движущимся в противоположных направлениях. Но единственная часть аппарата, требующая особого объяснения и иллюстрации, — это диск с рисунками и диск с отверстиями; первый из которых помещается на заднем колесе, а второй — на переднем. Мы приводим рисунки двух дисков, предварительно заметив, однако, что каждый из них способен на почти бесконечное разнообразие характеров. № 1 (Рис. 306) представляет в своих четырех квадрантах перфорации для четырех различных дисков с отверстиями; а № 2 — это диск с рисунком, состоящий из двенадцати равноудаленных черных шаров. Под a шары будут представлены как двадцать четыре овала; под b — как сорок восемь переплетенных фигур, красиво варьирующихся; под c — как искусное кружево; а под d — как богатое разнообразие форм и цветов. Каждый новый диск с рисунками и диск с отверстиями, конечно, открывает новое поле эффектов. Так, если мы возьмем диск, несущий двенадцать повторений шара внутри кольца, причем каждое повторение нарисовано так, что его положение продвигается в кольце, пока не достигнет в двенадцатом кольце точки, откуда оно началось, и поместим это на задний диск калотропа, предварительно удалив первый, то при вращении колеса не наблюдается никакого эффекта, кроме растягивания рисунка и общего вида туманных черных кругов. Однако, когда диск с двенадцатью щелями или отверстиями теперь помещается на переднее колесо, и оба вращаются в противоположных направлениях, тогда вся фигура как бы оживает, и каждый шар, по-видимому, движется вокруг внутренней части своего круга. Аппарат был представлен автором в Королевском политехническом институте и вызвал большой интерес. (Рис. 306.)

Fig. 306. Fig. 306.

№ 1 и 2 — диски. № 3. Калотроп в сборе. № 4. Вид сбоку на калотроп, показывающий умножающие колеса и перфорированные и раскрашенные диски, движущиеся в противоположных направлениях.

XI. Фотодром.

Это второе оптическое устройство мистера Роуза для демонстрации спектральных иллюзий; и оно превосходит предыдущее, поскольку предлагает публичному лектору наиболее эффективное средство представления этих обманов большой аудитории. Оно отличается от калотропа в нескольких важных пунктах. Оно обходится без дисков с отверстиями и оставляет диск с рисунком полностью открытым для зрителей. Эффекты создаются мощным светом, проходящим через трубку фонаря и прерываемым колесом, работающим поперек него. Аппарат, как он сейчас находится в распоряжении изобретателя, состоит из двух отдельных частей: одна — механизм для дисков с рисунками, а другая — для света. Колесо диаметром четыре фута соединено с системой механизмов, способных придать ему пятьсот или шестьсот оборотов в минуту. На это колесо помещается диск с рисунком, на виду у зрителей, и приводится в движение. Из противоположной галереи направляется свет, который прерывается колесом такого диаметра и количества отверстий, чтобы скорость фотодрома (или «светобегуна») была по крайней мере в шесть раз больше скорости диска с рисунком; в то время как ширина отверстий такова, что ограничивает длительность световой вспышки примерно одной двухтысячной долей секунды. Колесо, работающее поперек света, имеет систему механизмов для повышения скорости до двух тысяч оборотов в секунду. Управление аппаратом очень простое. Диск с рисунком доводится до устойчивого быстрого вращения, а оператор света затем работает своим колесом с постепенно увеличивающейся скоростью, пока не догонит фигуры рисунка, где, благодаря просто тонкости прикосновения, он может удерживать их неподвижными или приводить в движение по желанию.

Теории света и цвета до сих пор волнуют научный мир, хотя смел должен быть тот человек, который заявит, что его гипотеза способна объяснить каждый трудный момент, возникающий по мере роста наших экспериментальных знаний. Мистер Г. Дж. Смит из Пертской академии выдвинул очень остроумную теорию света и цвета, подкрепленную некоторыми искусными экспериментами. Но, как говорит Соломон, «нет ничего нового под солнцем», и в способной статье мистер Роуз из Глазго заявляет о предвосхищении теории мистера Смита следующим образом:

«Мое внимание было привлечено к статье под названием «Теория света» Г. Джона Смита, эсквайра, магистра искусств из Пертской академии. Думаю, прошло уже почти два года с тех пор, как я сообщил интересный факт профессору Фарадею и члену нашего местного Философского института, который вполне может претендовать на то, чтобы предвосхитить теорию мистера Смита. Факт заключался в следующем: если держать кусок интенсивно белой карточки в одной руке, при свете мощной газовой горелки, падающем на нее, и если другая рука управляет газовым краном, то по мере постепенного уменьшения света карточка будет принимать призматические цвета вплоть до интенсивного синего, а по мере восстановления света цвета будут проявляться в обратном порядке. Эксперимент очень убедительно показал мне, что свет однороден и что то, что мы называем цветом, есть лишь различное воздействие на зрительный нерв при большей или меньшей радиации света из фокальной точки в несовершенном отражателе — скажем, в данном случае, белой карточке. Я полагаю, что мистер Смит путает свою теорию, когда говорит о чередовании света и тени, производящих цвет. Тень, или темнота, — это просто отрицание света. Мы не видим смесей света и темноты, или черноты и белизны, но свет в его различных степенях интенсивности. Эксперименты мистера Смита представляют только то, что делал мой калотроп, и что мое более позднее устройство, фотодром (которому сейчас почти три года), делает гораздо более совершенным образом. Это одна из тайн, понятных только посвященным, что, хотя статья мистера Смита, по-видимому, была встречена с большим одобрением Британской ассоциацией, мое сообщение относительно фотодрома было признано «недостаточно практичным».

«Поскольку я предстал перед публикой с экспериментом, который в любом случае является интересным, позвольте мне воспроизвести его при нескольких различных условиях и добавить краткое повествование о замечательных представлениях цвета, которые предстали передо мной и которые, насколько мне известно, являются совершенно новыми или известными только благодаря более поздним экспериментам мистера Смита. Профессор Фарадей очень любезно признал мое сообщение об эксперименте с карточкой, но сказал, что он лишь частично удался у него, и добавил, что, вероятно, это связано с некоторым снижением чувствительности его глаз. Скорее, я не смог с достаточной ясностью изложить условия эксперимента, поскольку я всегда обнаруживал, что девять человек из десяти полностью согласны с полученными эффектами, когда они находились рядом со мной. Переходы от белого к желтому, оранжевому, красному и оттуда к интенсивно синему, я могу сказать, неизменно признаются. Успех зависит от очень медленного и регулярного уменьшения и восстановления света. Я привел один метод выполнения эксперимента и добавлю еще два. Оставьте свет без изменений и начните с того, что держите карточку близко к нему; затем держите руку неподвижно, а глаз пристально фиксируйте на карточке, и постепенно отступайте спиной к свету, и цвета будут меняться в порядке призматического спектра от желтого до интенсивного синего. При возвращении назад к свету цвета снова проявятся, но в обратном порядке. В этой форме эксперимента мы уверены, что свет остается точно таким же на протяжении всего времени. Третий метод таков: поместите круг из белой карточки диаметром около трех дюймов в центр черной доски и пусть зритель встанет в двенадцати дюймах от доски, устремив глаза на карточку. Пусть оператор будет снабжен светом, закрытым так, чтобы он не падал на глаз зрителя; тогда, по мере того как он будет отходить со светом или возвращаться с ним, зритель будет видеть цвета, как и прежде. Это устройство, очевидно, подвергает эксперимент суровому испытанию, поскольку черная доска усиливает белизну карточки и способствует ее сохранению.... Преследуя свою главную цель, я часто замечал самые замечательные представления цвета; но, поскольку условия по большей части были непригодны для лекционного зала, я уделял им лишь мимолетное внимание. Позвольте мне привести несколько примеров экспериментов.

«Первый относится к калотропу, который можно кратко описать как устройство из двух концентрических колес, работающих почти в контакте и в противоположных направлениях. Для заднего колеса предусмотрены диски с различными устройствами, а для переднего — ряд перфорированных черных дисков. Когда диск, заряженный двенадцатью черными радиусами, помещается на заднее колесо, шесть спиц переднего колеса, быстро проходя по нему, превращают двенадцать черных радиусов в двадцать четыре кажущихся неподвижными белых радиуса на тонированном фоне. Здесь представлено замечательное проявление дополнительного цвета, поскольку он постоянно находится перед глазом благодаря инерции зрения.

«Второй эксперимент выполняется с помощью фотодрома, который состоит из независимого колеса для приема дисков с рисунками и аппарата (полностью отдельного и, при желании, вне поля зрения), с помощью которого вспышки света направляются на диск в быстрой и регулярной последовательности. Теперь, если на колесо поместить диск, заряженный двенадцатью темно-синими шарами, почти соприкасающимися, и позволить немного естественного света упасть на него, как только он будет приведен в быстрое вращение, а вспышки искусственного света (изолированные в фонаре) будут должным образом распределены по нему, мы увидим двенадцать кажущихся неподвижными светло-голубых шаров на зоне ярко-оранжевого цвета. Здесь, опять же, нет ничего, к чему мы не были бы готовы; дополнительный цвет внезапно представляется, и он постоянно поддерживается перед глазом благодаря инерции зрения.

«Третий эксперимент может оказаться интересным в связи с остроумной теорией мистера Смита. Поместите калотроп напротив яркого северного полуденного неба, снимите переднее колесо и прикрепите к заднему колесу один из перфорированных черных дисков, используемых для калотропических эффектов. Экспериментатор стоит позади прибора и может видеть небо только через отверстия в черном диске. Заставьте эти отверстия проходить перед глазом с интервалами, варьирующимися от одной второй до одной шестой доли секунды, и будут видны очень замечательные представления цвета. При меньших скоростях небо вспыхивает и приобретает неестественный блеск, а интервалы в четверть и пятую долю секунды придают ему иногда малиновый, а иногда глубокий пурпурный цвет. Итак, что мы можем вывести из этого эксперимента? Конечно, не то, что пульсации абсолютно произвели разнообразие цвета. При каждой пульсации полный естественный свет падает на глаз, а интервалы между пульсациями дают время для реакции, необходимой для возникновения дополнительного цвета, и это при многообразных модификациях, возникающих из постоянно меняющегося состояния глаза во время эксперимента. Если отверстия проходят перед глазом со скоростью, превышающей одну шестую долю секунды, эффект прекращается. Тогда наступает идеальная инерция зрения, и глаз не воспринимает ничего, кроме обычного света неба, уменьшенного в интенсивности, без чего-либо, что могло бы нарушить его однородность или придать ему хроматический характер.

«Четвертый эксперимент сродни последнему. Поместите калотроп при той же настройке и управлении, что и раньше, перед ярким закатом, и зритель увидит, с видением более чем поэтическим,

«Богатые оттенки всех славных вещей».

XII. Калейдоскопический цветовой волчок.

Это изобретение Джона Грэма из Танбриджа предназначено для того, чтобы показать, что когда белый или цветной свет передается в глаз через небольшие отверстия, вырезанные в виде узоров или устройств, и когда такие отверстия заставляют проходить перед глазом быстрыми последовательными рывками, как форма, так и цвет сохраняются на нерве зрительного органа достаточно долго, чтобы произвести составной узор, все части которого кажутся одновременными, хотя и представлены последовательно. Таким образом, прибор является приятной иллюстрацией закона о том, что глазу требуется почти невообразимо короткий промежуток времени для получения впечатления, и что такое впечатление не стирается непосредственно, а остается в течение определенного, хотя и очень ограниченного периода. Результаты достигаются вращением двух дисков на колесе, нижний диск содержит цвета, а верхний — отверстия; этот последний диск заставляют вибрировать, а также вращаться, тем самым позволяя глазу получать цветной свет, отраженный снизу, который свет принимает в то же время формы узоров, через которые он был передан. Прибор также служит для иллюстрации большинства важных явлений цвета.

XIII. Простые микроскопы и телескопы.

Линзы Стенхоупа сейчас продаются по такой дешевой цене и настолько полезны в качестве простых портативных микроскопов, что вряд ли стоит подробно описывать какой-либо план, с помощью которого можно получить дешевую однолинзовую лупу. На улицах можно найти красноречивых продавцов дешевых микроскопов, которые делают свой инструмент из коробочки от пилюль с проколотым отверстием, в которое помещается капля стекла, закрепленная канадским бальзамом; сферическая форма капли обеспечивает увеличительную силу: или тонкая платиновая проволока может быть согнута в небольшую круговую петлю, и в нее может быть помещен осколок флинтгласа; если пламя спиртовой лампы направить на петлю из платиновой проволоки и стекло с помощью паяльной трубки до тех пор, пока оно не расплавится, можно получить небольшую двояковыпуклую линзу, которая вполне подойдет в качестве увеличительного стекла. Практика ведет к совершенству, и после двух или трех попыток можно получить хорошую одиночную линзу, которую можно закрепить между двумя маленькими кусочками свинца, латуни или картона, должным образом скрепленными вместе, с отверстиями в них, как раз достаточно большими, чтобы удерживать край крошечной линзы. Призму можно сделать из двух маленьких кусочков оконного стекла, склеенных вместе кусочком мягкого пчелиного воска, и если поместить несколько капель воды в угол, они удерживаются капиллярным притяжением. Призма используется путем прикладывания ее к большому булавочному отверстию или узкой щели в кусочке картона и направления их на небо, когда красивые цвета спектра станут видны, если картон и призма будут поднесены близко к глазу.

Самая простая форма преломляющего телескопа изготавливается с помощью линзы с любым фокусным расстоянием, превышающим шесть дюймов, помещенной на одном конце жестяной или картонной трубки, которая должна быть на шесть дюймов длиннее фокусного расстояния линзы; трубка может состоять из двух частей, скользящих одна внутри другой, и когда глаз помещается на другом конце, становится видно перевернутое изображение рассматриваемого объекта. При использовании двух двояковыпуклых линз получается более совершенный простой астрономический телескоп. Объектив, т. е. линза, ближайшая к рассматриваемому объекту, должен быть помещен на конце жестяной или картонной трубки больше его фокуса, а вторая линза, называемая окуляром, потому что она ближе к глазу, находится в меньшей трубке, называемой окулярной трубкой; и если фокусное расстояние объектива составляет три фута, окуляр должен иметь фокус в один дюйм, и, конечно, окулярная трубка и стекло должны свободно скользить в трубке, содержащей объектив. Объектив с фокусом в сорок футов допустит окуляр с фокусом всего в четыре дюйма и, следовательно, увеличит в сто двадцать раз. Трубка длиной в сорок футов, конечно, была бы очень обременительна в управлении, и поэтому обычно принимают план, первоначально разработанный Гюйгенсом, а именно: размещение объектива в короткой трубке на вершине высокого шеста с шаровым шарниром, в то время как окуляр приводится на одну линию с объективом и фокусируется с помощью трубки и реечного механизма, должным образом поддерживаемого. В обычном земном телескопе есть четыре линзы, чтобы объекты, видимые с его помощью, не были перевернутыми; и всякий раз, когда объекты рассматриваются с помощью обычного телескопа, они оказываются окаймленными или окруженными призматическими цветами. Этот неприятный эффект исправляется использованием ахроматических линз, в которых соединены два вида стекла; и свет, разложенный одним стеклом, соединяясь с цветами, произведенными другим, образует белый свет, таким образом, двояковыпуклая линза из кронгласа, c c, может быть соединена с плоско-выпуклой линзой из флинтгласа, f f, которая должна иметь фокус примерно вдвое длиннее, чем у линзы из кронгласа. Вогнутая линза исправляет цвет или хроматическую аберрацию другой и оставляет около половины преломляющей силы выпуклой линзы в качестве эффективной увеличительной силы составной линзы. Французские оптики очень аккуратно цементируют линзы вместе и используют их в обычных подзорных и театральных биноклях. (Рис. 307.)

Fig. 307. Fig. 307.

Составная ахроматическая линза, состоящая из c c, двояковыпуклой линзы из кронгласа, и f f, плоско-вогнутой линзы из флинтгласа.

XIV. Стереоскоп.

Этот прибор теперь достиг популярности, вполне равной, если не превосходящей ту, которой ранее пользовался калейдоскоп, и, не вдаваясь в многократно обсуждавшийся вопрос о приоритете открытия, достаточно снова с величайшим уважением упомянуть имена сэра Дэвида Брюстера и профессора Уитстона как отождествляемые с открытием и использованием этого наиболее приятного оптического прибора.

Принцип стереоскопа (означающего «твердое вижу») скопирован с природы: т. е. когда оба глаза используются при исследовании объекта, два отдельных изображения, охватывающих несходные формы, запечатлеваются на сетчатках и производят эффект объемности; если бы изображения, сформированные в задней части глаз, могли быть исследованы другим человеком с помощью стереоскопа, они бы соединились и также произвели эффект объемности.

Стереоскопические изображения получаются путем экспонирования сенсибилизированной бумаги в камере к изображению объекта, снятому в двух положениях, или для получения того же результата используются две камеры. Если принят последний способ, стереоскопические изображения не должны быть сняты с положений, слишком удаленных друг от друга; иначе, когда две картины помещаются в стереоскоп, они будут выделяться с рельефом, который совершенно неестественен, и объект будет выглядеть как сильно уменьшенная твердая модель, вместо того чтобы иметь естественный вид, представленный картинами, которые были сняты с положений, слишком удаленных друг от друга.

Сэр Дэвид Брюстер говорит: «Чтобы получить фотографические изображения математически точными, мы должны сконструировать бинокулярную камеру, которая будет делать снимки одновременно и одного размера; то есть с помощью камеры с двумя линзами одинаковой апертуры и фокусного расстояния, расположенными на том же расстоянии, что и два глаза. Поскольку невозможно отшлифовать и отполировать две линзы, будь то одиночные или ахроматические, с точно одинаковыми фокусными расстояниями, даже если бы у нас было совершенно одинаковое стекло для каждой, я предлагаю разрезать линзы пополам и сконструировать прибор с полулинзами, которые дадут нам изображения точно такого же размера и четкости. Эти линзы должны быть расположены своими диаметрами бисекции параллельно друг другу и на расстоянии 2½ дюйма, что является средним расстоянием глаз у человека; и при фиксации в ящике достаточного размера они образуют бинокулярную камеру, которая даст нам в тот же момент, с теми же светами и тенями и того же размера, такие несходные изображения статуй, зданий, пейзажей и живых объектов, которые воспроизведут их в рельефе в стереоскопе». Таким образом, с помощью одной камеры, снабженной полулинзами, или двух линз одинакового фокусного расстояния можно получить стереоскопические изображения.

Чтобы соединить изображения двух картин и произвести эффект объемности, можно использовать один из двух приборов. Отражающий стереоскоп — изобретение профессора Уитстона. Преломляющий или линзовый стереоскоп — сэра Дэвида Брюстера.

Первый сконструирован путем размещения двух вертикальных досок на деревянной подставке на умеренном расстоянии друг от друга; стереоскопические изображения прикрепляются к этим доскам, которые могут перемещаться вверх или вниз, и если картины удерживаются в пазах, их можно тянуть вправо или влево по желанию, и таким образом обеспечиваются четыре движения — а именно: вверх, вниз, вправо или влево. Между двумя стереоскопическими изображениями помещены два зеркала, отрегулированные так, что их тыльные стороны образуют угол девяносто градусов друг с другом. (Рис. 308.)

Fig. 308. Fig. 308.

Отражательный стереоскоп Уитстона.

Изображения освещаются в ночное время лампой или газовым пламенем, расположенными позади зеркал, которые в скрепленном виде имеют форму призмы; собственно, профессор Уитстон заменил зеркала призмой, тем самым проложив путь к изобретению линзового стереоскопа.

Стереоскопический эффект достигается путем приближения глаз к наклонным зеркалам, так чтобы два отраженных изображения совпадали в точке пересечения оптической оси; совпадение изображений дополнительно обеспечивается перемещением любого из снимков немного вправо или влево, а если вертикальные доски перемещаются целиком в пазах к центральному зеркалу или от него, достигается величайшая точность настройки.

В течение последних трех лет директорства автора в Политехническом институте — а именно в 1856, 1857, 1858 годах — почти все изображения, демонстрируемые с помощью аппарата для растворяющихся видов, представляли собой раскрашенные фотографии с оригинальных картин мистера Хайна, написанных на квадратах со стороной два фута и уменьшенных на стекле до размера около шести дюймов. Коллоидная пленка, часто бывавшая толстой и труднопроницаемой для света, при необходимости протравливалась и соскабливалась, а затем заполнялась цветом, и когда на эти изображения смотрели только одним глазом, они казались на диске почти объемными или стереоскопическими.

Линзовый стереоскоп состоит из ящика пирамидальной формы, открытого у основания и снабженного пазами, в которые помещаются стереоскопические снимки; если последние сделаны на стекле, основание ящика направляется прямо на свет, но если это дагеротипы или бумажные снимки, то боковой свет отражается на них с помощью крышки, покрытой изнутри станиолем, которую можно по желанию поднимать или опускать с верхней части ящика. В узкую часть ящика теперь вставлены две полулинзы, расположенные на таком расстоянии друг от друга, чтобы центры полулинз соответствовали зрачкам глаз, и это расстояние, как уже было сказано, составляет 2½ дюйма. (Рис. 309.)

Fig. 309. Fig. 309.

Линзовый стереоскоп Брюстера.

Принцип линзового стереоскопа, пожалуй, лучше виден на следующей диаграмме, где центры полулинз (т. е. линзы, разрезанной пополам) расположены на расстоянии 2½ дюйма друг от друга, своими тонкими краями друг к другу, и обозначены a b, рис. 310. Центры двух стереоскопических снимков c d соответствуют центрам линз, и лучи света, расходящиеся от c d, падают на полулинзы и, преломляясь почти параллельно, благодаря призматической форме полулинз отклоняются от своего курса и покидают поверхности линз в том же направлении, как если бы они на самом деле исходили из e; и поскольку все изображения тел кажутся исходящими по прямой линии из точки, откуда их видят, два изображения накладываются друг на друга и вместе создают видимость объемности, так что стереоскопический результат достигается, когда спектральные изображения двух стереоскопических снимков заставляют перекрывать друг друга. Взяв по одной полулинзе в каждую руку и глядя на два снимка, перекрытие спектральных изображений становится очень заметным, так что, когда мы смотрим в стереоскоп, мы видим объединенные спектральные изображения, а не сами снимки. (Рис. 310.)

Fig. 310. Fig. 310.

Сэр Дэвид Брюстер говорит: «Для того чтобы два изображения могли слиться без каких-либо усилий или напряжения со стороны глаза, необходимо, чтобы расстояние между сходными частями двух рисунков было равно удвоенному разделению, создаваемому призмой. Для этой цели измерьте расстояние, на котором полулинзы дают наиболее четкое изображение стереоскопических снимков, и, установив с помощью одного глаза величину преломления, создаваемого на этом расстоянии, или величину, на которую смещено изображение одного из снимков, поместите стереоскопические снимки на расстоянии, равном удвоенной этой величине — то есть расположите снимки так, чтобы среднее расстояние между сходными частями в каждом из них было равно удвоенной этой величине. Если это сделано неточно, глаз наблюдателя исправит ошибку, заставив изображения слиться, даже не осознавая, что он прилагает какие-либо усилия. Когда несходные стереоскопические изображения таким образом объединяются, объемное тело будет казаться стоящим, как бы в рельефе, между двумя плоскими изображениями».

XV. Стереомоноскоп.

М. Клоде, чье имя давно прославилось в связи с искусством фотографии, описал прибор, с помощью которого одиночное изображение имитирует видимость объемности, и он утверждает, что с помощью этого устройства несколько человек могут наблюдать эффект одновременно. Необходимый аппарат очень прост и состоит из большой двояковыпуклой линзы и экрана из матового стекла. Объект a (рис. 311) сильно освещен и помещен в фокусе двояковыпуклой линзы b, при этом изображение объекта проецируется и будет находиться подвешенным в воздухе в сопряженном фокусе линзы в точке c, и из этой точки лучи света будут расходиться, как от реального объекта, что будет видно отдельным наблюдателям в точках d d и e e; и если экран из матового стекла поместить в g g, изображение появится со всем эффектом длины, ширины и глубины, присущим твердым телам. (Рис. 311.)

Fig. 311. Fig. 311.

Стереомоноскоп.

Изображение, сформированное на матовом стекле таким образом, можно увидеть только в направлении падающих лучей, а стереоскопический эффект не проявляется, когда изображение принимается на ситцевый или прозрачный экран из-за того, что лучи рассеиваются во всех направлениях.

XVI. Стереомоскоп.

Это устройство является важной модификацией предыдущего и состоит из экрана из матового стекла (a b, рис. 312) и двух выпуклых линз (c d и e f), расположенных таким образом, что они проецируют изображения стереоскопических снимков g h в одну и ту же точку на экране a b.

Можно было бы подумать, что проецирование двух изображений в одну точку p — а именно в фокус двух линз — приведет к путанице изображений; но поскольку каждая фотография видна только в направлении своих собственных лучей, из этого следует, что если глаза расположены так, что каждый получает впечатление от одного стереоскопического снимка, два изображения должны слиться, и результатом будет стереоскопический эффект, что очевидно в точках k k и l l; так что несколько человек могут смотреть в стереоскоп одновременно. (Рис. 312.)

Fig. 312. Fig. 312.

Стереомоскоп.

XVII. Псевдоскоп.

Этот любопытный оптический прибор, как следует из его названия, создает ложное изображение с помощью преломляющей силы призм и является изобретением профессора Уитстона. При использовании обоими глазами, так же как и стереоскоп, он инвертирует рельеф твердого тела и заставляет его выглядеть точно так же, как если бы это была инталия или углубление под окружающей его линией. Например, земной шар при взгляде через псевдоскоп кажется вогнутым, как глобус Уайлда на Лестер-сквер, вместо выпуклого. Ваза с рельефными украшениями на ней выглядит так, как будто ее вывернули (если изменить обычное выражение) наизнанку, и вся ее выпуклость превратилась в вогнутость; и, конечно, лицо, увиденное при таких обстоятельствах, выглядит очень странно. (Рис. 313.) Причину, возможно, несколько трудно понять; но, взяв другие и более простые примеры того же эффекта, принцип можно постепенно усвоить.

Fig. 313. Fig. 313.

Горизонтальный разрез псевдоскопа, показывающий в точках a b две призмы, приставленные к деревянному бруску длиной около двух дюймов и шириной полтора дюйма, вырезанному в центре для размещения носа в точке d. Предполагается, что глаза смотрят на глобус c в направлении стрелок. e e — латунные пластины, зачерненные, которые отсекают боковой свет и помогают удерживать призмы в нужном положении.

Сэр Дэвид Брюстер в своих «Письмах о естественной магии» отмечает, что «одним из самых любопытных явлений является то ложное восприятие в зрении, посредством которого мы воспринимаем впадины как возвышения, а возвышения как впадины — или посредством которого инталии превращаются в камеи, а камеи в инталии. Этот любопытный факт, по-видимому, наблюдался на одном из ранних заседаний Лондонского королевского общества, когда один из членов, глядя на гинею через составной микроскоп новой конструкции, был удивлен, увидев, что голова на монете впалая, в то время как другие члены могли видеть ее только выпуклой, как она была на самом деле... Лучший способ наблюдения этого обмана — рассмотреть гравированную печать часов с помощью окуляра ахроматического телескопа, или составного микроскопа, или любой комбинации линз, которая инвертирует объекты, рассматриваемые через нее; одна выпуклая линза подойдет для этой цели, при условии, что мы будем держать глаз на шесть или восемь дюймов позади изображения печати, сформированного в ее сопряженном фокусе».

Приведя различные интересные эксперименты для дальнейшего объяснения причины, сэр Д. Брюстер заявляет о своем убеждении, что иллюзия является результатом операции нашего собственного разума, посредством которой мы судим о формах тел по знаниям, приобретенным нами о свете и тени. Следовательно, иллюзия зависит от точности и объема наших знаний по этому предмету; и в то время как некоторые люди находятся под ее влиянием, другие совершенно невосприимчивы к ней. Это утверждение подтверждается опытом, поскольку автор, будучи постоянным директором Политехнического института, разместил в галерее четыре псевдоскопа Уитстона с соответствующими объектами позади них; и он часто замечал, что некоторые посетители смотрели в прибор и не видели никаких изменений выпуклых объектов, в то время как другие кричали от восторга и звали своих друзей стать свидетелями странной метаморфозы, которые, в свою очередь, могли разочаровать зовущего, будучи совершенно невосприимчивыми к его странным эффектам.

Псевдоэффекты зрения не ограничиваются уже объясненными результатами, но наблюдаются особенно во время путешествия в экипаже, когда глаза могут быть зафиксированы так, что создается впечатление движения деревьев и домов, в то время как экипаж кажется стоящим на месте. В железнодорожных вагонах, после того как проедешь некоторое время, а затем остановишься, если другой поезд медленно приводится в движение тем, который находится в покое, часто случается, что последний кажется движущимся вместо первого.

ГЛАВА XXIV.

ПОГЛОЩЕНИЕ СВЕТА.

Анализ света был объяснен в предыдущей главе, и было показано, как создается спектр. Цвет, однако, может быть получен и другими способами, и свойство, присущее некоторым телам поглощать определенные цветные лучи в предпочтение другим, предлагает еще один способ разложения света.

Свойство поглощения проявляется перед нами в любой степени бесчисленными природными и искусственными веществами; и, исследуя спектр через клин из синего стекла, сэр Дэвид Брюстер смог разделить семь цветов спектра на три основных цвета: красный, желтый и синий, которые, как он доказал, существуют в каждой точке спектра и, перекрывая друг друга в различных пропорциях, создают составные цвета: оранжевый, зеленый, индиго и фиолетовый.

С этим свойством связан замечательный эффект, производимый цветным светом на обычные цвета, а болезненный оттенок, отбрасываемый на призрака в мелодраме, или огненный цвет, придаваемый волосам «Вольного стрелка», или желтушный вид, который приобретает каждый член юношеского собрания при освещении желтым светом от соли и горящего спирта «снапдрэгона», слишком хорошо известны, чтобы требовать здесь пространного описания.

Если на картоне нарисовано множество цветов или группы растений, цветов, флагов и шалей освещаются монохроматическим светом, и особенно светом, полученным от большого факела из пакли, хорошо снабженного солью и спиртом, эффект, безусловно, очень примечателен; в то же время это показывает, насколько полностью вещества обязаны своим цветом свету, которым они освещаются, а также указывает, почему дамы не могут выбирать цвета при свечах, если, конечно, они не собираются носить платье только ночью, когда вполне благоразумно видеть цвета в комнате, освещенной газом; и этот факт настолько хорошо известен, что у главных драпировщиков, таких как у Messrs. Halling, Pearce, and Stone's, Waterloo House, в дневное время предоставляется затемненная комната, освещенная газом, чтобы покупатели цветных платьев могли судить о влиянии на них искусственного света. В то время как цветы и т. д. освещаются желтым светом, магическое изменение происходит при внезапном включении лучей от оксиводородного света, когда цвета снова восстанавливаются; или, если последний аппарат не готов, сжигание фосфора в банке с кислородом послужит той же цели. Свет, полученный от сжигания газа, дает избыток желтых или красных лучей света, что вызывает разницу между цветами при свечах и при дневном свете, о которой уже упоминалось.

ГЛАВА XXV.

ИНФЛЕКЦИЯ ИЛИ ДИФРАКЦИЯ СВЕТА.

В этой части предмета совершенно необходимо вернуться к теории волновых колебаний, с которой был начат настоящий предмет. Инфлекция света предлагает третий метод, с помощью которого лучи света могут быть разложены и получен цвет. Явления чрезвычайно красивы, хотя объяснение их почти слишком сложно для популярной работы такого рода.

Случаев, когда цвет создается путем инфлекции, больше, чем можно было бы предположить на первый взгляд; так, если мы посмотрим на газовый свет или заходящее солнце через сетчатую занавеску, защитив глаз маленьким резервуаром с разбавленными чернилами, становится виден красивейший цветной крест. Чрезвычайно тонкая пленка прозрачного вещества, такая как немного нафты или лака, капающая на поверхность теплой воды или мыльных пузырей, или очень тонкая пленка стекла, полученная путем выдувания шара из раскаленного стекла до тех пор, пока он не лопнет, или изысканно тонкая пластинка талька или слюды — все они представляют явления цвета, хотя они индивидуально прозрачны и при обычной толщине совершенно бесцветны.

Fig. 314. Fig. 314.

Две линзы с пластинкой или пленкой воздуха между ними, создающие семь цветных колец, когда линзы достаточно сближаются друг с другом с помощью винтов.

Сэр Исаак Ньютон применил свой мощный интеллект к этим фактам и в качестве предварительного шага изобрел прибор для измерения точной толщины тех прозрачных веществ, которые придавали цвет, и аппарат, демонстрирующий кольца Ньютона, до сих пор является любимым оптическим экспериментом. Он состоит из плосковыпуклой линзы a (рис. 314), своего рода среза от стеклянного шара диаметром двадцать восемь футов, или радиус выпуклой поверхности которого составляет четырнадцать футов. Эта плосковыпуклая линза помещается на другую двояковыпуклую линзу b, выпуклые поверхности которой имеют радиус пятьдесят футов каждая, следовательно, линзы очень пологие, и пространство (c c), заключенное между ними, будучи заполненным воздухом, может, конечно, быть точно измерено. (Рис. 314.) Обычно линзы монтируют в латунные кольца, которые сближаются винтами, при этом становятся видны красивейшие цветные кольца, создаваемые чрезвычайной тонкостью пленки или пластинки воздуха, заключенной между двумя линзами; и относительные толщины пластинок воздуха, при которых отражается каждый цветной свет, следующие:

Red | 133 |     10 millionths of an inch.
Orange | 120 | "    "
Yellow | 113½ | "    "
Green | 105½ | "    "
Blue | 98 | "    "
Indigo | 92½ | "    "
Violet | 83½ | "    "

Разделив дюйм на десять миллионов частей и взяв 133 такие части, получаем толщину пленки воздуха, необходимую для отражения красного луча, и точно так же другие цвета требуют мельчайших толщин воздуха, записанных в таблице выше. Когда толщина пленки воздуха составляет около 12/178 000 дюйма, цвета перестают быть видимыми из-за объединения всех отдельных цветов, образующих белый свет, но если кольца Ньютона создаются в монохроматическом свете, то становится видно большее количество колец, но только одного цвета, чередующихся с черными кольцами, т. е. темное и желтое сменяют друг друга; этот факт имеет большое значение как иллюстрация волновой теории и демонстрирует важную истину, что два луча света могут интерферировать друг с другом таким образом, что создают темноту.

Сэр Дэвид Брюстер отмечает: «Из своих экспериментов с цветами тонких и толстых пластинок Ньютон сделал вывод, что они создаются особым свойством частиц света, в силу которого они обладают в разных точках своего пути «приступами» или предрасположенностями к отражению от прозрачных тел или прохождению сквозь них. Сэр Исаак не претендует на объяснение происхождения этих «приступов» или причины, которая их вызывает, но называет их «приступами прохождения» и «приступами отражения»».

Сэр Исаак Ньютон возражал против теории волновых колебаний, потому что эксперименты, по-видимому, показывали, что свет не может проходить через изогнутые трубки, что он должен был бы делать, если бы распространялся волновыми колебаниями, подобно звуку; и именно покойному доктору Юнгу суждено было доказать, что свет может и будет поворачивать за угол, в его высокофилософских экспериментах, иллюстрирующих инфлексию или изгибание лучей света.

Доктор Юнг поместил перед отверстием в ставне кусок плотной бумаги, проколотый тонкой иглой, и, принимая через него расходящиеся лучи на бумажный экран, обнаружил, что когда полоска картона шириной в одну тридцатую дюйма удерживалась в таком луче света, тень от картона была не просто темной полосой, а разделялась на светлые и темные параллельные полосы, и вместо того, чтобы центр тени был самой темной частью, он был на самом деле белым. Доктор Юнг установил, что если он перехватывал свет, проходящий с одной стороны полоски картона, любым непрозрачным телом и позволял свету свободно проходить с другой стороны полоски картона, то все полосы и белая полоса в центре исчезали, и поэтому он пришел к выводу, что полосы или бахрома внутри тени создавались интерференцией лучей, изогнутых в тень с одной стороны картона, с лучами, изогнутыми в тень с другой стороны. (Рис. 315).

Fig. 315. Fig. 315.

Чтобы показать, как две волны могут интерферировать, усиливая или уничтожая друг друга, два набора волн могут распространяться по поверхности неподвижного резервуара или ванны с водой из двух точек a a (рис. 315), черные линии или круги представляют вершины волн. Будет видно, что вдоль линий b b волны интерферируют ровно на полпути между собой, так что во всех этих направлениях будет гладкая поверхность, при условии, что каждый набор волн создается с точно такой же степенью возмущающей силы, чтобы быть совершенно равными и одинаковыми во всех отношениях, и первая волна одного набора ровно на полволны опережает первую волну другого, в то время как на кривой в направлении всех линий c c волны совпадают и создают возвышения или колебания двойного размера; в промежуточных пространствах, конечно, будут создаваться промежуточные эффекты.

Профессор Уитстон изобрел несколько очень простых и красивых акустических приборов с целью доказать, что те же законы интерференции существуют и в звуке, который, как уже было сказано, состоит в вибрациях или колебаниях частиц воздуха.

Природа и эффекты интерференции также прекрасно иллюстрируются следующими моделями мистера Чарльза Вудворда, президента Ислингтонского научного института, о котором мы уже упоминали.

Fig. 316. Fig. 316.

№ 1. Модель волн с подвижными стержнями. — № 2. Модель неподвижных волн. — № 3. Интенсивность волн удвоена за счет суперпозиции и совпадения двух равных систем. — № 4. Волны нейтрализованы за счет суперпозиции и интерференции двух равных систем, при этом выпуклая часть одной волны точно входит в углубление другой и делает его гладким, иллюстрируя тот факт, что две волны света или звука могут уничтожать друг друга.

Возвращаясь снова к цветным кольцам, мы обнаруживаем, что Ньютон обнаружил, что при любой толщине пленки воздуха, при которой впервые появлялось цветное кольцо, при удвоенной толщине обнаруживалось темное кольцо, при утроенной — цветное, при четырехкратной — темное и так далее, причем цветные кольца регулярно появлялись на нечетных числах, а темные — на четных. Это открытие хорошо иллюстрируется моделями (рис. 316); и можно заметить в № 3, что самые высокие и самые низкие части волн интерферируют, но совпадают и создают волну двойной интенсивности; маленькие крестики верхней модели находятся на прямой линии с числами 1, 3, 5, 7 и, как предполагается, представляют цветные кольца, в то время как в № 4 верхняя серия волн опережает нижнюю на полколебания; и если снова направить взгляд от маленьких крестиков вниз, становятся видны цифры 2, 4, 6, 8, четные числа, представляющие темные кольца, когда волны света уничтожают друг друга. Явления тонких пластинок, такие как цвета мыльных пузырей и пленок лака, хорошо объясняются законом интерференции. Свет, отраженный от второй поверхности пленки воздуха (которая, конечно, как бы тонка она ни была, должна иметь две поверхности, а именно верхнюю и нижнюю), интерферирует со светом, отраженным от первой, и, поскольку они приходят из разных точек пространства, один набор волн опережает другой, № 4, рис. 316; они достигают глаза с разной длиной пути и своей интерференцией образуют попеременно светлые и темные полосы, ленты или круги. Дифракционный аппарат Бриджа, производимый только братьями Эллиотт, специально предлагается как красивейший оптический прибор для гостиной. Цель этого аппарата — проиллюстрировать в большом разнообразии и в самой удобной и компактной форме явления дифракции или интерференции света. Это достигается с помощью фотографии. Прозрачные отверстия в непрозрачной коллоидной пленке создаются на стекле, и точка света рассматривается через эти отверстия. Формы отверстий чрезвычайно разнообразны — треугольники, квадраты, круги, эллипсы, параболы, гиперболы и их комбинации, помимо многих фигур причудливых форм, включены в набор. Когда изображение солнца рассматривается через эти отверстия, создаются фигуры необычайной красоты, как по форме, так и по цвету; и для каждой из них можно получить множество вариаций, помещая окуляр телескопа на разных расстояниях от объектива. Многие из созданных фигур, особенно когда телескоп не сфокусирован, могут подсказать очень полезные идеи тем, кто занимается проектированием узоров. Хотя явления представляют интерес главным образом для изучающего науку из-за их отношения к теориям света, их красота и разнообразие делают их забавными для всех. Несколько слов о способе использования аппарата могут быть полезны. (Рис. 318.)

Fig. 317. Fig. 317.

Вид колец Ньютона при создании в желтом свете, где 1, 3, 5, 7 — желтые кольца, а 2, 4, 6, 8 — темные кольца. Свет — на нечетных числах; темнота — на четных числах. Центральное пятно, где две поверхности находятся в контакте, темное.

Fig. 318. Fig. 318.

Дифракционный аппарат братьев Эллиотт.

Выберите очень солнечный день, ибо только тогда можно использовать аппарат. Поместите зеркало на солнце и позвольте свету отразиться на заднюю часть зачерненного экрана. Линза, вставленная в этот экран, сформирует чрезвычайно яркое изображение солнца. Затем на расстоянии не менее двенадцати футов закрепите телескоп на столе в таком положении, чтобы видеть сформированное таким образом изображение. Наденьте эксцентриковую крышку на конец телескопа, тщательно очистите стеклянные объекты и прикрепите их к крышке так, чтобы их можно было поворачивать по очереди перед телескопом. Таким образом можно просмотреть все те, которые состоят из серии фигур. Затем отсоедините эксцентриковую крышку и замените ее другой. Поместите в нее любой из одиночных объектов. При просмотре некоторых фигур яркость является преимуществом — в других — деликатность; в первом случае вставьте в экран линзу с длинным фокусом — во втором случае — с более коротким фокусом. В каждом случае наблюдайте явления не только тогда, когда телескоп сфокусирован, но и когда окуляр вдвинут на различные расстояния.

Мистер Уоррен де ла Рю остроумно воспользовался цветами, создаваемыми тонкими пленками лака, и фактически зафиксировал прекрасный переливчатый цвет, полученный таким образом, на высокополированной бумаге, которая называется «переливчатой бумагой». Предусмотрен резервуар с теплой водой при 80° по Фаренгейту, глубиной около шести дюймов и размером два фута шесть дюймов в квадрате, и лист высокоглянцевой белой или черной бумаги, предварительно смоченный на перфорированной металлической пластине, затем опускается вместе с пластиной под ее поверхность, при этом соблюдается осторожность, чтобы избежать пузырьков воздуха. Затем специфический лак медленно стекает по своего рода металлическому язычку, расположенному посередине одной из сторон резервуара, и как только лак касается поверхности воды, он начинает растекаться в изысканно тонкие пленки, и, наблюдая за операцией у окна и снимая все несовершенные пленки, наконец получается идеальная, и в этот момент бумага, лежащая на металлической пластине, поднимается со дна резервуара, и тонкая пленка лака закрепляется. Когда она высыхает, переливчатые цвета становятся заметны, и бумага используется для многих декоративных целей. Чрезвычайно простой и красивый метод получения колец Ньютона был изобретен Ридом и называется «ирископом Рида». Пластина стекла любой формы (возможно, круглая — лучшая) окрашивается с одной стороны какой-нибудь быстросохнущей черной краской или лаком, и после того, как другая сторона очищена, ее протирают куском влажного мыла, а затем стирают его чистой мягкой тряпкой. Предусмотрена трубка диаметром около половины дюйма и длиной двенадцать дюймов, которую держат примерно на один дюйм выше центра намыленной стороны стеклянной пластины, и как только дыхание направляется вниз по трубке на стекло, на стекле оседает огромное количество мельчайших частиц влаги, и они путем инфлекции разлагают свет, и создаются все цвета радуги. (Рис. 319.)

Fig. 319. Fig. 319.

Ирископ Рида.

Переливчатые цвета, видимые на поверхности перламутра, который, как говорит нам превосходный коммерческий словарь мистера Симондса, является «названием переливчатой раковины жемчужной устрицы и других моллюсков», объясняются тонкими параллельными линиями, образованными его текстурой, и воспроизводятся, согласно экспериментам Брюстера, путем снятия с них отпечатков в мягком воске. Великолепные цвета некоторых раковин и рыб, перьев птиц, стальных пуговиц Бартона не обусловлены каким-либо внутренним пигментом или красящим веществом, которое можно было бы извлечь из них, а обязаны либо специфическим волокнистым, либо параллельно-линейным, либо ламинированным (пластинчатым) поверхностям, на которые падает свет, и, отражаясь путями разной длины, происходит интерференция, и создается цветной свет.

ГЛАВА XXVI.

ПОЛЯРИЗАЦИЯ СВЕТА.

Эта ветвь явлений света включает в себя некоторые из самых замечательных и великолепных хроматических эффектов; в то же время, рассматриваемая философски, это, безусловно, самый сложный предмет для представления в чисто элементарной манере перед юными умами юных философов, и если предыдущая глава о дифракции света не будет тщательно изучена, обоснование иллюстраций поляризованного света вряд ли будет оценено. Мы должны сначала спросить: «Что такое поляризованный свет?» Ответ требует от нас снова перенести наши мысли к рассмотрению волновой теории света, уже проиллюстрированной и частично объясненной на стр. 262 и стр. 330.

После прочтения этой части предмета можно было бы подумать, что волны света состоят только из одного движения и что колебание может быть либо перпендикулярным, либо горизонтальным, в зависимости от обстоятельств. (Рис. 320.)

Fig. 320. Fig. 320.

№ 1. Проволока, изогнутая для представления перпендикулярной вибрации, которая, если ее удерживать в последнем положении, пройдет только через перпендикулярное отверстие. — № 2. Проволока, изогнутая для представления горизонтальной волны, которая пройдет только через горизонтальное отверстие.

Это простое состояние волн света, однако, не могло быть теоретически согласовано с фактическими фактами, и при рассмотрении луча света необходимо рассматривать его как комбинацию двух вибрирующих движений, одно из которых, для простоты, можно рассматривать как перпендикулярное, а другое — как горизонтальное; и эта идея о природе колебания света возникла у покойного доктора Юнга, который, рассматривая результаты исследований сэра Д. Брюстера по законам двойного лучепреломления, впервые предложил теорию поперечного (крест-накрест) колебания. Доктор Юнг проиллюстрировал свою теорию натянутым шнуром, который, если его привести в движение или сильно встряхнуть перпендикулярно, создает волну, бегущую вдоль шнура к другому концу, и это часто можно увидеть на берегах реки, заросших высокими кустами; баржевики, которые управляют лошадьми, тянущими судно за веревку, постоянно останавливались бы из-за низкорослого густого кустарника, но, как только они приближаются к ним, они дают лошади удар кнутом, а затем сильно встряхивают веревку вертикально, которая превращается в волны, проходящие вдоль веревки и очищающие кусты самым совершенным образом. (Рис. 321.)

Fig. 321. Fig. 321.

Баржевик, бросающий свою буксирную веревку в волны, чтобы перебросить ее через густые кусты.

Теперь, если подобное движение совершается с натянутой веревкой справа налево, будет создана другая волна, которая побежит вдоль шнура в горизонтальном положении, и если последнюю сравнить с перпендикулярным колебанием, станет очевидно, что каждый набор волн будет находиться в плоскостях под прямым углом друг к другу и независимо друг от друга. Это считается механизмом волны обычного света, так что если взять сечение такого колебания, оно будет представлено кругом a b c d (рис. 322) с двумя диаметрами a b и c d; или лучшее механическое представление о волне обычного света получается при осмотре другой картонной модели мистера Вудворда. (Рис. 323.)

Fig. 322. Fig. 322.

Сечение волны обычного света, состоящее из поперечной вибрации a b и c d.

Fig. 323. Fig. 323.

Модель волны обычного света.

Существование чередующегося движения какого-либо рода с минутными интервалами вдоль луча, говорит профессор Бэйден Пауэлл, «так же реально, как движение переноса, посредством которого свет распространяется в пространстве. Оба должны быть существенно объединены в любой правильной концепции, которую мы формируем о свете. То, что это чередующееся движение должно иметь отношение к определенным направлениям, поперечным направлению луча, столь же установлено как следствие явлений; и эти два принципа должны составлять основу любого объяснения, которое может быть предпринято». Луч обычного света, следовательно, следует рассматривать как быструю последовательность систем волн, в которых вибрации происходят в разных плоскостях.

Если две системы волн отделены одна от другой, а именно горизонтальная от перпендикулярной, каждая из них образует отдельно луч поляризованного света, и, как заметил Френель, обычный свет — это просто поляризованный свет, имеющий две плоскости поляризации под прямым углом друг к другу. Чтобы продолжить механическое представление о природе поляризованного света, необходимо снова обратиться к картонной волновой модели Вудворда (рис. 323), и, отделив две карточки одну от другой, можно продемонстрировать, как волна обычного света, сведенная к своему скелету или первичной форме, сводится к двум волнам поляризованного света, или как две карточки, сложенные снова вместе в поперечном положении, образуют луч обычного света. (Рис. 324.)

Fig. 324. Fig. 324.

№ 1. Обычный свет, состоящий из двух волн поляризованного света, № 2 и 3.

На вопрос относительно природы поляризованного света, будучи отвеченным, необходимо в следующем порядке рассмотреть, как может быть осуществлено разделение этих поперечных вибраций, и, по сути, спросить, какие оптические устройства необходимы для получения луча поляризованного света? Свет может быть поляризован четырьмя различными способами — а именно: отражением, одиночным преломлением, двойным преломлением и турмалином — а именно: поглощением.

Поляризация отражением и одиночным преломлением.

Fig. 325. Fig. 325.

№ 1. a — известковый свет. b — конденсорные линзы. c — луч обычного света. Здесь стеклянные пластины удалены. — № 2. a — известковый свет. b — конденсорные линзы. c c — пучок стеклянных пластин под углом 56° 45´. d — луч света, поляризованный отражением от стеклянных пластин c c, а e — луч поляризованного света при одиночном преломлении, прошедший через пучок стеклянных пластин c c.

В 1810 году знаменитый французский философ, г-н Малюс, глядя через призму исландского шпата на свет заходящего солнца, отраженный от окон Люксембургского дворца в Париже, обнаружил, что луч света, отраженный от стеклянной пластины под углом 56 градусов, обладает точно такими же свойствами, как один из лучей, образованных ромбом исландского шпата, и что он, по сути, поляризован. Одна из поперечных волн поляризованного света обычного света отражалась или отбрасывалась от поверхности стекла, в то время как другая и вторая поперечная вибрация проходила сквозь стеклянную пластину и была точно так же поляризована в другой плоскости, но путем одиночного преломления, так что эксперимент иллюстрирует два способа поляризации света — а именно: отражением и одиночным преломлением. Эта важная элементарная истина прекрасно иллюстрируется новой формой оксиводородного полярископа мистера Дж. Т. Годдарда, с помощью которого луч обычного света проходит через длинный квадратный жестяной ящик без изменений; но как только пучок стеклянных пластин, состоящий из десяти пластин тонкого сплющенного коронного стекла или шестнадцати пластин тонких параллельных стеклянных пластин, используемых для микроскопов, вдвигается в ящик под углом 56° 45´, тогда луч обычного света расщепляется на два луча поляризованного света, которые следуют своими соответствующими путями, один проходит путем одиночного преломления через стекло, а другой отражается и становится заметным при открытии отверстия над стеклянными пластинами, а затем снова при использовании небольшого количества дыма от коричневой бумаги ход лучей становится более заметным.

Та же истина хорошо иллюстрируется картонной моделью волны и деревянной плоскостью с горизонтальными и перпендикулярными щелями, расположенными под углом 56° 45´, как на рис. 326.

Fig. 326. Fig. 326.

a a — модель из дерева пучка стеклянных пластин под углом 56° 45´. b — луч обычного света с поперечной вибрацией. c — свет, поляризованный отражением. d — свет, поляризованный преломлением.

ПОЛЯРИЗАЦИЯ ДВОЙНЫМ ПРЕЛОМЛЕНИЕМ.

Название «двоякопреломляющий» или «исландский шпат» дано очень чистому, прозрачному и совершенно прозрачному минералу, состоящему из карбоната кальция и найденному на восточном побережье Исландии. Его кристаллографические особенности хорошо описаны преподобным Уолтером Митчеллом в его ученом труде по минералогии и кристаллографии, и для целей этой статьи достаточно сказать, что он кристаллизуется в ромбах и модификациях ромбоэдрической системы. Его не следует путать со скальным или горным хрусталем, который под названием кварц кристаллизуется в шестигранные призмы с шестигранными пирамидальными вершинами; кварц состоит из кремнезема, или кремниевой кислоты, а известковый шпат — из карбоната кальция. Очень крупные экземпляры последнего минерала редки и ценны, а «лев» среди экземпляров известкового или двоякопреломляющего шпата находится сейчас во владении профессора Теннанта, выдающегося минералога со Стрэндом. Он имеет высоту девять дюймов, ширину семь и три четверти дюйма и толщину пять с половиной дюймов; его оценочная стоимость составляет 100 фунтов стерлингов. Этот прекрасный экземпляр был сфотографирован, и его стереограф поразительным образом иллюстрирует свойства двойного лучепреломления шпата.

Если напечатанный листок бумаги поместить позади ромба исландского шпата, становятся видны два изображения первого, и стереограф, о котором уже упоминалось, показывает этот факт очень совершенно, в то же время иллюстрируя ценность стереоскопа. Вне стереоскопа слова «Stereoscopic Magazine» кажутся удвоенными, но, по-видимому, лежат в одной плоскости; но как только снимок помещается в прибор, становится ясно видно, что одно изображение находится в совершенно иной плоскости, чем другое. Двоякопреломляющая сила этого минерала иллюстрируется удержанием небольшого ромба исландского шпата, помещенного в соответствующую латунную трубку перед отверстием, как на рис. 327, из которого проходят лучи обычного света; если позади ромба вводится непрозрачный латунный экран, перфорированный маленьким отверстием, то вместо одного круга света, видимого на экране, создаются два, и оба луча, выходящие таким образом, поляризованы, один называется обыкновенным, а другой — необыкновенным лучом. (Рис. 327.)

Fig. 327. Fig. 327.

a — конденсоры. b — отверстие в латунном экране или стопоре. c — ромб исландского шпата. o — обыкновенный, а e — необыкновенный луч, оба из которых являются поляризованным светом.

Поляризующее свойство ромба, пожалуй, лучше показано на следующей диаграмме, где a b представляет тупые углы исландского шпата, а линия, проведенная от a к b, была бы осью кристалла. Падающий луч обычного света показан в точке c, а противоположно поляризованные прошедшие лучи, называемые обыкновенным лучом o и необыкновенным лучом e, выходят из противоположной грани ромбоида. Если на листе бумаги проведена черная линия, как в k k, и рассматривается глазом в точке c, она кажется двойной, как в k k и j j. (Рис. 328.)

Fig. 328. Fig. 328.

Ромб исландского шпата.

Картонная модель снова полезна для демонстрации поляризации света путем двойного преломления, и если модель ромба исландского шпата сделана из стеклянных пластин, одна грань которой имеет отверстие в виде креста, а другая — горизонтальную и перпендикулярную щель, как в № 1 и 2 (рис. 329), получение обыкновенного и необыкновенного лучей демонстрируется в привычной манере и легко усваивается.

Fig. 329. Fig. 329.

№ 1. Одна грань модели ромба для пропускания поперечной вибрации, представленной картонной моделью. — № 2. Противоположная грань ромба, из которой исходят поляризованные, обыкновенный и необыкновенный лучи. — № 3. Вид модели сбоку.

В «Оптике» Ньютона мы находим следующее описание исландского шпата: — «Этот кристалл — прозрачный расщепляющийся камень, чистый, как вода или горный хрусталь (кварц), и без цвета... Будучи потертым о ткань, он притягивает кусочки соломы и другие легкие вещи, как янтарь или стекло, а с азотной кислотой он вызывает бурление... Если кусок этого кристаллического камня положить на книгу, каждая буква книги, увиденная через него, будет казаться двойной посредством двойного преломления».

ПОЛЯРИЗАЦИЯ ТУРМАЛИНОМ.

Этот минерал был впервые обнаружен в XVI веке на острове Цейлон, затем в Бразилии, и с того периода в различных местах в четырех частях света. В коллекции Гревилла, приобретенной много лет назад правительством для Британского музея, есть прекрасный экземпляр красного турмалина, оцененный в 500 фунтов стерлингов. Зеленый турмалин называется бразильским изумрудом, а берлинский синий турмалин — бразильским сапфиром; минерал в основном состоит из песка (кремнезема) и глинозема, с небольшим количеством извести, или поташа, или соды, борной кислоты, а иногда оксида железа или марганца. Когда свет проходит через срез этого минерала, он немедленно поляризуется, одна из поперечных вибраций поглощается, останавливается или иным образом устраняется, а другая только выходит из турмалина, следовательно, это один из самых удобных поляризаторов, хотя поляризованный свет приобретает случайный цвет минерала. Зеленые, синие и желтые турмалины — плохие поляризаторы, но коричневые и розовые разновидности очень хороши, и это самый любопытный факт, что белый турмалин не поляризует. (Рис. 330.)

Fig. 330. Fig. 330.

Кристалл турмалина, разрезанный (параллельно оси) на четыре пластины, которые при шлифовке и полировке могут быть использованы для поляризации света.

Минерал кристаллизуется в длинные призмы, примитивной формой которых является тупой ромбоид, имеющий ось, параллельную оси призмы. Термин «ось» по отношению к земле, как показано на стр. 16, — это воображаемая единственная линия, вокруг которой вращается масса, но в кристалле это означает единственное направление, потому что кристалл состоит из множества подобных кристаллов, каждый из которых должен иметь свою ось, таким образом, самый белый каррарский мрамор, превращенный в мелкий порошок, смоченный водой и помещенный под микроскоп, оказывается состоящим в основном из крошечных ромбоидов, подобных известковому шпату. Самый маленький кристалл этого минерала снова и без ограничений делится на другие ромбы, каждый из которых обладает осью. (Рис. 331.)

Fig. 331. Fig. 331.

Рис. 331 представляет кристалл, осью которого является направление a b. Пунктирные линии показывают деление большого кристалла на четыре других и меньших, каждый из которых имеет свою ось: a c, c b, d e, f g; и каждая линия внутри большого кристалла, параллельная a b, является осью, следовательно, термин обычно используется во множественном числе — «оси».

Если пластину турмалина держать перед глазом, глядя на солнце (как веселый юноша на картине Хогарта, которого арестовывают, пока он поглощен чудесами турмалина, который во времена великого художника был популярной диковинкой), ее можно поворачивать во всех направлениях без малейшей разницы в появлении света, который будет окрашен случайным оттенком кристалла, но если второй срез турмалина поместить позади другого, найдутся определенные направления, в которых свет проходит через оба среза, в то время как в других положениях свет полностью отсекается.

Когда оси обеих пластин совпадают, свет, поляризованный одним турмалином, проходит через другой, но если оси не совпадают и расположены под прямым углом друг к другу, то поляризованный свет полностью задерживается. Принцип этого станет понятен сразу, если представить турмалин (механически) как решетку с перпендикулярными стержнями, через которую проходит поляризованный свет. Любое количество таких решеток с параллельными стержнями не остановит поляризованный свет, но если вторую решетку повернуть на девяносто градусов, стержни окажутся под прямым углом к стержням первой решетки, и перпендикулярная волна поляризованного света не сможет пройти. (Рис. 332.)

Fig. 332. Fig. 332.

a. Модель первого среза турмалина, через который проходят поперечные колебания, b; горизонтальная волна поглощается, а перпендикулярно поляризованная проходит ко второму срезу турмалина, c, где стержни (оси), расположенные под прямым углом к стержням a, задерживают ее, и она не может пройти, пока стержни c не станут параллельны стержням a.

Великолепные хроматические эффекты, создаваемые поляризованным светом.

Обсудив различные способы получения поляризованного света, следующим шагом будет создание прибора, с помощью которого некоторые двоякопреломляющие кристаллы и другие тела будут расщеплять луч поляризованного света, а затем, при последующей обработке другой поляризующей поверхностью, разделенные лучи будут интерферировать друг с другом, создавая цветовые явления. Тела, которые преломляют свет одинарно, такие как газы, пары или жидкости, отожженное стекло, желе, камеди, смолы, кристаллизованные тела тесселярной системы, например куб и октаэдр, не дают никаких результатов, которые будут объяснены далее, за исключением случаев воздействия давления, как в неотожженном стекле или изогнутом холодном стеклянном стержне. Путем сжатия или растяжения они превращаются в тела, двоякопреломляющие свет. Тела, обладающие свойством двойного лучепреломления (хотя и не в такой видимой степени, как исландский шпат), — это все остальные тела, такие как кристаллизованные химические вещества, соли, кристаллизованные минералы, животные и растительные субстанции, обладающие однородной структурой, например рог и перо; все эти вещества разделяют луч поляризованного света на две части. Если поместить тонкую пленку кристалла селенита (который является одним из лучших минералов для этой цели) на пути пучка поляризованного света, идущего либо от стеклянных пластин, как в № 2 (рис. 325), стр. 338, либо от среза турмалина, а затем пропустить его через обычные фокусирующие линзы или объективы оксиводородного микроскопа, цвет в изображении селенита на экране еще не появится, пока другой турмалин или пакет стеклянных пластин не будет установлен под углом 56° 45´ и под прямым углом к плоскости отражения первого набора пластин; тогда на всех частях пленки селенита внезапно появятся самые великолепные цвета, как показано на экране, подобно другим объектам, демонстрируемым с помощью оксиводородного микроскопа. (Рис. 333.)

Fig. 333. Fig. 333.

Поляризационный прибор Дюбоска. a. Источник света и конденсорная линза. b. Стеклянные пластины под нужным углом. c. Объект из селенита. d. Фокусирующая линза. e. Второй пакет стеклянных пластин, называемый анализатором. f. Диафрагма для посторонних лучей света. g. Изображение пленки селенита в прекрасных цветах.

Оксиводородный полярископ Годдарда — один из самых удобных, поскольку можно использовать как отраженные, так и преломленные поляризованные лучи; он состоит из прибора, показанного на рис. 325, стр. 338, к которому добавлены микроскоп с малым увеличением и предметный столик для размещения селенита или других объектов, а также еще один пакет из шестнадцати пластин тонкого микроскопического стекла или слюды, называемый анализатором. Вместо второго пакета отражающих пластин можно использовать срез турмалина или призму Николя. Когда луч поляризованного света, отраженный от первого набора стеклянных пластин, попадает в двоякопреломляющую пленку селенита толщиной около сороковой или пятидесятой доли дюйма, он расщепляется на обыкновенный и необыкновенный лучи, что называется диполяризацией, и образует две плоскости поляризованного света, колеблющиеся под прямым углом друг к другу. Когда эти лучи попадают на другой пакет стеклянных пластин, называемый анализатором, под углом 56° 45´, но под прямым углом к первому набору стеклянных пластин, они интерферируют, потому что при прохождении двух лучей через селенит они прошли его в разных направлениях с разными скоростями; поэтому один из этих наборов волн при выходе с противоположной грани селенита будет задержан и отстанет от другого; но, будучи поляризованными в разных плоскостях, они не могут интерферировать, пока их плоскости поляризации не будут приведены к совпадению, что осуществляется с помощью второго пакета стеклянных пластин, называемого анализатором; и когда он устанавливается в положение под прямым углом к первому набору отражающих стеклянных пластин, половина обыкновенной волны интерферирует с половиной необыкновенной волны; и, проходя через анализатор, дает, скажем, красный и оранжевый цвета, в то время как оставшиеся половины также интерферируют и, отражаясь, дают дополнительные цвета — зеленый и синий. (Рис. 334.) Термин «дополнительные» призван определить любые два цвета, содержащие красный, желтый и синий, поскольку все три вместе образуют белый свет; например, дополнительным цветом к красному будет зеленый, так как последний содержит желтый и синий; дополнительным цветом к оранжевому будет синий, так как первый содержит красный и желтый. Таким образом, любые два цвета, которые вместе содержат красный, желтый и синий, называются дополнительными; и если бы этот принцип понимался лучше, дамы никогда не совершали бы таких грубых ошибок, которые они иногда допускают при выборе цветов для шляпок и платьев, выбирая синюю шляпку к зеленому платью или наоборот. При вращении анализатора отраженные и преломленные лучи меняют цвета, и если первые — красные, а вторые — зеленые, то при повороте анализатора на 90° отраженные лучи становятся зелеными, а преломленные — красными; при 180° цвета снова меняются местами; при 270° отраженный луч снова станет зеленым, а преломленный — красным; чтобы снова вернуться в исходное положение при 360°, т.е. отраженные лучи красные, преломленные зеленые. Толщина пленок селенита определяет конкретный полученный цвет.

Fig. 334. Fig. 334.

Электрическая лампа и фонарь Дюбоска, показывающие проекцию угольных полюсов на диск. Этот эксперимент выполняется с помощью плосковыпуклой линзы a, и лучи проходят через очень узкое отверстие в b.

Fig. 335. Fig. 335.

a a. Картонная модель пучка поляризованного света, идущего от первого пакета стеклянных пластин, показанного на рис. 326, стр. 339. b. Модель пленки селенита, которая разделяет или диполяризует луч a a на c и d, которые, интерферируя с помощью второго пакета стеклянных пластин, называемого анализатором z, создают отраженные хроматические эффекты путем интерференции в e, и преломленные эффекты в f.

Если селенит имеет равномерную толщину, получается только один цвет, а путем искусного соединения кусков различной толщины (в тех же формах, что и витражное стекло для соборных окон) покойным г-ном Дж. Т. Купером-младшим были созданы прекраснейшие узоры, которые с тех пор производятся в большом количестве и разнообразии г-ном Даркером с Парадайз-стрит в Ламбете. Цвета этих объектов из селенита видны, если поместить их перед куском черного стекла, установленным под поляризационным углом, а затем рассмотреть узор с помощью среза турмалина или, что еще лучше, с помощью одноизображающей призмы Николя, когда получаются самые яркие цвета, меняющиеся при каждом изменении угла анализатора.

Селенит, или гипс, представляет собой природный кристаллизованный сульфат извести, содержащий кристаллизационную воду (CaO, SO3, 2H2O). Он часто встречается в лондонской глине, и рабочие, которые находят его на холме Шотовер близ Оксфорда, а также на острове Шеппи, называют его «карьерным стеклом».

В очень ранний период, до открытия стекла, селенит использовался для окон; и нам говорят, что во времена Сенеки его ввозили в Рим из Испании, Кипра, Каппадокии и даже из Африки. Он продолжал использоваться для этой цели до средних веков, ибо Альбин сообщает нам, что в его время окна купола Мерзебурга были сделаны из этого минерала. Первые теплицы, изобретенные Тиберием, были покрыты селенитом. Согласно Плинию, ульи заключали в селенит, чтобы можно было наблюдать за работой пчел.

Покойный д-р Перейра представил описанные явления в виде весьма поучительной диаграммы, которую мы заимствуем из его фундаментального труда «Поляризованный свет». (Рис. 336.)

Fig. 336. Fig. 336.

a. Луч обычного или неполяризованного света, падающий на b. b. Поляризатор (пластина турмалина). c. Луч плоскополяризованного света, падающий на d. d. Двоякопреломляющая пленка селенита. e. Необыкновенный луч. o. Обыкновенный луч, полученный в результате двойного лучепреломления луча c. g. Анализатор (или двоякопреломляющая призма, или призма Николя). e o. Обыкновенный луч. e e. Необыкновенный луч, полученный в результате двойного лучепреломления необыкновенного луча e. o o. Обыкновенный луч. o e. Необыкновенный луч, полученный в результате двойного лучепреломления обыкновенного луча o.

Описанные хроматические эффекты не ограничиваются только объектами из селенита, но могут быть получены от стекла, при условии, что частицы находятся в состоянии неравномерного натяжения, как в массах неотожженного стекла различных форм. (Рис. 337.) Следовательно, поляризованный свет становится ценнейшим средством для определения состояния частиц, в противном случае невидимых и неопределимых. Один из самых красивых экспериментов можно провести со стержнем из листового стекла, который преломляет свет одинарно, пока к центру не приложено давление, чтобы согнуть его в арку или кривую, когда становится заметным вид, представленный на рис. 338.

Fig. 337. Fig. 337.

№ 1. Неотожженное стекло для полярископа. №№ 2 и 3. Вид черного креста и цветных кругов в квадратном и круглом куске неотожженного стекла в полярископе.

Fig. 338. Fig. 338.

a b. Стеклянный стержень под давлением винта c и вид полос или кайм цветного света, которые полностью исчезают при удалении винта. Эффект, конечно, виден только в поляризованном свете.

Перо, помещенное в поляризационный прибор, также оказывается в состоянии неравномерного натяжения, что обнаруживается по появлению внутри него цветных кайм, которые меняют цвет при каждом движении анализатора.

Еще одна серия прекрасных явлений возникает, когда луч белого поляризованного света проходит перпендикулярно через срез любого кристаллизованного вещества с одной осью; если анализатор состоит из среза турмалина, становятся видимыми концентрические цветные кольца с черным крестом в центре, который заменяется белым при перемещении турмалина через каждый квадрант круга.

Кристаллы исландского шпата демонстрируют это явление с большой красотой; и если кристалл (например, селитра) имеет две оси двойного лучепреломления, становится заметна двойная система цветных колец с самыми любопытными изменениями и комбинациями черных и белых крестов в них. (Рис. 339.)

Fig. 339. Fig. 339.

Кристалл селитры с двумя осями, как он виден в поляризованном свете.

Г-н Годдард рекомендовал оптическую схему (рис. 340) для демонстрации колец с большим совершенством, а также количества колец, которое в некоторых кристаллах (например, топазе) увеличивается с расхождением лучей поляризованного света, проходящих через них.

Стол и оксиводородный полярископ и микроскоп г-на Вудворда, изготовленные Смитом и Беком с Коулман-стрит, благодаря своей простоте и совершенству хорошо приспособлены для демонстрации всех разнообразных и красивых эффектов поляризованного света; и мы лишь сожалеем, что недостаток места не позволяет нам описать его подробно, хотя читатель может увидеть корпус прибора на стр. 123, где описаны и изображены модификации оксиводородного света; а поляризационный прибор, конечно, будет помещен перед светом, исходящим из фонаря.

Fig. 340. Fig. 340.

a a a. Поляризованный свет. b b. Линза с коротким фокусом, передающая конус света с углом расхождения лучей c c, равным 45°. d d. Кристалл топаза, исландского шпата или селитры. e e. Срез синего турмалина для анализа.

Наконец, вопрос о пользе (cui bono) может быть рассмотрен в ответ на вопрос: «Какова польза поляризованного света?»

Ценность знания природы этой модификации обычного света для ученых невозможно переоценить. Она дала философу новый вид теста, с помощью которого он открывает структуру вещей, которые иначе были бы совершенно неизвестны; она дала астроному дополнительные данные для упражнения его мыслительных способностей; в то время как для микроскописта красота объектов, демонстрируемых с помощью поляризованного света, долгое время была предметом восхищения и восторга и служила руководством для идентификации определенных разновидностей любого данного вещества, такого как крахмал.

Трубка, снабженная поляризатором из турмалина или одноизображающей призмой Николя, неоценима для наблюдателя на марсе в тех случаях, когда суда плавают во внутренних или морских водах, где подозревается наличие скрытых скал, поскольку поляризатор отсекает все блики света, возникающие от неравномерного отражения на поверхности воды, и позволяет наблюдателю вглядываться в глубины моря и исследовать скалы, которые могут быть идеально видны только благодаря преломленному свету, идущему от их поверхностей через воду.

Профессор Уитстон изобрел остроумные поляризационные часы для показа времени суток с помощью поляризационной способности атмосферы. Берт, Пауэлл и Лисон — каждый из них изобрел инструменты для исследования круговой поляризации жидкостей, с помощью которых можно получить более глубокое знание относительных значений сахаристых растворов, помимо раскрытия других истин, важных для исследователей в этой области науки.

И последнее, но не менее важное: именно с помощью поляризованного света д-р Фарадей установил связь, существующую между светом и магнетизмом, а через последний — с силой электричества; и следующий рисунок показывает необходимый прибор, требуемый для повторения этой весьма важной физической истины, а именно: отклонение плоскости поляризации света под влиянием магнитной силы мощного электромагнита. (Рис. 341.)

Fig. 341. Fig. 341.

a. Источник света и конденсорная линза. b. Одноизображающая призма Николя. c. Горный хрусталь с двумя вращениями. d. Двояковыпуклая линза. e e. Тяжелое стекло Фарадея. f f. Мощный электромагнит, соединенный с батареей. g. Двоякопреломляющие призмы. h. Изображение или экран, где показано отклонение плоскости поляризации магнитной силой.

С помощью другого, столь же красивого эксперимента в Лондонском институте профессор Гроув продемонстрировал получение всех других видов силы из света, используя для этой цели следующее устройство:

Подготовленная дагеротипная пластина заключена в ящик, наполненный водой, имеющий стеклянную переднюю часть со шторкой над ней; между этим стеклом и пластиной находится решетка из серебряной проволоки; пластина соединена с одним концом катушки гальванометра, а решетка из проволоки — с одним концом спирали Бреге; другие концы гальванометра и спирали соединены проволокой, а стрелки установлены на ноль. Как только луч дневного или оксиводородного света, при поднятии шторки, попадает на пластину, стрелки отклоняются. Таким образом, свет является инициирующей силой, и мы получаем

Химическое действие на пластине, Электричество, циркулирующее по проводам, Магнетизм в катушке, Тепло в спирали, Движение стрелки.

Таковы, следовательно, некоторые из славных явлений, которые мы попытались объяснить в этой и предыдущих главах о свете. Здесь мы особо отметили, насколько полностью мы обязаны их восприятием чувству зрения, действующему через глаз, орган зрения. Поистине, те, кто потерял этот божественный дар, могут говорить о своей тьме как о потерянном мире красоты, который может быть озарен только лучшим и более долговечным светом; и с наибольшим чувством сэр Дж. Кольридж говорит по этому поводу, когда он заявляет:

«Представьте себе на мгновение, каковы обычные развлечения и разговоры, происходящие за любым из ваших семейных столов; о скольких вещах мы говорим как о само собой разумеющихся, для понимания и даже для простого представления о которых зрение абсолютно необходимо. Подумайте снова, каким горем должна быть потеря зрения, и что, когда мы говорим о золотом солнце, ярких звездах, прекрасных цветах, румянце весны, сиянии лета и созревающих плодах осени, мы говорим о вещах, о которых мы не передаем умам этих бедных созданий, рожденных слепыми, ничего похожего на адекватное представление. Был однажды великий человек, как мы все знаем, в этой стране, поэт — и почти величайший поэт, которым когда-либо могла похвастаться Англия, — который был слеп; и в его произведениях есть отрывок, который настолько верен и трогателен, что точно описывает то, что я пытался слабыми словами нарисовать. Мильтон говорит:

       'Thus with the year
Seasons return; but not to me returns
Day, or the sweet approach of even, or morn,
Or sight of vernal bloom, or summer's rose,
Or flocks, or herds, or human face divine;
But cloud instead, and ever-during dark
Surrounds me; from the cheerful ways of men
Cut off, and for the book of knowledge fair
Presented with a universal blank
Of Nature's works, to me expunged and rased,
And wisdom at one entrance quite shut out.
So much the rather, thou, celestial light,
Shine inward, and the mind through all her powers
Irradiate; there plant eyes; all mist from thence
Purge and disperse, that I may see and tell
Of things invisible to mortal sight.'

Великий поэт, будучи погруженным в свою работу, искал небесного света, чтобы совершить ее. И это подводит меня к той части трудов наших Институтов для слепых, на которой я останавливаюсь больше всего и которая, в конце концов, является величайшей компенсацией, которую мы можем предложить обитателям за страдание, которое они терпят; а именно: средства, которые мы предоставляем им для чтения благословенного Слова Божьего, которое они могут читать как днем, так и ночью, ибо свет в их случае не является существенным».

ГЛАВА XXVII.

ТЕПЛО.

Джеймс Уатт.

На протяжении большей части предыдущих глав будет очевидно, что активные свойства материи могут быть суммированы под одним общим заголовком и могут рассматриваться как разновидности притяжения — такие как притяжение гравитации, когезионное притяжение, адгезионное притяжение, притяжение состава (или химическое притяжение), электрическое притяжение, магнитное притяжение.

Абсолютная или автократическая система, однако, не преобладает в делах природы; и она, кажется, всегда стремится, наделяя определенные агенты великими и особыми силами, создавать другие силы, которые могут контролировать и уравновешивать их. Так, например, великая сила когезионного притяжения является вездесущей силой, различимой, как было показано, в твердых телах и жидкостях; но если бы этому агенту позволили буйствовать в полную силу и интенсивность, он тиранически держал бы в подчинении всю жидкую материю, и каждая капля воды, которая в настоящее время сохраняется в жидком состоянии, поддалась бы его железному правлению и сохранила бы твердое состояние льда. Отсюда, следовательно, мудрое создание антагонистической силы — а именно тепла; которое предоставляется не скупо, а щедро даруется земному шару из того вседостаточного и огромного источника — солнца. И именно благодаря смягчающему и разжижающему влиянию его лучей большая часть воды на поверхности земного шара поддерживается в жидком состоянии и способна противостоять силе когезии, которая в противном случае превратила бы ее всю, так сказать, в камень.

Когезия, электричество и магнетизм полностью воплощают понятие сил притяжения, или «притягивания»; в то время как тепло стоит почти одиноко в природе как тип отталкивания, или «отталкивания».

Механически отталкивание демонстрируется отскоком мяча от земли; части, которые касаются земли, на мгновение сжимаются, и именно последующее отталкивание между частицами в этих частях заставляет их снова расширяться и отбрасывать мяч.

Развитие тепла происходит по разным причинам, которые можно считать по меньшей мере четырьмя. Так, сэром Гемфри Дэви было показано, что даже когда два куска льда трутся друг о друга, получается достаточно тепла, чтобы расплавить две поверхности, которые находятся в контакте друг с другом. Трение, следовательно, является важным источником тепла, и одна из самых интересных машин на Парижской выставке состояла из прибора, с помощью которого многие галлоны воды поддерживались в кипящем состоянии с помощью тепла, полученного от трения двух медных дисков друг о друга. Машина привлекла большое внимание своими собственными достоинствами, и особенно потому, что она поставляла кипящую воду для приготовления шоколада, о чем общественность была должным образом проинформирована, что он был сварен теплом, «вытертым» из иначе холодных дисков меди. Когда пушки, изготовленные по старой системе, просверливаются сверлом, необходимо, чтобы последнее поддерживалось в прохладном состоянии постоянной подачей воды, иначе твердая сталь могла бы стать раскаленной докрасна, и тогда потеряла бы свою «закалку» и перестала бы быть способной выполнять свою обязанность.

Граф Румфорд попытался установить, сколько тепла на самом деле генерируется трением. Когда тупое стальное сверло диаметром три с половиной дюйма приводилось в движение против дна латунной пушки диаметром семь с половиной дюймов с давлением, равным весу десяти тысяч фунтов, и совершало тридцать два оборота в минуту, за сорок одну минуту было произведено 837 гран пыли, и генерируемое тепло было достаточным, чтобы поднять температуру 113 фунтов металла на 70° по Фаренгейту — количество тепла, которое способно расплавить шесть с половиной фунтов льда или поднять температуру пяти фунтов воды от точки замерзания до точки кипения. Когда эксперимент повторяли под водой, два с половиной галлона воды при 60° по Фаренгейту доводились до кипения за два с половиной часа.

Химическое сродство так часто упоминалось на этих страницах, что может быть достаточно упомянуть только один хороший пример его почти магической силы в вызывании тепла. Когда кусочек металла натрия помещается на кончик ножа и втыкается в теплую ртуть, или если гранула натрия и несколько капель ртути помещаются на горячую пластину, только что вынутую из духовки, а затем осторожно сжимаются вместе, становится заметным яркое выделение тепла и света; и когда смесь двух металлов остынет, обнаружится, что ртуть потеряла свою текучесть, и получается твердая амальгама натрия и ртути, которая постепенно, при воздействии воздуха, возвращается в жидкое состояние, ртуть высвобождается, в то время как натрий окисляется и образует соду. Точно так же, как обычный сплав меди и золота, используемый ювелирами, теряет свой цвет и блеск из-за окисления меди; и когда ржавая, грязная пленка удаляется трением и полировкой, поверхность снова становится блестящей и остается такой до тех пор, пока не будет атакована другая пленка открытой меди: точно так же натрий атакуется и изменяется кислородом воздуха, в то время как ртуть, оставаясь незатронутой, сохраняет свой блеск и в то же время восстанавливает свою текучесть. Выделение тепла в вышеуказанном случае указывает на то, что между двумя металлами произошло химическое соединение.

Примеры производства тепла электричеством и магнетизмом были в изобилии показаны в главах об этих предметах; и одна из лучших иллюстраций этого факта была показана по случаю открытия телеграфной связи между Францией и Англией с помощью подводного кабеля, когда пушки стреляли попеременно на обоих концах проводящего кабеля с помощью электричества, и событие было таким образом инаугурировано в обеих странах.

То, что тепло является продуктом живой животной организации, показано, так сказать, наглядно удивительными явлениями, которые происходят в наших собственных телах. Люди не очень часто утруждают себя вопросом, откуда берется тепло, или даже мыслью о том, что эта невидимая сила должна поддерживаться в теле, и что медленное горение, или, как называет его Либих, эремакаузис, должно постоянно происходить внутри наших хрупких смертных оболочек; и более того, что мы не можем позволить себе тратить наше тепло. Если тело лишается тепла быстрее, чем оно может быть сгенерировано, смерть должна неизбежно наступить; и очень печальный пример этого примечательного способа смерти недавно произошел в Швейцарии с одним русским джентльменом.

Такой другой пример человека, медленно замерзающего до смерти на глазах и в пределах слышимости других существ, через чьи вены текла кровь при своей привычной температуре (около 90º по Фаренгейту), было бы трудно найти, и поэтому он выступает как яркий пример и иллюстрация уже сделанного утверждения, что живые животные организмы действительно являются источником тепла, которое столь же существенно для благополучия тела, как еда, питье и воздух.

Тепло бывает двух видов и может быть либо заметным для наших чувств, и поэтому называется ощутимым теплом; либо оно может быть полностью скрытым, хотя и присутствует в твердых телах, жидкостях и газах, и тогда называется нечувствительным или скрытым теплом.

Ощутимое тепло.

Первым эффектом этой силы является демонстрация ее отталкивающего действия, и дилатация или расширение трех форм материи под влиянием тепла допускает очень простые иллюстрации. Расширение твердого вещества, как, например, металла, при применении тепла становится заметным при подгонке твердого латунного цилиндра к соответствующему металлическому калибру, который точно опилен так, чтобы принимать первый, когда он совершенно холодный. Если латунный стержень затем нагреть, либо погрузив его в кипящую воду, либо применив пламя спиртовой лампы, его частицы отделяются друг от друга; они теперь занимают большее пространство, и результатом является расширение, и это ясно доказывается применением калибра, который больше не способен его принять. (Рис. 343.) Когда, однако, последний охлаждается, происходит противоположный результат, частицы латуни возвращаются в свое старое положение, и происходит сжатие; следовательно, утверждается, что «тела расширяются от тепла и сжимаются от холода»; и здесь уместно заявить, что термин «холод» имеет отрицательный характер и просто означает отсутствие тепла.

Fig. 343. Fig. 343.

a b. Цилиндр из латуни. c d. Железный калибр, принимающий a b продольно, а также в отверстие e в холодном состоянии, но исключающий a b, когда последний нагрет и расширен.

Твердые тела расширяются не одинаково при применении одного и того же количества тепла; так, стержень из стекла площадью один квадратный дюйм и длиной тысячу дюймов расширился бы только на один дюйм при нагревании от точки замерзания до точки кипения воды. Стержень из железа площадью один квадратный дюйм и длиной восемьсот дюймов расширился бы на один дюйм в длину при тех же градусах тепла; и стержень из свинца площадью один квадратный дюйм и длиной триста пятьдесят дюймов также расширился бы на один дюйм в длину. Следовательно,

Lead expands in volume | 1/350th.
Iron | 1/800th.
Glass | 1/1000th.

Неравномерное расширение металлов хорошо иллюстрируется экспериментом, разработанным д-ром Тиндалем, уважаемым профессором естественной философии в Королевском институте Великобритании, и организованным следующим образом: длинный стержень из латуни и другой из железа поддерживаются на краях двух кусков дерева, расположенных под углом и опирающихся на стороны каркаса из красного дерева. Металлические стержни касаются только одного конца рамы и находятся в металлическом контакте с куском латуни, вставленным там и образующим часть проводящей цепи, соединенной с вольтовым столбом; когда тепло применяется к обоим стержням, они расширяются неравномерно; латунный стержень расширяется первым и, заполняя крошечное пространство, оставленное между двумя концами рамы, касается другой латунной пластины и мгновенно замыкает вольтову цепь, когда катушка платиновой проволоки воспламеняется, показывая факт расширения; и, во-вторых, разница в силе дилатации, которой обладает каждый, ясно показывается удалением двух угловых деревянных опор, когда железо падает, в то время как латунь остается и все еще замыкает вольтову цепь. (Рис. 344.)

Fig. 344. Fig. 344.

a a. Латунный стержень, который расширился от тепла газовой горелки b и, создавая контакт между латунными пластинами в соединении с зажимными винтами c c, вольтова цепь замыкается, и катушка платиновой проволоки в стеклянной трубке d немедленно воспламеняется. Железный стержень в e e не расширился достаточно, что показывается впоследствии удалением угловых деревянных опор k k, когда железо отпадает, а латунь остается на двух выступах каркаса из красного дерева l l l.

Сила, оказываемая расширением твердых тел, огромна и напоминает нам снова об удивительной силе всех невесомых агентов; и поистине удивительно заметить, как вхождение определенного количества тепла в и между частицы металлов или других твердых тел наделяет их механической силой, которая почти непреодолима и способна причинить много вреда. Куссне провел эксперимент с железной сферой, которую он нагрел от температуры 32° по Фаренгейту до 212° по Фаренгейту, и он обнаружил, что расширение шара оказало силу, равную 4000 атмосфер — т.е. 4000 × 15 — на каждый квадратный дюйм поверхности, или давление, равное тридцати миллионам фунтов; вхождение только 180° тепла в железную сферу произвело этот примечательный результат, точно так же, как Фарадей рассчитал, что одна капля воды содержит достаточное количество электричества, чтобы произвести результат, равный самой мощной вспышке молнии, при условии, что электричество количества в капле воды преобразуется в электричество высокого напряжения или интенсивности.

Практические применения этого хорошо известного свойства твердых тел в отношении тепла очень многочисленны; так, железные пулелейки всегда делаются немного больше требуемого размера, чтобы учесть расширение горячего жидкого свинца и сжатие холодного металла. Шины колес и обручи бочек обычно надеваются в горячем состоянии, чтобы последующее сжатие могло плотно связать спицы и ободья или клепки вместе. Если бы не делался допуск на расширение и сжатие железных рельсов на постоянных путях железных дорог, регулярность уровня постоянно разрушалась бы, и положение рельсов, стульев и шпал было бы очень серьезно нарушено; действительно, подсчитано, что железнодорожные рельсы между Лондоном и Манчестером летом на пятьсот футов длиннее, чем зимой.

Стены собора в Арме, как и стены Консерватории искусств и ремесел, были возвращены в почти перпендикулярное положение путем вставки (через противоположные стены) больших железных стержней, которые, будучи попеременно нагретыми, расширенными и плотно завинченными, затем охлажденными и сжатыми, постепенно исправили выпуклость стен или основных опор этих зданий. Принцип этих знаменитых практических экспериментов аккуратно иллюстрируется с помощью железного каркаса со стержнем из железа, пропущенным через обе его стойки и плотно завинченным в горячем состоянии; при охлаждении происходит сжатие, которое показывается простым указателем. (Рис. 345.)

Fig. 345. Fig. 345.

Железная рама с c c, стержнем из кованого железа, нагретым путем надевания полукруглого куска железа e e, который сначала доводится до красного каления, и по мере того, как тепло передается стержню из кованого железа c c, он плотно завинчивается гайкой k. g g. Указатель, прикрепленный к железной раме, завинченной в горячем состоянии; плечи сближаются в p и расходятся дальше к h h по мере того, как происходит сжатие при охлаждении стержня c d.

Часто отмечалось, что нет правила без исключения, и это относится в конкретном случае к закону, что «тела расширяются от тепла и сжимаются от холода» — а именно, в случае легкоплавкого металла Розе, который состоит из

Two parts | by weight of | bismuth,
One part | " | lead,
One part | " | tin.

Чтобы правильно приготовить сплав, свинец сначала плавят в железном ковше, и к нему добавляют сначала олово, а затем висмут; все это затем хорошо перемешивают деревянным стержнем и отливают в форме стержня.

При помещении в пирометр и нагревании стержень расширяется постепенно, пока не достигнет температуры 111° по Фаренгейту; затем он начинает сжиматься и быстро укорачивается, пока не достигнет 156° по Фаренгейту, когда он достигает максимальной плотности и занимает не больше места, чем занимал бы при точке замерзания воды. Стержень после прохождения 156° снова расширяется и, наконец, плавится при температуре около 201°, что на 11° ниже точки кипения воды. Легкоплавкий металл иногда делают в виде чайных ложек, которые размягчаются и расплавляются при помешивании в чашке горячего чая или миске супа, к большому удивлению и недоумению жертвы практической шутки.

Неравномерное расширение привычно демонстрируется кусочком поджаренного хлеба, который скручивается из-за того, что поверхность, подвергнутая воздействию огня, сжимается быстрее, чем другая; и тот же факт иллюстрируется составными плоскими и тонкими стержнями из железа и латуни, которые зафиксированы и склепаны вместе; при нагревании составной стержень изгибается, потому что железо не расширяется так быстро, как латунь, и, конечно, образует внутреннюю часть кривой, в то время как латунь находится снаружи.

Эксперимент с составным стержнем делается более убедительным и интересным путем организации его с вольтовым столбом и платиновой лампой. Один из проводов от батареи соединен с концом составного стержня, и пока он остается холодным, никакой кривой или арки не образуется, но когда применяется тепло, стержень изгибается вверх и, касаясь другого провода батареи, цепь замыкается, и платиновая лампа немедленно воспламеняется. (Рис. 346.)

Fig. 346. Fig. 346.

a b. Составной стержень, покоящийся на двух деревянных блоках. Конец a соединен с одним из проводов от батареи. Цепь замыкается и платиновая лампа d воспламеняется, как только стержень изгибается вверх от тепла спиртовой лампы и касается провода c C, соединенного с противоположным полюсом батареи.

Расширение и сжатие жидкостей от тепла и холода — это также еще одна элементарная истина, которая допускает широкую иллюстрацию и, действительно, знакомит нас с тем самым полезным инструментом, называемым термометром.

Если колба снабжена пробкой, через которую пропущена длинная стеклянная трубка, открытая с обоих концов, а затем тщательно наполнена водой, окрашенной небольшим количеством раствора индиго, так что когда пробка и трубка помещены в горлышко, весь воздух исключен, таким образом конструируется грубый термометр, который, если его поместить в кипящую воду, быстро указывает повышенную температуру подъемом или расширением окрашенной воды внутри колбы. (Рис. 347.)

Fig. 347. Fig. 347.

Расширение жидкостей показано в a окрашенной водой, поднимающейся в трубке из колбы, которая полностью заполнена жидкостью и нагрета кипящей водой. b. Расширение воды, нагретой спиртовой лампой, показано подъемом поршня и стержня c c. d представляет реторту, заполненную как a, чтобы показать расширение жидкости от тепла.

Термометр охватывает точно тот же принцип, что уже описан на рис. 347, с той лишь разницей, что трубка имеет гораздо более тонкий канал, а используемая жидкость, будь то спирт или ртуть, кипятится и герметично запечатывается в трубке, так что воздух полностью исключен. Чтобы сделать термометр, выбирается трубка с капиллярным каналом нужной длины; затем ее окунают в стакан, содержащий ртуть, так что трубка заполняется на длину полдюйма этим металлом. Полдюйма тщательно измеряются на шкале, и место, которое ртуть заполняет в трубке, отмечается царапающим алмазом; ртуть затем встряхивается на полдюйма выше и снова отмечается, и это действие продолжается, пока вся трубка не будет разделена на полдюймовые отрезки. Цель этого — исправить любые неровности в диаметре канала стеклянной трубки, потому что если он шире в одной части, чем в другой, пространства, заполненные ртутью, не равны; так как канал обычно конический, тщательное измерение трубки с полдюймом ртути в первом случае дает оператору сразу вид внутренности его трубки и позволяет ему правильно градуировать ее впоследствии. (Рис. 348.)

Fig. 348. Fig. 348.

a b. Увеличенный вид канала одной из термометрических трубок, которые изготавливаются путем быстрого вытягивания полой массы горячего стекла, пока оно мягкое и пластичное, следовательно, канал должен быть коническим и больше с одного конца, чем с другого.

Следующим шагом является нагревание одного конца лампой и паяльной трубкой и, пока он горячий, выдувание на нем шарика; если бы эта операция выполнялась ртом, влага из дыхания отложилась бы внутри тонкого канала стеклянной трубки и повредила бы совершенство термометра впоследствии. Чтобы предотвратить любое отложение воды, колба выдувается, пока она раскалена докрасна, воздухом из небольшого каучукового мешка, прикрепленного к другому концу трубки. Оператор теперь отмечает намеченную длину своего термометра, и выше этой точки трубка снова размягчается пламенем и паяльной трубкой, и выдувается вторая колба. (Рис. 349 a.)

Fig. 349a. Fig. 349a.

a. — № 1. Первая колба. Намеченная длина термометра показана маленьким крестиком. — № 2 — это вторая колба, помещенная выше крестика.

Открытый конец трубки теперь помещается под поверхность чистой, сухой ртути, и при приложении тепла к верхней колбе воздух расширяется и выходит через ртуть, и по мере остывания трубки создается вакуум, в который проходит ртуть. Этим простым методом ртуть легко вгоняется в трубку, так как иначе было бы невозможно «налить» ртуть в капиллярный канал намеченного термометра. (Рис. 349 b.)

Fig. 349b Fig. 349b

b. Нагревание и расширение воздуха в верхней колбе, так что при остывании ртуть в стакане A может подняться в трубку и заполнить колбу b.

Трубка теперь вынимается из стакана, содержащего ртуть, и просто переворачивается; но из-за очень узкого диаметра канала воздух не выйдет из первой колбы, пока не будет приложено тепло, когда воздух расширяется, и ртуть, сначала неподвижная во второй колбе, теперь вытеснит воздух и упадет в первую колбу, когда трубка снова остынет.

Шарик № 1 (рис. 349 a) теперь полон ртути, и есть также немного, оставшееся в № 2; в следующем месте трубка поддерживается проволокой и держится над древесным углем, когда она нагревается по всей своей длине, и ртуть, кипя, вытесняет весь воздух, так что внутри колб и капиллярного канала нет ничего, кроме ртути и ее пара. (№ 1, рис. 350.) Открытый конец намеченного термометра теперь временно закрывается сургучом, и все это снова оставляется остывать с запечатанным концом вверх, так что шарик № 2, рис. 350, и трубка над ним полностью заполнены ртутью.

После остывания трубка помещается под углом с запечатанным концом вверх, и, руководствуясь опытом, оператор нагревает нижнюю колбу так, чтобы расширить достаточно ртути в верхнюю, чтобы оставить место для будущего расширения и сжатия ртути в трубке, которая теперь должна быть герметично запечатана. Это делается ловким нагреванием трубки на крестике, пока ртуть в первой колбе все еще расширена; и путем быстрого вытягивания ее с помощью тепла, полученного от лампы и паяльной трубки, вторая колба отделяется от первой на маленьком крестике (b, № 3, рис. 350), и термометрическая трубка наконец должным образом наполнена ртутью и герметично закрыта. (№ 4, рис. 350.)

Fig. 350. Fig. 350.

№ 1. Кипящая ртуть в трубке с двумя колбами. — № 2. Трубка остыла, с запечатанным концом вверх. — № 3. Ртуть в первой колбе расширена лампой a, и в нужный момент герметично запечатана пламенем, направляемым паяльной трубкой в b. Верхняя колба и трубка до крестика вытянуты и отделены. — № 4. Термометрическая трубка, содержащая необходимое количество ртути, герметично запечатана и теперь готова к градуировке.

Чтобы получить фиксированную отправную точку, термометрическая трубка помещается в лед с прикрепленной шкалой; температура льда никогда не меняется, она всегда составляет 32 градуса. Когда, следовательно, ртуть опустилась до самой низкой точки, до которой она может опуститься при воздействии этой степени холода, место отмечается на шкале и представляет собой то положение на градуированной шкале, где указана точка замерзания воды.

Трубка помещается в следующем месте в сосуд с кипящей водой, при этом соблюдается осторожность, чтобы вся трубка подвергалась воздействию тепла воды и пара, исходящего из нее, и когда ртуть поднялась до самого высокого положения, достижимого теплом кипящей воды, делается еще одна градуировка, которая указывает 212 градусов — а именно, точку кипения воды. Эта градуировка должна быть сделана, когда барометр стоит на 30 дюймах, потому что точка кипения воды меняется в зависимости от веса давящего на нее вышележащего воздуха.

Между градуировкой точки замерзания и точки кипения воды пространство разделено на 180 частей, которые, добавленные к 32, составляют точку кипения воды в 212 градусов, что является градуировкой Фаренгейта, который был изготовителем инструментов из Гамбурга. Почему он разделил пространство между точкой замерзания и точкой кипения воды, никто, кажется, не знает, если только он не взял полукруг в 180 градусов как лучшее деление пространства. Если термометр содержит воздух, ртуть часто разделяется на две или три тонкие нити, каждая отделена от другой в капиллярном канале, и таким образом инструмент становится бесполезным, пока нити снова не сольются. Если термометр был хорошо сделан и совершенно свободен от воздуха, его можно привязать к веревке и яростно вращать, когда центробежная сила загоняет тонкие нити ртути к их общему источнику — а именно, колбе, содержащей ртуть, и все снова соединяется. Веревка должна быть прикреплена, конечно, к верхней части шкалы термометра.

Во время путешествий по континенту иногда бывает полезно уметь читать показания термометров, градуированных не по Фаренгейту. Во Франции предпочтение отдается шкале Цельсия, а во многих частях Германии — шкале Реомюра. Разница в градуировке видна с первого взгляда.

In the | Centigrade | the freezing point is | 0, | the boiling point | 100°.
" | Reaumur | " | 0, | " | 80°.
" | Fahrenheit | " | 32°, | " | 212°.

Таким образом, число градусов между точками кипения и замерзания составляет 100 по Цельсию, 80 по Реомюру и 180 (то есть 212-32) по Фаренгейту.

Если обозначить буквами C, R и F число градусов от точки замерзания, на котором находится ртуть в термометрах Цельсия, Реомюра и Фаренгейта соответственно, мы получим следующие пропорции:

(1.) 100: 80 :: C: R, whence C = 5/4 of R, or R = 4/5 of C.
(2.) 180:100 :: F: C, whence F = 9/5 of C, or C = 5/9 of F.
(3.) 180: 80 :: F: R, whence F = 9/4 of R, or R = 4/9 of F.

Следующие примеры покажут, как применять эти формулы:

(1). Предположим, термометр Реомюра показывает 28°. Какую температуру показывает термометр Цельсия? Мы имеем C = 5/4 R (в данном случае), 5/4 от 28 = 35: то есть термометр Цельсия показывает 35°.

(2). Предположим, термометр Фаренгейта показывает 41°. Что покажет термометр Реомюра? R = 4/9 от (41-32) (то есть число градусов выше точки замерзания по Фаренгейту) = 4/9 от 9 = 4. Термометр Реомюра показывает 4°.

(3). Предположим, термометр Фаренгейта показывает 23°. Что покажет термометр Цельсия? C = 5/9 от F = 5/9 от (32-23) = 5/9 от 9 = 5 ниже точки замерзания (или -5°).

(4). Если термометр Фаренгейта показывает 4 ниже 0, что покажет термометр Реомюра? R = 4/9 от F = 4/9 от (32 + 4) = 4/9 от 36 = 16 ниже 0 (или -16°).

Единственная жидкость, обладающая исключительным свойством расширяться при охлаждении, — это вода, и вскоре станет ясно, что эта любопытная аномалия имеет величайшее значение для устройства природы.

Если поместить ящик со смесью льда и соли вокруг верхней части длинного цилиндрического стеклянного сосуда, наполненного водой при температуре 60° по Фаренгейту, сильный холод от охлаждающей смеси, температура которой равна нулю — то есть на 32° ниже точки замерзания воды, — очень быстро снизит температуру воды в сосуде. По мере охлаждения вода сжимается, становится тяжелее и опускается на дно сосуда, а ее место занимает более теплая вода. Эта циркуляция, начинающаяся сверху, продолжается до тех пор, пока вода не достигнет температуры около 40° по Фаренгейту, когда достигается максимальная плотность и циркуляция прекращается. После охлаждения ниже 40° холодная вода становится легче и остается такой до самого замерзания; разумеется, имея меньший удельный вес, чем более теплая вода, она всплывает (как масло на воде) на поверхность. Таким образом, маленький термометр, помещенный на дно сосуда, показывает только 40° по Фаренгейту, в то время как твердый лед, обволакивающий другой термометр, помещенный сверху, может иметь температуру 29° или даже ниже, в зависимости от количества льда и соли, использованных в ящике вокруг верхней части сосуда. (Рис. 351.)

Fig. 351. Fig. 351.

a b. Длинный цилиндрический стеклянный сосуд с водой и двумя термометрами; нижний показывает температуру 40°, верхний — 32° или даже ниже. c c c c. Секция ящика со льдом и солью, стоящего на четырех ножках, две из которых показаны в d d.

Важность этой любопытной аномалии невозможно переоценить. Если бы вода не обладала этим редким свойством, все моря, реки, каналы, озера и т. д. постепенно стали бы непроходимыми из-за присутствия огромных глыб льда, образующихся зимой. Весь объем воды в них должен был бы остыть ниже 32°, прежде чем он смог бы затвердеть, при условии, что вода увеличивала бы плотность или продолжала бы сжиматься при охлаждении. После того как лед затвердел бы, тепло солнечных лучей летом, безусловно, растопило бы большую часть льда, но не весь, и зима наступила бы снова до того, как твердые массы исчезли бы. Океан нельзя было бы безопасно бороздить даже вблизи наших берегов из-за огромных айсбергов, которые образовывались бы, плавали и сталкивались друг с другом даже в проливе Ла-Манш.

Земля была чудесным образом подготовлена для величайшего творения Божьего — человека, и ни в чем эта высшая мудрость не проявляется так явно, как в том факте, что вода представляет собой единственное известное исключение из закона, согласно которому «тела расширяются при нагревании и сжимаются при охлаждении».

Расширение газов при нагревании и сжатие при охлаждении происходят в соответствии с законом, не имеющим исключений, кроме как в степени проявления. Он был открыт в 1801 году г-ном Гей-Люссаком из Парижа, а также примерно в то же время знаменитым английским философом, создавшим атомную теорию, — доктором Дальтоном. После этих экспериментов и расчетов Рудберг, Магнус и Реньо провели другие исследования, и их последовательные эксперименты дали следующие результаты:

| Vols. of air. |  |  |  | Volumes.
Dalton, Gay Lussac | 1000 | heated from | 32° | to 212° | became 1375
Rudberg | 1000 | " | " | " | 1365
Magnus, Regnault | 1000 | " | " | " | 1366.5

Как естественный результат, воздух при 32° по Фаренгейту расширяется на 1/491 часть своего объема на каждый градус нагрева по шкале Фаренгейта; и объем воздуха, составляющий 491 кубический дюйм при 32°, будет составлять 492 при 33°, 493 при 34° и так далее. Исключение касается только степени, и Магнус с Реньо в своих тщательных экспериментах обнаружили, что газы, легко поддающиеся сжижению, расширяются при нагревании сильнее, чем воздух и те газы (такие как кислород, водород и азот), которые никогда не были сжижены.

Расширение воздуха легко показать, поместив открытый конец трубки с большой колбой на другом конце под поверхность подкрашенной воды; при нагревании воздух расширяется и выходит, а его место при остывании занимает подкрашенная жидкость. Такое устройство представляет собой первый термометр, сконструированный Санкториусом около 1600 года н. э., который, безусловно, мог подойти для грубых измерений, но поскольку подъем и опускание жидкости зависят от объема воздуха, содержащегося в колбе, и поскольку на это влияет каждое изменение высоты барометра, с его помощью нельзя было получить удовлетворительных показаний повышения или понижения температуры, хотя сам прибор интересен с исторической точки зрения, а в модифицированном виде, как воздушный термометр, он использовался сэром Джоном Лесли под названием «дифференциальный термометр» в его тонких и точных экспериментах с теплом.

Fig. 352 Fig. 352

a. Оригинальный воздушный термометр Санкториуса; расширение и сжатие воздуха в колбе указывают на повышение или понижение температуры. Пробка служит лишь опорой и не обеспечивает герметичности бутылки. b c. Дифференциальный термометр. Когда обе колбы подвергаются воздействию одинаковой температуры, движения жидкости, показанной в d, не происходит; но если колбу b поместить в место, более теплое, чем положение колбы c, то воздух в b расширяется и вытесняет подкрашенную жидкость, состоящую из кармина, растворенного в купоросном масле, вверх по шкале, прикрепленной к трубке колбы c.

Огненные воздушные шары — хороший пример расширения газов, и легкостью воздуха, увеличивающегося в объеме, воспользовался Монгольфье при создании своего знаменитого шара, который с клеткой, содержащей различных животных, поднялся в присутствии короля и королевской семьи Франции в Версале; и, несмотря на огромные разрывы в двух местах, он поднялся на высоту 1440 футов и, пробыв в воздухе восемь минут, упал на землю на расстоянии 10 200 футов от места старта, не причинив вреда животным. Если учесть, что объем воздуха, нагретого от 32° до 491°, удваивается, а при нагревании до 982° утраивается, сразу станет понятно, какой огромной должна быть подъемная сила таких шаров, при условии, что воздух внутри них поддерживается достаточно горячим.

Тот отважный аэронавт, Пилат де Розье, предложил себя в качестве первого воздушного навигатора; и, объединившись с Монгольфье, они совершили три успешных подъема и спуска на большом овальном шаре диаметром сорок восемь футов и высотой семьдесят четыре фута. В четвертый раз он поднялся на высоту 262 фута, но при спуске порыв ветра отнес аппарат над большими деревьями соседнего сада, положение храброго аэронавта стало крайне опасным, и если бы он не обладал величайшим самообладанием и не придал бы шару немедленно большую подъемную силу, быстро подбросив в свою печь немного соломы и щепы, он мог бы в этом случае встретить тот безвременный конец, который впоследствии, в другом безрассудном аэронавтическом приключении, постиг этого храброго, но опрометчивого француза.

Спускаясь снова, он еще раз, без малейшего страха, поднялся на значительную высоту, подпитывая свой огонь измельченной соломой. Некоторое время спустя он поднялся в компании г-на Жиру де Вилетта на высоту 330 футов, паря над Парижем не менее девяти минут на глазах у всех жителей, причем аппарат все это время держался совершенно устойчиво.

Опасность при использовании этого метода наполнения шара возникает из-за возможности образования газа, который, выходя несгоревшим в оболочку шара, может скопиться и взорваться или воспламениться впоследствии.

Огненные воздушные шары в их обычном исполнении — очень опасные игрушки, и иногда они могут дорого обойтись тому, кто их запускает, из-за того, что их может сдуть ветром на стог сена или зерна или другие горючие вещества. Самый безопасный способ использования огненных шаров — наполнять их горячим воздухом от зажженной газовой печи (например, Весселя); тогда шары можно использовать в больших помещениях или на открытом воздухе, не опасаясь причинить вред соседнему имуществу, поскольку печь и огонь, разумеется, остаются на месте и могут наполнить любое количество воздушных шаров. (Рис. 353.)

Fig. 353. Fig. 353.

a b. Газовая печь Весселя с кольцом зажженных газовых горелок внутри; воздух устремляется в направлении стрелок c c и, выходя через верхнюю часть дымохода d d, быстро наполняет воздушный или огненный шар, который обычно делают из бумаги.

После всей суеты вокруг новизны американского двигателя на горячем воздухе довольно забавно оглянуться на записи гражданского строительства и в «Трудах Института инженеров-строителей» прочитать отчет г-на Джеймса Стирлинга о его усовершенствованном воздушном двигателе, в котором успешно применено значительное расширение воздуха, упомянутое на стр. 365. Двигатель был построен около 1843 года, и принцип, открытый тридцатью годами ранее г-ном Р. Стирлингом, будет понятен при обращении к рисунку. (Рис. 354.)

Fig. 354. Fig. 354.

Воздушный двигатель Стирлинга.

Два прочных герметичных сосуда соединены с противоположными концами цилиндра, в котором обычным образом работает поршень. Около четырех пятых внутреннего пространства в этих сосудах занимают два похожих герметичных сосуда или плунжера, которые подвешены к противоположным концам коромысла и могут попеременно перемещаться вверх и вниз на величину оставшейся пятой части. Благодаря движению этих внутренних сосудов, заполненных непроводящими веществами, воздух, с которым производятся манипуляции, перемещается из одного конца внешнего сосуда в другой, и так как один конец поддерживается при высокой температуре, а другой — как можно более холодным, при попадании воздуха в горячий конец он нагревается, и его давление увеличивается; а когда он попадает в холодный конец, его тепло и давление уменьшаются. Теперь, поскольку внутренние сосуды неизбежно движутся в противоположных направлениях, следует, что давление заключенного воздуха в одном сосуде увеличивается, в то время как в другом — уменьшается. Таким образом, на противоположных сторонах поршня создается разница давлений, благодаря чему он перемещается из одного конца цилиндра в другой, и за счет постоянного изменения направления движения подвешенных тел или плунжеров большее давление последовательно оказывается на разные стороны, и поддерживается возвратно-поступательное движение поршня. Поршень соединен с маховиком любым из обычных способов; а плунжеры, движением которых воздух нагревается и охлаждается, перемещаются таким же образом и почти в то же относительное время, что и клапаны парового двигателя.

Давление значительно увеличивается и становится более экономичным при использовании несколько более сжатого воздуха, который сначала вводится, а затем поддерживается постоянным действием воздушного насоса. Насос также используется для заполнения отдельного резервуара сжатым воздухом, из которого двигатель может быть немедленно заряжен до рабочего давления. Главное усовершенствование г-на Стирлинга заключается в сохранении всего или почти всего тепла расширенного воздуха после того, как он совершил свою работу, путем пропускания его от горячего к холодному концу воздушного сосуда через множество узких проходов, температура которых в начале трубок почти так же велика, как температура горячего воздуха, но постепенно снижается, пока не становится почти такой же низкой, как в самой холодной части воздушного сосуда. Таким образом, тепло удерживается этими проходами, так что, когда механизм меняет направление, холодный воздух возвращается через эти горячие трубы и к тому времени, когда он достигает нагревательного сосуда, становится достаточно горячим, чтобы совершить свою работу. Таким образом, вместо того чтобы при каждом ходе двигателя подавать столько тепла, сколько было бы достаточно для нагрева воздуха от его самой низкой до самой высокой температуры, необходимо подавать только столько, сколько нагреет его на то же количество градусов, на которое самая горячая часть воздушного сосуда превышает самую горячую часть промежуточных проходов. Эту часть двигателя можно назвать экономическим процессом, и она представляет собой основу всего успеха, которого он достиг в производстве энергии при малых затратах топлива. Поскольку котел не требуется, опасность взрывов, конечно, значительно уменьшается. Чем выше давление, при котором работал двигатель, тем больший эффект производился. Небольшой двигатель, работающий по этому принципу, эксплуатировался при давлении 360 фунтов на квадратный дюйм; и, пожалуй, лучшее популярное представление о новизне этого устройства — то, которое предложил г-н Джордж Лоу, сравнивший экономическую часть машины с «респиратором Джеффри», используемым чахоточными больными. Тепло от выдыхаемого воздуха удерживается пластинками и снова используется при вдохе холодного воздуха в легкие. Г-н Стирлинг заявляет, что расход топлива по сравнению с паровым двигателем, который был заменен воздушным, составлял 6 к 26; тот же объем работы теперь выполняется примерно шестью центнерами угля, на что раньше требовалось около двадцати шести центнеров, хотя ему следовало бы уточнить, что замененный паровой двигатель был не лучшей конструкции, и котел не имел плотного покрытия. (Рис. 354.)

Теплопроводность.

Это свойство тепла по отношению к материи и рассмотрение любопытного способа, которым оно, так сказать, просачивается сквозь твердые вещества, сразу наводит вдумчивый ум на смелый вопрос: что такое тепло? Следует ли рассматривать его как нечто реальное или материальное? Или его нужно считать лишь свойством или состоянием материи? Эти вопросы нелегко решить, и они требуют значительного количества экспериментов и рассуждений, чтобы даже оценить их смысл.

Если поместить раскаленный докрасна шар в фокус вогнутого металлического зеркала, он испускает определенные эманации, которые совершенно невидимы, но отражаются от поверхности зеркала так же, как видимые лучи света, и могут быть собраны в фокусе другого, второго вогнутого зеркала, где их можно сконцентрировать на кусочке фосфора, что вызовет горение этого вещества. Если с помощью мехов с силой дуть воздухом поперек лучей тепла, когда они концентрируются на фосфоре, лучи не отклоняются от своего курса, их нельзя сдуть, как солнечный луч, пробивающийся сквозь отверстие в облаке в штормовой, ветреный день. Следовательно, тепло не имеет ничего общего с воздухом и при прохождении от одного зеркала к другому полностью независимо от этой среды. Такой эксперимент, как описанный, сразу наводит на мысль, что тепло — это материя sui generis, составная часть всех тел, испускаемая раскаленной материей, солнцем и т. д., и что оно может распространяться в пространстве почти так же, как свет. (Рис. 355.) Механизм может быть очень похож на корпускулярное движение света, как определил сэр Исаак Ньютон, что уже объяснялось в другой части этой книги. Отсюда предполагалось, что тепло распространяется через воздух, воду и твердые вещества путем прямого испускания материальных частиц от теплоизлучающего агента и что эти молекулы тепла прокладывают себе путь в них, вдоль них или сквозь них, в зависимости от обстоятельств.

Fig. 355. Fig. 355.

Тепло, отраженное зеркалом, но не сдуваемое воздухом из мехов.

Некоторые тела почти прозрачны для тепловых лучей, например воздух, в то время как другие занимают промежуточное положение и задерживают лишь определенное количество тепловых молекул, например горный хрусталь, зеркальное стекло и квасцы. Третий класс тел обильно поглощает тепло, например древесный уголь, черная ткань и т. д.; а четвертый, будучи отполированным и установленным под нужным углом, отражает или отбрасывает тепло, как в случае с полированными зеркалами. Прозрачность или непрозрачность веществ (в том, что касается света) не влияет на передачу тепла. Свет любого цвета и из всех источников одинаково передается всеми прозрачными телами в жидкой или твердой форме, но с теплом дело обстоит иначе.

Тепловые лучи, испускаемые солнцем и другими светящимися телами, обладают свойствами, совершенно отличными от лучей света, которыми они сопровождаются. Из этих утверждений станет очевидно, что материальная теория тепла окружена трудностями и аномалиями, которые невозможно примирить друг с другом или аккуратно адаптировать, подогнать и состыковать со всеми возникающими загадочными явлениями. Нашим знаниям о теории тепла значительно помогли исследования Меллони, который доказал, что разные виды тепловых лучей испускаются одним и тем же телом при разных температурах, и их можно отчетливо отсеивать и отделять друг от друга. Задолго до экспериментов Меллони философы пытались взвесить тепло; ряды самых тонких рычагов подвергались безрезультатному воздействию тепловых лучей; и все попытки, как экспериментальные, так и теоретические, определить тепло с помощью материальной теории являются несовершенными, грубыми и неудовлетворительными. Мы вынуждены принять другую теорию, и та, которая пользуется наибольшим признанием как предлагающая лучшее определение тепла, — это динамическая теория, которая более или менее аналогична волновой теории света. На страницах 262, 328, 335 эта теория была частично объяснена, и при повторном упоминании о ней нужно проявлять большую осторожность, чтобы не перепутать колебания тепла с колебаниями света. Солнце и звезды плавают в молекулярной среде, и для возникновения ощущения красного света в одном дюйме должно произойти 39 180 вибраций или волн, а для возникновения фиолетового света — 57 490 колебаний на пространстве в один дюйм. Как вибрации эфирных молекул воздействуют на глаз, так и в нашем теле могут быть другие нервы, которые особенно чувствительны к волнам тепла. Для возникновения слышимого звука требуется восемь колебаний воздуха в секунду; в то время как если количество колебаний воздуха достигает 25 000 в секунду, они не могут быть восприняты человеческим ухом, хотя можно предположить, что уши некоторых животных могут быть настолько восприимчивы к быстрым вибрациям, что они способны, для определенных мудрых целей Творца, воспринимать звуки, которые не слышны человеческим ушам.

Меллони демонстрировал спектр ряду людей и обнаружил, что для некоторых глаз свет был более заметен, чем для других. Любек надел на осла алую попону и обнаружил, что многие зрители часто путали их между собой. Эти факты указывают на то, что могут существовать вибрации молекул, которые вызывают ощущение тепла, но не воздействуют на нервы, чувствительные к действию световых волн, и наоборот; и также вероятно, что все эти различные колебания, некоторые из которых дают тепло, а некоторые — свет, могут генерироваться и распространяться в пространстве, как от солнца; или на более короткие расстояния, как от горящих ламп и огней, никоим образом не мешая и не препятствуя продвижению друг друга.

Динамическая теория, по-видимому, предлагает лучшую идею передачи тепла, которое переносится, проводится или распространяется через твердые тела с переменной скоростью либо путем вибрации составляющих молекул самого тела, либо путем колебания редкой тонкой жидкости, которая их пронизывает. Если медная и железная проволоки одинаковой длины и диаметра связаны вместе и нагреты в точке соединения, волны тепла распространяются быстрее через медь, чем через железо, и первая считается лучшим проводником тепла; и сам факт демонстрируется путем помещения кусочка фосфора на конец каждой металлической проволоки, и эксперимент покажет, что горючее вещество плавится первым и загорается на меди, и что проходит значительный промежуток времени, прежде чем фосфор воспламенится на железе.

Fig. 356. Fig. 356.

c. Медная проволока, связанная в a с i, железной проволокой. После того как тепло лампы воздействовало около пяти минут, тепло доходит сначала до c и воспламеняет помещенный там кусочек фосфора. По прошествии некоторого времени фосфор в i также воспламеняется.

Тот же факт демонстрируется наиболее поразительным образом путем вставки ряда стержней равной длины и толщины в боковую сторону прямоугольного ящика, позволяя им пройти через внутреннее пространство к противоположной стороне. Стержни состоят из дерева, фарфора, стекла, свинца, железа, цинка, меди и серебра, и к каждому из их концов с помощью воска или сала прикреплен глиняный шарик. Когда вода, помещенная в ящик, начинает кипеть, тепло проходит вдоль различных стержней и, расплавляя воск или сало, позволяет шарику упасть. Следовательно, первый шарик упал бы с серебряного стержня, следующий — с медного, третий — с железного, четвертый — с цинкового, пятый — со свинцового, в то время как фарфоровые, стеклянные и деревянные стержни едва ли провели бы (за несколько часов) достаточно тепла, чтобы расплавить воск или сало и сбросить шарики.

Теплопроводность металлов.

Gold | 1000  
Silver | 973  
Copper | 898.2
Iron | 374.3
Zinc | 363  
Lead | 179.6

Эксперимент становится более эффектным, если позволить шарикам падать на рычаг, соединенный со стопором часового будильника, который звонит каждый раз, когда шарик падает с одного из стержней. (Рис. 357.)

Fig. 357. Fig. 357.

a b. Ванна с кипящей водой, нагреваемая газовыми горелками снизу. c. Восемь стержней с прикрепленными шариками, один из которых упал. d. Лоток для приема шариков.

В холодный морозный день, если прикоснуться рукой к различным веществам, некоторые кажутся холоднее других, хотя все они могут иметь совершенно одинаковую температуру; это обстоятельство обусловлено их теплопроводностью: кусок сланца кажется холоднее кусочка мела, потому что первый является гораздо лучшим проводником, чем второй, и отводит тепло от тела с большей скоростью, рассеивая его по всему своему объему.

Постепенное прохождение тепла вдоль железного стержня по сравнению с медным хорошо иллюстрируется путем опоры концов двух стержней на верхнюю часть дымохода лампы Арганда, в то время как другие концы удерживаются в горизонтальном положении маленькими деревянными брусками. Если шарики прикреплены воском к нижней стороне, они отпадают по мере того, как тепло распространяется вдоль металлических стержней, причем быстрее с медного, чем с железного, потому что первый является лучшим проводником тепла, чем второй. (Рис. 358.)

Fig. 358. Fig. 358.

a. Секция газовой лампы Арганда с медным дымоходом, поддерживающим концы медного и железного стержней, отмеченных c и i. Шарики упали с c, медного стержня.

Из экспериментов Майера из Эрлангена («Ann. de Ch.», xxx.) следует, что теплопроводность различных пород дерева в определенной степени следует рассматривать как обратно пропорциональную их удельному весу — то есть чем выше плотность дерева, тем меньше теплопроводность, и наоборот.

Если цилиндрический стержень или толстую трубку из латуни длиной шесть дюймов и диаметром около двух дюймов прикрепить к деревянному цилиндру того же размера, теплопроводность двух веществ хорошо демонстрируется путем натягивания листа белой бумаги на латунь, а затем удерживания его в пламени спиртовой лампы. Тепло, быстро отводимое металлом, не опалит бумагу, пока все не достигнет равномерной высокой температуры; тогда как бумага быстро сгорает, будучи натянутой на деревянный цилиндр, потому что тепло пламени лампы концентрируется в одной точке и не рассеивается по массе дерева. (Рис. 359.)

Fig. 359. Fig. 359.

Цилиндр, наполовину латунный и наполовину деревянный. Бумага, натянутая на дерево, загорается. Другой конец, заштрихованный, — это латунная часть.

В ходе глубоко философских экспериментов сэра Г. Дэви, которые постепенно привели его к открытию конструкции безопасной лампы, он соединил медной трубкой малого диаметра два сосуда, каждый из которых содержал взрывоопасную смесь, состоящую из рудничного газа и воздуха. Когда смесь воспламенялась в одном сосуде, он обнаружил, что пламя, по-видимому, не способно пройти, так сказать, через мост — то есть медную трубку — и передаться в другой резервуар, потому что оно лишалось тепла при прохождении через трубку и было уже не пламенем, а просто газообразным веществом при слишком низкой температуре, чтобы вызвать воспламенение смеси во втором ящике.

Масса холодного металла может быть внезапно приложена к небольшому пламени, такому как пламя ночника, и, быстро лишая его тепла (как в случае с несчастным русским, описанным на странице 354), оно почти немедленно гаснет (рис. 360), не из-за простого исключения кислорода воздуха, а из-за отвода тепла, необходимого для поддержания горения.

Fig. 360. Fig. 360.

a. Маленькое пламя от ночника. b c. Большая масса холодной медной проволоки, открытая с обоих концов, чтобы поместить ее над пламенем и погасить его путем отвода тепла.

Сэр Г. Дэви сначала подумал сделать свою безопасную лампу с маленькими трубками, которые поставляли бы свежий воздух и отводили сгоревший или испорченный воздух, в то же время они должны были быть настолько узкими, чтобы никакое пламя не могло выйти из его лампы и сообщиться с внешней взрывоопасной атмосферой; и, говоря о своей лампе с трубками, он говорит: «Я вскоре обнаружил, что несколько отверстий, даже очень малого диаметра, небезопасны, если их стороны не очень глубоки; что одна трубка диаметром 1/28 дюйма и длиной два дюйма пропускала взрыв через себя; и что большое количество маленьких трубок или отверстий останавливало взрыв, даже когда глубина их сторон была равна их диаметрам. И наконец, я пришел к выводу, что металлическая ткань, какой бы тонкой и мелкой она ни была, в которой отверстия занимали больше места, чем охлаждающая поверхность, так что она была проницаема для воздуха и света, предлагала идеальный барьер для взрыва, поскольку сила распределялась между огромным количеством поверхностей, а тепло передавалось им. Я предпринял несколько попыток сконструировать безопасные лампы, которые давали бы свет во всех взрывоопасных смесях рудничного газа, и после сложных комбинаций я наконец пришел к одной, очевидно, самой простой: окружить свет полностью проволочной сеткой и сделать так, чтобы эта же ткань питала пламя воздухом и излучала свет».

Если поместить рядом друг с другом вертикально ряд квадратных металлических трубок малого диаметра и сделать горизонтальный срез, это будет представлять собой проволочную сетку, которая обладает удивительной способностью отсеивать тепло от пламени, так что оно уничтожается при попытке прохождения через металлические ячейки; и этому факту можно привести множество доказательств.

Газовую горелку, подающую светильный газ, можно поместить под лист проволочной сетки, газ проникает сквозь сетку и может быть подожжен с верхней стороны, но пламя отсекается от отверстия горелки охлаждающим действием проволочной сетки. Тот же эксперимент в обратном порядке, при удерживании сетки над газом, горящим из горелки, еще более решительно показывает, что пламя не пройдет через металлическую ткань. (Рис. 361.)

Fig. 361. Fig. 361.

a a. Ряд квадратных трубок, расположенных вертикально. Стрелка показывает направление среза для получения фигуры, похожей на проволочную сетку.

Сэр Г. Дэви снова говорит: «Хотя все образцы рудничного газа, которые я исследовал, состояли из карбюрированного водорода, смешанного с различными небольшими пропорциями углекислого газа и обычного воздуха, некоторые явления, которые я наблюдал при горении «дутья», заставили меня поверить, что небольшие количества олефинового газа могут иногда выделяться в угольных шахтах вместе с карбюрированным водородом. Поэтому я решил сделать все лампы безопасными для проверки газом, полученным путем перегонки угля, который, когда он не подвергался воздействию воды, всегда содержит олефиновый газ. Я поместил свои зажженные лампы в большой стеклянный приемник, через который проходил поток атмосферного воздуха, и с помощью газометра, наполненного светильным газом, я сделал поток воздуха, поступающий в лампу, более или менее взрывоопасным и заставлял его меняться быстро или медленно по желанию, чтобы создать все возможные разновидности воспламеняющихся и взрывоопасных смесей, и я обнаружил, что железная проволочная сетка, состоящая из проволок диаметром от 1/40 до 1/60 дюйма и содержащая двадцать восемь проволок или семьсот восемьдесят четыре отверстия на дюйм, была безопасна при любых обстоятельствах в атмосферах такого рода; и я, следовательно, принял этот материал для защиты ламп в угольных шахтах, где в январе 1816 года они были немедленно приняты и долгое время находились в общем пользовании».

Замечательная теплопроводность проволочной сетки далее показана путем помещения нескольких кусочков камфоры на кусок этого материала, и когда тепло спиртовой лампы прикладывается с нижней стороны сетки, камфора испаряется, и, поскольку пар удивительно тяжелый, он проходит сквозь ячейки сетки и загорается; но самая любопытная и дальнейшая иллюстрация теплопроводности проволочных ячеек показана в том факте, что огонь не передается через тонкую пленку сетки к кусочкам камфоры, помещенным на ней.

Камфору можно воспламенить, приложив пламя к верхней стороне сетки, что показывает, что, хотя это вещество чрезвычайно горючее, оно не загорится, даже если будет помещено на расстоянии от пламени не большем, чем толщина проволочной сетки, при условии, что последний материал проложен между ним и пламенем.

Квадратный ящик из проволочной сетки с отверстием внизу для впуска свечи или спиртовой лампы может подвергаться воздействию значительной струи светильного газа, направленной снаружи, или на него может быть вылит большой кувшин паров эфира; и хотя ящик может быть полон пламени, возникающего от горения газа или эфира, огонь не выходит из проволочного ящика и не передается к горелке или парам эфира, когда они выливаются из кувшина. (Рис. 362.)

Fig. 362. Fig. 362.

Ящик из проволочной сетки с отверстием внизу для впуска зажженной спиртовой лампы. Горячий кувшин, полный паров эфира, может быть вылит на пламя, но оно горит только внутри ящика и не передается к тому, что в кувшине.

Безопасная лампа сэра Гемфри Дэви состоит из обычной масляной лампы f с проволокой через резервуар для поднятия или опускания хлопкового фитиля без отвинчивания проволочной сетки; b — это наружная резьба, подходящая к резьбе, прикрепленной к цилиндру из проволочной сетки, который сделан двойным сверху. Вся лампа показана на a, а платиновая спираль, которую сэр Г. Дэви рекомендует наматывать вокруг фитиля, показана на h. Маленькая платиновая клетка состоит из проволоки толщиной от 1/70 до 1/80 дюйма, прикрепленной к проволоке для поднятия или опускания хлопкового фитиля, и если лампа погаснет во взрывоопасной смеси, маленькая платиновая спираль начинает светиться и даст достаточно света, чтобы направить шахтера в безопасную часть шахты. В отношении этой платиновой спирали сэр Г. Дэви дает осторожное наставление и говорит: «Нужно проявлять величайшую осторожность, чтобы ни одна нить или проволока платины не выступала снаружи лампы, ибо это подожгло бы взрывоопасную смесь снаружи».

Fig. 363. Fig. 363.

Безопасная лампа сэра Гемфри Дэви.

После изобретения лампы Дэви было предложено большое количество модификаций, некоторые из которых на короткое время занимали внимание общественности, но, будь то из-за повышенной стоимости или своего рода инерции, которая препятствует улучшениям, несомненно, что лампа, первоначально разработанная сэром Гемфри Дэви, остается фаворитом. Возможно, было неудачным, что лампу назвали «безопасной» лампой, потому что она не является таковой при любых обстоятельствах, которые могут возникнуть, если только она не находится в руках людей, которые взяли на себя труд изучить ее и понять, как исправлять ошибки. Лампа могла бы избежать непрекращающихся нападок, которым подвергались ее справедливые достоинства, если бы название было просто именем ее прославленного изобретателя — «лампа Дэви». Никто не мог бы придраться к этому, в то время как «безопасность» понималась как полная защита от любой возможной и вероятной опасности, которая могла возникнуть в угольных шахтах. Лампы теперь обычно находятся под присмотром одного человека, который их чистит и проверяет, что проволочная сетка в идеальном порядке; последняя обычно запирается на лампе, и, поскольку удаление проволочной сетки с безопасных ламп в опасных частях шахты является уголовным преступлением, наказуемым крупным штрафом и тюремным заключением, шахтеры, конечно, постепенно приходят к осознанию обязательств, которые они имеют перед собой и своими братьями-шахтерами, и безрассудные, невежественные и опрометчивые правонарушения, связанные со вскрытием безопасных ламп ради большего освещения или для прикуривания трубок, становятся гораздо менее частыми, чем раньше. Одной из самых остроумных «детекторных ламп» является лампа г-на Саймонса из Бирмингема. (Рис. 364.) Она состояла из старой модели Дэви, но внутри обода проволочной сетки помещены маленький гаситель и пружина, которые не двигаются, пока сетка привинчена к лампе, но как только сетку отвинчивают, обратное движение освобождает стопор, и гаситель падает на свет. Несмотря на очевидную изобретательность этой лампы, она не принята, потому что стоит немного дороже обычной «Дэви». Чтобы показать замечательное совершенство принципа проволочной сетки, можно вылить немного скипидара на зажженную безопасную лампу, при этом образуется много дыма от испарения спирта, но пламя не проходит наружу, хотя скипидар горит внутри лампы. Если на два слоя тонкой проволочной сетки положить немного грубого пороха, его можно нагреть снизу пламенем спиртовой лампы, и сера постепенно испарится, не поджигая массу пороха. Чтобы показать надежность лампы Дэви, ее можно зажечь и повесить в большой ящик со стеклянными стенками, открытый сверху, и подать струю светильного газа снизу; по мере того как он поднимается и рассеивается в воздухе, смесь становится взрывоопасной, и этот факт сразу становится очевидным по изменению внешнего вида пламени лампы, которое увеличивается, мерцает и часто гаснет из-за внезапности, с которой происходит взрыв смеси внутри лампы, производя сотрясение, которое гасит пламя. В этом случае польза платиновой спирали очень очевидна, и она продолжает светиться красным жаром до тех пор, пока взрывоопасный характер воздуха в ящике не изменится.

Fig. 364. Fig. 364.

Самозатухающая лампа Дэви Саймонса.

Если большой умывальный таз сначала согреть кипятком, который затем вылить, и вбросить драхму эфира, получается легковоспламеняющаяся атмосфера, и когда зажженная лампа Дэви помещается в так подготовленный таз, пламя внутри лампы немедленно увеличивается и мерцает, но не гаснет и не передается горючим парам снаружи. Контраст между безопасной лампой и незащищенным пламенем очень поразителен; если в таз сунуть зажженную лучину, эфир загорается и горит очень большим пламенем. Твердыми проводниками тепла, которые, как говорят, обладают этим свойством в высшей степени, являются металлы, мрамор, камень, сланец и другие плотные и компактные твердые вещества; в то время как противоположным качеством быть непроводниками, или почти таковыми, обладают мех, дерево, шелк, хлопок, шерсть, гагачий и лебяжий пух, бумага, песок, древесный уголь и каждое вещество, которое имеет легкую или пористую природу. Практическое применение этого знания очень очевидно в делах повседневной жизни. Так, мы встаем утром и сразу после необходимых омовений, если это зимнее время, приступаем к облачению тела в непроводники, такие как фланель и шерсть. Когда мы садимся за стол для завтрака, чтобы приготовить чай, мы можем заметить приспособления для предотвращения нагревания ручки крышки урны или чайника, чтобы они не обжигали пальцы, путем прокладки слоев слоновой кости или дерева. Если нас попросят налить воду в чайник из чайника, мы инстинктивно ищем хорошо изношенную прихватку для чайника, сделанную из берлинской шерсти, а следовательно, являющуюся плохим проводником. Когда мы режем мясо или рыбу во время того же приема пищи, мы можем дрожать от холода, но наши пальцы не совсем замерзают от контакта со стальными ножами, так как мы держим их за ручки из слоновой кости; и нам приятно напоминают, что некоторые металлы являются хорошими проводниками тепла, приятным теплом серебряных чайных ложек, когда мы размешиваем чай или кофе.

Даже полировка хорошо натертого красного дерева защищена от тепла блюд непроводящими ковриками, а тарелки подаются, если они «хорошо разогреты», с тщательно обернутой непроводящей льняной салфеткой. Предположим, мы предпочитаем кусочек свежеприготовленного тоста, вилка снабжена непроводящей ручкой; и если мы выглянем в окно морозным утром, пока пекарь доставляет свою раннюю работу в виде горячих булочек, мы заметим, что они выходят из красиво обернутой фланели или байки, которая, будучи плохим проводником, используется для удержания их тепла. Мы читаем, время от времени, в военных сводках, заявления относительно некоторых недавно сконструированных снарядов, которые должны взрываться и разбрасывать расплавленное железо (!!); и, конечно, идея прокладки хорошего непроводника тепла между разрывным зарядом и расплавленным металлом должна быть реализована в их конструкции.

Центральный жар нашего земного шара — это реальность, которую нельзя оспаривать, и после копания на глубину более двадцати футов термометр постепенно поднимается со скоростью один градус по шкале Фаренгейта на каждые пятнадцать ярдов. Плохая теплопроводность земной коры должна, следовательно, быть очевидной, так как легко, зная диаметр нашего земного шара, рассчитать, что увеличение тепла вниз составляет 116° на каждую милю, следовательно, на глубине тридцати с половиной миль под поверхностью будет температура, скорее всего, равная 3500°, или жар, который мог бы легко расплавить чугун, и это помогло бы объяснить землетрясения и извержения вулканов, которые все еще напоминают нам своими ужасными предупреждениями, что мы живем только на плохо проводящей верхней коре земного шара, внутренность которого все еще, возможно, находится в жидком и расплавленном состоянии. Господин Фурье продемонстрировал непроводящую способность этой оболочки, рассчитав, что, если бы земной шар был полностью составлен из чугуна, центральному жару потребовались бы мириады лет, чтобы передаться на поверхность с глубины 150 миль; и, инвертируя процесс рассуждения, мы можем прийти к выводу, что внутренний жар должен быть чрезмерным, потому что он ограничен и закрыт от тех влияний, которые унесли бы и ослабили его интенсивность.

Нет двух слов, говорит Тиндаль, с которыми мы более знакомы, чем материя и сила. Система вселенной охватывает две вещи: объект, на который воздействуют, и агент, посредством которого на него воздействуют; объект мы называем материей, а агент — силой. Материю, в некоторых отношениях, можно рассматривать как носитель силы; так, светоносный эфир является носителем или средой, посредством которой пульсации солнца передаются нашим органам зрения. Или, чтобы взять более простой случай, если мы установим ряд бильярдных шаров в ряд и сообщим толчок одному концу серии в направлении ее длины, мы знаем, что произойдет; последний шар улетит, а промежуточные шары послужат для передачи толчка от одного конца серии к другому. Или мы могли бы сослаться на теплопроводность. Если, например, требуется передать тепло от огня к точке на некотором расстоянии от огня, это может быть осуществлено с помощью проводящего тела — например, кочерги; вставив один конец кочерги в огонь, она нагревается, тепло прокладывает себе путь через массу и, наконец, проявляется на другом конце. Давайте постараемся получить четкое представление о том, что мы здесь называем теплом; давайте сначала представим его себе как агент, отдельный от массы проводника, прокладывающий себе путь среди частиц последней, перепрыгивающий с атома на атом и таким образом превращающий их в своего рода ступеньки, чтобы помочь своему продвижению. Это вероятный вывод, даже если бы у нас не было ни одного эксперимента, подтверждающего его, что способ передачи должен в некоторой мере зависеть от того, как расположены эти маленькие молекулярные ступеньки. Но мы не должны ограничиваться молекулярной теорией тепла. Принимая гипотезу, которая сейчас набирает силу, что тепло, вместо того чтобы быть агентом, отдельным от обычной материи, состоит в движении материальных частиц; вывод столь же вероятен, что на передачу движения должно влиять то, как расположены частицы. Предоставляет ли нам экспериментальная наука какое-либо подтверждение этого вывода? Предоставляет. Более двадцати лет назад ММ. Де ла Рив и Де Кандоль доказали, что тепло передается через дерево со скоростью почти в два раза большей вдоль волокна, чем поперек него. Этот результат был недавно расширен, и было доказано, что это вещество обладает тремя осями теплопроводности; первая и самая большая ось параллельна волокну; вторая ось перпендикулярна волокну и древесным слоям; в то время как третья ось, которая отмечает направление, в котором оказывается наибольшее сопротивление прохождению тепла, перпендикулярна волокну и параллельна слоям.

Если многие твердые тела являются плохими проводниками тепла, то они, во всяком случае, значительно уступают в этом жидкостям, и особенно воде. Проводимость тепла этой жидкостью почти незаметна, настолько, что даже возникал вопрос, проводят ли жидкости тепло в направлении сверху вниз вообще. Однако было установлено, что жидкая ртуть проводит тепло вниз, и поэтому по аналогии можно предположить, что другие жидкости должны обладать проводящей способностью, хотя она может быть чрезвычайно ограниченной.

Чтобы доказать, что вода является чрезвычайно плохим проводником тепла, трубку с большой стеклянной колбой, выдутой на одном конце, частично наполняют настойкой лакмуса, пока она не погрузится чуть ниже поверхности воды, налитой в высокий цилиндрический или открытый сосуд. Если теперь пустить плавать по поверхности воды медную чашу с горящим эфиром так, чтобы между верхом воздушного термометра — то есть колбой, содержащей окрашенную жидкость, — и дном медной чаши оставалось около четверти дюйма, можно заметить, что, в то время как вода, окружающая последнюю, почти кипит, не ощущается ни малейшего эффекта, вызванного теплопроводностью в направлении сверху вниз. После того как эфир в медном сосуде выгорит, его можно убрать, а кипящую воду перемешать вниз и вокруг воздушного термометра; тогда воздух внутри него расширится, вытеснит окрашенную жидкость, и колба, став удельно легче, поднимется к верху сосуда. (Рис. 365.)

Fig. 365. Fig. 365.

a a. Цилиндрический стеклянный сосуд, наполненный водой. b. Стеклянный воздушный термометр, содержащий окрашенную жидкость, стоящий вертикально, с открытым отверстием трубки в точке c. d d — медная чаша, содержащая горящий эфир. e показывает, как стеклянная колба и трубка поднимаются после того, как верхняя чаша убрана, а горячая вода вступает в контакт с воздухом и расширяет его, делая термометр легким и заставляя его подняться.

Далее, если трубку воздушного термометра пропустить через пробку в горлышке газовой склянки, перевернутой и установленной на кольцевой штатив, а затем наполнить склянку водой и кипятить ее сверху раскаленным железным нагревателем, тепло не проходит вниз и не воздействует на термометр. С помощью сифона можно слить воду, окружающую термометр на дне склянки, пока горячая вода не окажется на расстоянии доли дюйма от воздушного термометра, и все же тепло не передается, а жидкость в последнем остается неподвижной. (Рис. 366.)

Fig. 366. Fig. 366.

a a a. Перевернутая газовая склянка, поддерживаемая кольцевым штативом. b. Раскаленный нагреватель для урны. c c. Воздушный термометр с окрашенной жидкостью, неподвижной в точке c. d. Сифон для слива холодной воды и подведения горячей воды вплотную к колбе c c.

Распространение тепла в воде происходит не так, как в твердых телах, а осуществляется за счет движения частиц воды. Когда тепло подводится к дну сосуда с водой, например, к перевернутому стеклянному колпаку, первым эффектом является расширение слоя воды, который первым подвергся воздействию тепла; этот расширенный слой, будучи удельно легче холодной воды выше, поднимается в верхнюю часть стеклянного колпака, и его место немедленно занимает другая, более холодная и тяжелая вода, которая таким же образом движется вверх, и ее снова сменяет новая порция. Таким образом, первый и последующие слои воды уносят с собой столько тепла, и благодаря конвективной или переносной способности воды тепло в конечном итоге распределяется самым совершенным образом по всему объему жидкости; и действительно, само движение частиц воды можно легко наблюдать, поместив немного бумажной массы на дно перевернутого стеклянного колпака с водой. (Рис. 367.)

Fig. 367. Fig. 367.

a. a. Перевернутый стеклянный колпак, содержащий воду и немного бумажной массы. b. Горящая спиртовая лампа, помещенная под одну сторону стекла; бумажная масса показывает подъем нагретой воды и опускание холодной в направлении, указанном стрелками.

Эта плохая теплопроводность свойственна не только воде, но также проявляется у масла и других жидкостей. Если заморозить немного воды на дне длинной пробирки с помощью охлаждающей смеси, можно налить поверх нее масло, а выше — немного спирта. Если теперь поднести пламя спиртовки к спирту в верхней части трубки, он может полностью выкипеть, при этом тепло не пройдет вниз через масло и не передастся льду. Даже после того, как спирт испарится, трубку можно долить водой; ее также можно вскипятить, и, демонстрируя плохую теплопроводность масла, наблюдается любопытная аномалия: сосуд или трубка, содержащие лед на дне и кипящую воду наверху. Это также показывает мудрость Верховного Творца, предотвратившего замерзание воды в озерах, реках и морях благодаря исключительному закону расширения воды при охлаждении. Из сказанного очевидно, что жидкости приобретают и теряют тепло посредством тех токов и движений частиц воды, которые уже были частично объяснены. Все, что препятствует этому движению, должно предотвращать прохождение тепла, и, следовательно, густые вязкие жидкости всегда трудно кипятить; из-за того, что их движение затруднено, они нагреваются до слишком высокой температуры и пригорают. Этот факт особенно заметен в производстве хорошего белого кускового сахара: по мере выпаривания сироп становится очень густым, и если его кипятить на огне, он может часто пригорать, но его кипятят с помощью тепла пара и в вакууме, создаваемом воздушным насосом, что позволяет сахаровару избежать опасности пригорания.

Итак, именно благодаря непрерывному и постоянному движению, включающему циркуляцию частиц, тепло распространяется через воду; и описанный факт еще более проясняется одним из простых, но наглядных экспериментов профессора Гриффитса. Стеклянная трубка длиной около трех футов и диаметром полдюйма изгибается, как показано на рисунке A (рис. 368), затем наполняется водой и подвешивается на нити к любой удобной опоре внутри медной чаши с водой так, чтобы прямой конец находился у поверхности воды, а изогнутый — на дне. Перед самым использованием в медную чашу с водой наливают немного чернил или другого красящего вещества; его не следует добавлять до момента начала эксперимента, так как любое повышение температуры в комнате способствует циркуляции и нарушает бесцветность воды в трубке, которая сравнивается с чернильной жидкостью в чаше. Как только подводится тепло, горячая вода поднимается к верху медного сосуда, а оттуда постепенно вверх по трубке; это движение становится видимым, так как горячая окрашенная жидкость медленно ползет вверх по трубке, вытесняя бесцветную воду, которая постепенно стекает в медную чашу. (Рис. 368.)

Fig. 368. Fig. 368.

a. Изогнутая стеклянная трубка, наполненная водой. b b. Медная чаша, содержащая окрашенную воду. Стрелки показывают циркуляцию воды.

Как только принцип циркуляции частиц воды понят, легко понять, как он применяется для отопления зданий с помощью так называемого «прибора для горячей воды». Змеевик трубы помещается в соответствующую печь, нижний конец которой соединяется с трубой, идущей от второй трубки или набора змеевиков, расположенных выше в другом помещении, в то время как верх последнего змеевика соединяется с верхней трубой первого змеевика. Когда огонь зажжен, начинается циркуляция через первый змеевик трубы, которая передается второму, а от него обратно к первому; таким образом, «система горячей воды» представляет собой бесконечную цепь труб с водой, снабженную соответствующими предохранительными клапанами для выхода расширенного воздуха или пара; случались серьезные аварии из-за того, что люди пренебрегали проверкой исправности этого предохранительного клапана. Ужасная авария, произошедшая с кожухом горячей воды вокруг одной из дымовых труб «Грейт Истерн», служит болезненным, но памятным примером нагревания воды и опасностей, которые могут возникнуть, если труба, кожух или другой сосуд, содержащий ее, не снабжен выпускным или предохранительным клапаном, который всегда должен быть в исправном состоянии.

Мистер Джейкоб Перкинс в 1824 году прославился своими экспериментами с циркуляцией воды через трубки, и его отчет об изобретении и усовершенствовании «паровой пушки», в которой усовершенствование заключается главным образом в циркуляции воды через змеевики труб, настолько важен, что мы приводим его дословно, с чертежом паровой пушки; автор может поручиться за точность утверждений, сделанных в описании аппарата, поскольку он приобрел одну из усовершенствованных паровых пушек и демонстрировал ее в Политехническом институте, где она выпускала триста пуль в минуту.

Fig. 369. Fig. 369.

Заряжающая трубка и ствол паровой пушки.

«Расширительная сила пара часто предлагалась в качестве замены пороха для стрельбы ядрами и другими снарядами; однако большая опасность, которая ранее считалась неразрывно связанной с генерацией и использованием пара при столь чрезвычайном давлении, которое казалось необходимым для получения эффекта, приближающегося к пороховому, удерживала ученых от проверки силы этого нового агента экспериментальным путем. Было также очевидно, что аппарат, обычно используемый для генерации пара для паровых двигателей, был совершенно неспособен выдержать необходимое давление, и что до того, как пар можно было достаточно ограничить, чтобы он мог конкурировать со своим мощным соперником, должен был быть изобретен аппарат совершенно иного характера.

В 1824 году мистеру Джейкобу Перкинсу удалось сконструировать генератор такой формы и прочности, что это позволило ему проводить эксперименты с высокоэластичным паром без опасности, несмотря на то, что он подвергался давлению в 100 атмосфер. Принцип его безопасности заключался в разделении сосуда, содержащего воду и пар, на камеры или отсеки, настолько малые, что разрыв одного из них был совершенно безвреден по своим последствиям и служил лишь выходом или предохранительным клапаном для разгрузки остальных.

Хотя генератор мистера Перкинса изначально предназначался для работы паровых двигателей (ему давно было очевидно, что использование высокоэластичного пара при расширении будет сопровождаться значительной экономией), в ходе экспериментов ему пришла в голову мысль, что он уже решил проблему безопасной генерации пара достаточной мощности для целей паровой артиллерии; и что пар, который ежедневно приводил в действие его двигатель, обладал упругой силой, вполне достаточной для метания мушкетных пуль. Поэтому он немедленно приказал сконструировать пушку и соединить ее трубой с генератором, первое испытание которой полностью оправдало его самые смелые ожидания. Ее работа, действительно, была настолько необычной и неожиданной, что породила парадокс, который было трудно объяснить, а именно: пар при давлении всего в сорок атмосфер производил эффект, равный пороху; тогда как было известно, что сгорание пороха сопровождается давлением от 500 до 1000 атмосфер.

Мистер Перкинс дает следующее объяснение этого кажущегося несоответствия, ссылаясь на малый эффект, производимый гремучим порохом по сравнению с порохом, хотя он во много раз мощнее; он предполагает, что действие гремучего пороха, каким бы интенсивным оно ни было, не продолжается достаточно долго, чтобы передать пуле всю свою силу. Взрыв пороха, хотя и не столь мощный в момент воспламенения, тем не менее в совокупности дает больший эффект, чем взрыв гремучего пороха, потому что последующее расширение продолжает действовать на пулю (хотя и с уменьшающимся эффектом), пока она не покинет ствол. Действие пара отличается от действия любого из этих агентов тем, что он продолжает действовать в полную силу до тех пор, пока пуля не покинет ствол; и именно этому приписывается причина его превосходства.

В 1826 году мистер Перкинс настолько усовершенствовал механизм пушки и генератора, что на демонстрации и испытании ее мощности в присутствии герцога Веллингтона и других выдающихся офицеров артиллерийского ведомства пули весом в одну унцию пробивали с расстояния тридцати пяти ярдов железную пластину толщиной в четверть дюйма; а также одиннадцать твердых досок толщиной в один дюйм, расположенных на расстоянии дюйма друг от друга. Непрерывные ливни пуль также выбрасывались с такой быстротой, что когда ствол пушки медленно поворачивали в горизонтальном направлении, доска длиной двенадцать футов была пробита настолько полностью, что линия отверстий почти напоминала желоб, прорезанный от одного ее конца до другого.

Fig. 370. Fig. 370.

Паровая пушка Перкинса.

a — железная печь, содержащая непрерывный змеевик из железных трубок длиной 80 футов, с внешним диаметром 1 дюйм и внутренним 5/8 дюйма, внутри которого разводится огонь; верхний конец этой трубки, b, называемый подающей трубой, выведен на любое требуемое расстояние к верху генератора.

Печь снабжена очень остроумным регулятором тепла, с помощью которого интенсивность огня всегда пропорциональна температуре, которую необходимо поддерживать в трубках.

h — железный ящик, содержащий ряд рычагов b b b; c — гайка, навинченная на подающую трубу и соприкасающаяся с коротким плечом самого нижнего из рычагов. e — рычаг, с одного конца которого подвешена заслонка f, а с другого — стержень g, который опирается на длинное плечо самого верхнего из рычагов b b b. Когда аппарат достигает требуемой температуры, гайка c завинчивается до тех пор, пока она не надавит на рычаг. Любое дальнейшее повышение температуры расширит или удлинит подающую трубу и опустит короткое плечо рычага, который находится в контакте с гайкой. Комбинированное и умноженное действие рычагов затем поднимет стержень g, и заслонка f опустится, чтобы перекрыть тягу. Когда огонь ослабевает и аппарат остывает, действие рычагов меняется на обратное, и заслонка открывается. Расстояние, на которое перемещается заслонка, по сравнению с гайкой c, составляет 200 к 1.

c — генератор, состоящий из прочной железной трубки диаметром 3 дюйма и длиной 6 футов, внутри которой находятся восемь трубок меньшего размера, концы которых приварены к концам большой трубки. Эти малые трубки сообщаются вверху с подающей трубой b, а внизу — с возвратной трубой d, которая продолжается до дна змеевика печи. Циркуляция в трубках вызвана разницей в удельных весах воды, составляющей восходящие и нисходящие потоки; часть, содержащаяся в подающей трубе и змеевике печи, расширяясь от тепла, поднимается благодаря своей превосходной легкости; в то время как та, что содержится в малых трубках генератора, отдав свое тепло, приобретает повышенную плотность и опускается через возвратную трубу d на дно змеевика печи, чтобы занять место восходящего потока. Когда поток горячей воды достигает температуры 212° и выше, в генератор впрыскивается холодная вода, которая превращается в пар при контакте с малыми трубками; скорость испарения и давление пара зависят, конечно, от температуры потока горячей воды, которая при 500° вызовет давление внутри трубок в 50 атмосфер, или 750 фунтов на квадратный дюйм. Весь аппарат, как доказано, способен выдерживать давление в 200 атмосфер, или 3000 фунтов на квадратный дюйм.

g. Нагнетательный насос для впрыскивания воды в генератор.

i. Индикатор для отображения давления пара в генераторе и воды в котле; он может быть соединен с любым из них с помощью клапанов, прикрепленных к рычагам.

j. Клапан для регулирования давления воды.

j l. Клапан для регулирования давления пара.

k. Паровая труба.

l. Пушка.

m. Разгрузочный рычаг, воздействующий на клапан n.

o. Разгрузочный кран, с помощью простой регулировки которого пули передаются из заряжающей трубки p в ствол пушки, по одной или непрерывным ливнем.

Поскольку совершенствование и внедрение паровой пушки не было полем для частного предпринимательства, а британское правительство отказалось проводить эксперименты за свой счет, мистер Перкинс был вынужден неохотно оставить проект и заняться другими, более прибыльными, хотя, возможно, и менее важными делами. Однако он не прекратил свою деятельность, пока не сконструировал для французского правительства артиллерийское орудие, которое выпускало ядра весом пять фунтов со скоростью шестьдесят в минуту.

Пушка и генератор, демонстрировавшиеся в Политехническом институте в то время, когда мистер Пеппер был постоянным директором, были продукцией мистера А. М. Перкинса из Лондона, который изобрел совершенно новый метод генерации пара, успешно примененный к паровым двигателям, и он настолько прост, безопасен и экономичен, что не остается сомнений в том, что с его помощью паровая пушка вскоре займет место среди первых инструментов войны.

Пушка, за исключением нескольких незначительных механических деталей, не отличается от той, что была первоначально сконструирована мистером Джейкобом Перкинсом.

Новизна, которая отличает генератор от всех остальных, заключается в способе передачи тепла от огня к воде, не подвергая сам генератор воздействию огня. Это достигается посредством циркуляции в железных трубках потока горячей воды, который полностью отделен от воды, подлежащей испарению в генераторе, и независим от нее.

Ниже приведены основные преимущества, которыми обладает этот генератор перед всеми остальными: отсутствие какого-либо износа или порчи вследствие воздействия огня — важное качество для генератора, который должен подвергаться большому давлению, поскольку его первоначальная прочность остается неизменной; никакая авария не может возникнуть из-за нехватки воды в генераторе, и меры предосторожности, безусловно необходимые, когда генератор находится в контакте с огнем, совершенно излишни, так как воду можно сливать безнаказанно, не вызывая ни малейшего вредного эффекта, и грубейшая небрежность не влечет за собой худших последствий, чем неэффективная подача пара; взрыв генератора невозможен, так как температура змеевика печи всегда превышает температуру любой другой части аппарата, и, следовательно, будучи самой слабой частью, он неизменно первым уступает, когда давление превышает прочность труб; экономия топлива также достигается при небольшой площади поверхности огня. Циркуляция воды также оказывает эффект сохранения змеевика печи от разрушения, которому подвержены котлы; многие такие змеевики, которые находились в постоянном использовании в течение восьми лет, по-видимому, так же хороши, как и при первой установке.

Весь аппарат чрезвычайно прост и будет легко понят при обращении к прилагаемой схеме. (Рис. 370.)

Пар часто поднимали до давления 700 фунтов на квадратный дюйм, но одной трети этого давления достаточно, чтобы полностью сплющить пули при выстреле по железной мишени, находящейся в ста футах от пушки; а давление в 400 фунтов на квадратный дюйм на том же расстоянии разбивает пулю вдребезги, с появлением в темной комнате видимой вспышки света. Паровые пушки обычно устанавливаются на шаровом шарнире, который позволяет стволу свободно перемещаться во всех направлениях.

Теплопроводность газов также очень медленна, когда тепло подводится к верхней части любого слоя воздуха. Тепло, по-видимому, распространяется через воздух только за счет циркуляции и подъема нагретых и более легких слоев, а также опускания более холодных потоков, которые занимают их места; отсюда опасность сидения в комнате под открытым световым люком. Поток холодного воздуха может опуститься на голову человека, в то время как более теплый воздух находит другое отверстие, чтобы выйти наружу. Нет сомнений, что движение нагретых объемов воздуха подчиняется определенным законам, которые применяются в каждом случае, но их довольно трудно уловить, когда речь идет о вентиляции. Философствующий вентиляторщик часто ужасно мучается из-за инверсии всего, что он спланировал, или полного провала своего аппарата. Невозможно найти конкретный способ вентиляции, подходящий для всех комнат и зданий; они подобны пациентам врача, которых нельзя вылечить одним только лекарством, а необходимо лечение, адаптированное к каждому случаю. Если бы камины, свечи, газ или масляные лампы, двери, окна и дымоходы всегда находились под контролем научного вентиляторщика, его задача была бы очень простой, но хорошо известно, что система вентиляции, которая хорошо работает, если закрыты определенные двери, сообщающиеся с вестибюлями, выходит из строя, как только их случайно открывают. Бдительная забота вентиляторщика должна начинаться с самой нижней двери, и в своих расчетах он должен изучать эффект каждой другой двери или окна, которые могут быть открыты, так что если ученый человек берется за вентиляцию дома, у него должен быть хорошо составленный план, висящий в холле, и обитатели должны четко понимать, что любое вмешательство в этот план повредит всему делу.

Существует несколько общих принципов, которые помогут в вентиляции, и это, во-первых, подъем горячего и опускание холодного воздуха; во-вторых, если в верхней части комнаты предусмотрено отверстие для выхода горячего воздуха, должно быть оставлено столь же большое отверстие для входа холодного воздуха; в-третьих, отверстие для выхода горячего воздуха должно быть адаптировано по размеру к количеству людей, которые могут войти в комнату, и количеству горящих газовых или других светильников. В дневное время могут быть достаточны умеренные отверстия для выхода и входа воздуха, но они должны быть значительно увеличены ночью, когда комната заполнена людьми и освещена. Поэтому желательны расширяющиеся и сужающиеся отверстия, и они должны регулироваться правилами, изложенными в плане системы вентиляции (уже упоминалось, что он висит в холле) дома, который подчинился совершенной системе вентиляции, и ни одному швейцару, лакею или дворецкому не следует позволять оставаться на своем посту, если он не обязуется понять систему и правильно работать по письменным правилам.

Доктор Ангус Смит в очень способной статье «О воздухе городов» говорит: «Одно из условий здоровья, и самое важное, если не самое важное из всех, находится в состоянии атмосферы. Что касается влияния на жителей, вопрос становится чрезвычайно сложным; но отчеты Генерального регистратора являются неопровержимым ответом на результаты смертоносного влияния района. Мало кто, по-видимому, ясно представляет себе значение десятичного плана в процентах смертности, и мало кто ясно видит, что есть районы Англии, где смертность, по крайней мере в некоторые годы, и когда не возникает признанной эпидемии, в три раза выше, чем в других. Когда мы слышим, что ежегодная смертность в некоторых районах составляет 3,4 процента, а во всей Англии — 2,2, это просто означает, что умирает 34 вместо 22, хотя даже это сказано слишком слабо, так как вся Англия показала бы более низкий уровень смертности, если бы города не использовались для его увеличения».

Эта цитата приводится здесь, чтобы напомнить нашим читателям о важном вопросе снабжения чистым воздухом, а также чистой водой и чистой пищей; и если сельскохозяйственный рабочий, при всем своем воздействии переменчивой погоды, может занять первое место в шкале смертности и пережить представителей всех других профессий и занятий, очевидно, что важность чистого воздуха не переоценена.

Поэтому следует приложить все усилия в больших школах, больницах и казармах для обеспечения жесткой системы подачи свежего воздуха и канализации или удаления нечистого; и при использовании определенного теста, применяемого доктором Смитом для обнаружения органических веществ в воздухе, был получен ряд приближений, которые ясно продемонстрировали, что 1 гран органического вещества был обнаружен в 72 000 кубических дюймах воздуха в комнате, и такое же количество — в 8000 кубических дюймов, взятых из переполненного железнодорожного вагона.

Чтобы показать подъем нагретого воздуха, можно взять длинную стеклянную трубку диаметром около трех четвертей дюйма и держать ее над пламенем спиртовой лампы под углом шестьдесят градусов. По мере прогревания трубки нагретый воздух с большой скоростью устремляется мимо пламени и вытягивает или удлиняет его настолько, что острый кончик спиртового пламени часто можно увидеть на конце трубки длиной десять футов шесть дюймов. Пламя — это, так сказать, дорожный указатель, который указывает путь или направление воздуха. (Рис. 371.)

Fig. 371. Fig. 371.

a b. Стеклянная трубка. c. Спиртовая лампа с очень большим фитилем; если немного эфира смешать со спиртом в лампе, это увеличивает длину пламени. d. Эффект подъема воздуха, усиленный прогреванием верха трубки лампой d.

По тому же принципу нагретый воздух можно затянуть вниз по короткому плечу сифона, при условии, что другое плечо достаточно длинное, чтобы придать сильную направляющую тенденцию восходящему потоку, и этот способ приведения воздуха в движение часто предлагался в многочисленных схемах вентиляции. Чтобы доказать факт, что перевернутый сифон будет действовать таким образом, можно согнуть во время строительства железную трубу диаметром три дюйма и длиной шесть футов в форму сифона так, чтобы короткая длина была около одного фута, а длинная — оставшиеся четыре фута, оставляя один фут на изгиб. Если внутреннюю часть длинного плеча сначала прогреть, сжигая в нем немного винного спирта с куска хлопка или пакли, смоченной в последнем (что можно легко сделать, опустив такой смоченный кусок в изгиб трубки так, чтобы он был как раз под отверстием длинной части трубки), воздух вскоре приводится в движение вверх по длинной трубе, и так как он должен снабжаться свежими объемами воздуха, чтобы занять место того, который поднимается, а так как единственный вход для свежего воздуха может быть только вниз по короткому плечу сифона, циркуляция вскоре начинается, и она продолжается до тех пор, пока верхнее плечо остается достаточно теплым. Если поднести пламя к отверстию короткого плеча, оно немедленно затягивается вниз, в то время как если держать его у отверстия длинной трубы, движение воздуха видно с помощью пламени в противоположном направлении. (Рис. 372.)

Fig. 372. Fig. 372.

a b. Перевернутый сифон из листового железа. В точке c виден кусок пакли, смоченный спиртом, который, будучи подожженным, прогревает трубку b. d. Зажженный факел из окрашенного спирта, пламя которого затягивается вниз по трубке в точке a нисходящим потоком и устремляется вверх восходящим потоком b.

Этот план вентиляции предлагалось использовать в комнатах в связи с дымоходом и каминной полкой, и чтобы придать ему декоративный вид, каминная полка была снабжена двумя декоративными полыми колоннами, концы которых были открыты на каминной полке, а трубки или колонны продолжались под очагом, проходя за решеткой и входя в дымоход, в котором был бы постоянный поток нагретого воздуха, и ожидалось, что сифонное устройство будет поддерживать поток воздуха всегда в движении и тем самым помогать вентилировать комнату. (Рис. 373.) Этот план, однако, по-видимому, не был принят, и мудро, потому что в половине случаев сифонное устройство могло инвертировать само себя и извергать дымный воздух из дымохода в комнату; действительно, удивительно, какие странные и противоречивые выходки совершаются потоками воздуха. Автор помнит случай, когда две комнаты на одном этаже, одна столовая, а другая гостиная, всегда демонстрировали самые абсурдные явления дыма. Если огонь в одной комнате зажигали, то другая через несколько мгновений начинала пахнуть точно так же, как внутри газового завода, и была, конечно, более или менее заполнена дымом, в то время как комната, в которой действительно горел огонь, оставалась совершенно свободной от этого неудобства. Дым, казалось, исходил из обшивки или молдинга, который идет вокруг нижней части стены, и сначала считался утечкой из дымохода кухни внизу, внутренняя часть которого была должным образом осмотрена и тщательно заделана цементом в каждом месте, которое могло служить каналом для дыма, и щель, откуда исходил дым, также была аккуратно заполнена цементом. Но все было напрасно; дым затем пробился из другой части карниза, и, наконец, комнаты продемонстрировали прекрасное возвратно-поступательное действие. Если зажигали огонь в гостиной, столовая была полна дыма, а если зажигали последнюю, первая получала приятное посещение. Наконец, осмотрели задние части обеих решеток, и в каждой обнаружили отверстие диаметром около одного дюйма; также было обнаружено, что пространства за печами не были должным образом заполнены и, действительно, сообщались с полым пространством за карнизом. Поэтому, когда огонь зажигали и уголь насыпали как раз над отверстием, газ и дым дистиллировались через отверстие и путешествовали дальше, где находили наиболее удобный выход; и этот факт печально противоречит (по-видимому) теории, потому что можно было бы считать, что холодный воздух устремится к огню, и что тяга должна была быть от карниза к дымоходу, а не наоборот. Факт, по-видимому, заключается в том, что уголь во всех решетках в процессе горения дистиллируется и выделяет воспламеняющийся газ; когда уголь, следовательно, был навален над отверстием и, возможно, спекся твердо сверху, газ, дистиллирующийся из него, выходил легче из маленького отверстия, чем где-либо еще, и случай определил, что канал или подающая труба должны быть в направлении гостиной, когда огонь горел в столовой, и в противоположном направлении, когда огонь зажигали в последней комнате. Неудобство было устранено путем затыкания отверстий в задней части решетки глиной и наложения листа железа на отверстие.

Fig. 373. Fig. 373.

a b. Каминная полка, поддерживаемая на двух полых декоративных колоннах, соответствующих короткому плечу сифона. c c c. Пунктирная линия, показывающая трубы, ведущие от каждой колонны под очагом и заканчивающиеся длинной трубой, проходящей в дымоход. Стрелки показывают путь воздуха, спускающегося с каминной полки и поднимающегося в дымоходе.

До того, как доктор Фарадей был назначен научным советником для содействия обсуждениям Совета Тринити в связи с маяками, все лампы сжигались в фонарях с самым маленьким и самым несовершенным устройством для отвода нагретого воздуха и продуктов сгорания; как естественное следствие, и особенно холодными ночами, окна фонаря маяка были покрыты льдом, полученным от конденсации воды, образующейся при сгорании водорода масла, в то время как углерод генерировал такие количества углекислого газа, что смотрители маяка не могли оставаться в фонаре, и если были вынуждены посещать последний (во время осмотра для улучшения света любой отдельной лампы, которая могла гореть тускло), они были почти подавлены избытком углекислого газа и заявляли в своих показаниях, что это вызывало головную боль, тошноту и склонность к бесчувственности. Фарадей немедленно установил систему вентиляции; и путем прикрепления медной трубки к верху каждой дымовой трубы лампы и центрирования их всех в одной большой воронке, проходящей к верху маяка, вся вода, которая ранее конденсировалась на стеклянных окнах и препятствовала свету, помимо повреждения латунных и медных фитингов, была отведена, как и ядовитый углекислый газ; и таким образом, как выразился доктор Фарадей, к лампам маяков была применена полная система канализации.

Если какая-либо из многочисленных историй о кораблях, спасенных маяком Эддистоун, могла продемонстрировать больше, чем другая, ценность этого маяка посреди океана, это должен быть графический отчет в «Таймс» о доблестном поведении британского адмирала со своим флотом во время преодоления ужасного шторма в октябре 1859 года и попытки достичь Плимут-Саунд:—

«Именно в субботу, 22 октября, «Герой», «Трафальгар», «Алжир» и «Абукир» в сопровождении «Мерси», «Эмеральда» и «Мельпомены» вышли в море из Квинстауна. До второй половины дня понедельника эскадра не встретила никаких примечательных приключений, но примерно в это время, сразу после того, как экипажи были упражнены в артиллерийской практике, начались сильные штормы из града и мокрого снега. Тем не менее, не было никаких непосредственных признаков надвигающейся бури, и на закате марсели были взяты на два рифа, а курсы зарифлены на ночь, без особого характера ветра, кроме крайней изменчивости. Когда наступило утро вторника — дня шторма — был замечен Лэндс-Энд, а дождь и ветер продолжали усиливаться. Около девяти часов утра приход шторма стал уже несомненным; брам-реи были спущены на палубу, а брам-стеньги убраны, и с флагмана был дан сигнал: «Сформировать две колонны; сформировать линию баталии; адмирал попытается идти в Плимут». Соответственно, курс флота был проложен на Плимут, но ветер усилился настолько ужасно, что стало очень сомнительно, смогут ли кормовые линейные корабли вообще войти в Саунд. После этого адмирал решил повернуть флот вместе, отойти и встретить шторм лицом к лицу, маневр, который в условиях больших трудностей был выполнен весьма доблестно. Корабли находились в непосредственной близости от маяка Эддистоун, вокруг которого они «метались, как дельфины», под огромным давлением шторма, причем «Трафальгар» остановился посреди шторма, чтобы подобрать человека, упавшего за борт. Вся эскадра теперь отошла от земли, «Мерси» и «Мельпомена» убрали паруса, а первое судно шло на парах, «как океанский гигант». Тем не менее шторм усиливался до трех часов дня, когда произошло то замечательное явление, которым характеризуются эти вращательные бури. Флот попал в самый центр шторма, «глаз» торнадо, и, хотя море вздымалось и разбивалось огромными валами повсюду, ветер внезапно стих и засияло солнце. Однако, когда сигнал был дан и выполнен для постановки парусов снова, корабли вскоре снова столкнулись со штормом — не, как прежде, с юго-востока, а с северо-запада — и с большей силой, чем когда-либо. Это был теперь настоящий ураган; и в течение трех часов вся ярость бури обрушилась на эскадру. Когда он, наконец, начал немного стихать, четыре линейных корабля и один из фрегатов все еще были вместе и все чувствовали себя хорошо. «Мерси» и «Эмеральд» вошли на парах в Плимут, но пять оставшихся судов держались в разомкнутом строю всю ту ужасную ночь, поворачивали по очереди по ночному сигналу около часа ночи, увидели землю на рассвете, сформировали линию баталии, величественно вошли в Ла-Манш под парусами со скоростью одиннадцать узлов в час, вошли на парах в Портленд и «встали на якорь без потери паруса, рангоута или каната».

После внесения важного улучшения в вентиляцию маяков многие письма были адресованы ученому философу многочисленными смотрителями маяков, одно из которых на простом, но поразительном языке гласило, что «враг (намекая на воду и углекислый газ) теперь изгнан».

Британский флот огибает маяк Эддистоун во время великого шторма в октябре 1859 года.

За остроумным изобретением, о котором упоминалось, последовало другое, столь же простое, но философское устройство, которое доктор Фарадей представил своему брату, и оно было должным образом запатентовано. Оно состояло из устройства для вентиляции газовых горелок, и должно быть очевидно, что существует необходимость в такой вентиляции, потому что каждый кубический фут угольного газа при сгорании дает немного больше кубического фута углекислого газа. Фунт веса обычного угольного газа содержит около 3/10 своего веса водорода, который при сгорании дает два фунта и 7/10 фунта воды. Фунт обычного угольного газа также содержит около 7/10 своего веса древесного угля, который при сгорании дает чуть более двух с половиной фунтов углекислого газа, а именно 2,56. Для сжигания этого количества газа требуется девятнадцать кубических футов и 3/10 фута атмосферного воздуха, содержащего 4,26 кубических фута кислорода.

Fig. 374. Fig. 374.

a b. Газовая труба и горелка Арганда; воздух входит, как обычно, вверх по центру Арганда. c c. Первый стеклянный дымоход, открытый сверху. d d. Второй стеклянный дымоход, закрытый сверху, с диском из двойного талька, надевающийся на c c и оставляющий пространство между двумя стеклами, вниз по которому проходит воздух и попадает в вентиляционную трубку e e. h h. Матовый стеклянный шар, закрытый сверху и окружающий все устройство.

[I] Мистер Фарадей с Уордор-стрит поставляет эту вентиляционную лампу.

Поэтому неудивительно, что, поскольку обычный угольный газ иногда очищается небрежно и содержит следы сероводорода с некоторым количеством паров сероуглерода, он должен оказывать наиболее вредное воздействие в плохо вентилируемых комнатах, и особенно в некоторых из тех стеклянных ящиков, приютившихся в больших деловых местах, где клерки вынуждены сидеть много часов подряд, освещаемые газом и дыша своим собственным дыханием и продуктами сгорания от газового света, тем самым подвергая себя риску заболеваний легких, а также очень неприятным приступам горла, когда они покидают свои тесные стеклянные ящики и выходят в холодный ночной воздух. Опасным продуктом сгорания обычного угольного газа является сернистая кислота, а именно тот же газ, который образуется при сжигании серной спички; и если она атакует переплеты книг и повреждает мебель, товары в магазинах, занавески и т. д. из-за большого количества воды, с которой она сопровождается, насколько более вероятно, что она повредит нежный организм дыхательного аппарата легких? Лампа доктора Фарадея, следовательно, является большим благом, но, как и многие другие умные вещи, она должна быть адаптирована к потокам воздуха и тяге из комнаты; и должны быть приняты меры для предотвращения того, чтобы тяга в лампе Фарадея стала слишком мощной, иначе осветительная способность разрушается из-за полного сгорания углерода угольного газа, и генерируемое тепло настолько интенсивно, что стекла вскоре трескаются и, конечно, становятся бесполезными. Лампа будет работать очень хорошо, если (как уже было сказано) тяга в вентиляционной трубе не слишком велика.

Система, уже объясненная и проиллюстрированная, также осуществляется в гораздо большем масштабе при вентиляции угольных шахт, где обычно в землю пробивается шахта для доступа воздуха, который, после циркуляции через запутанные извилины и лабиринты выработок угольной шахты, наконец выходит из другой шахты, на дне которой помещена мощная печь, и она поддерживается горящей день и ночь, так что движение воздуха поддерживается в одном направлении, а именно: от наружного воздуха вниз по шахте, называемой нисходящей, оттуда к галереям, где работают забойщики угля, ко второй шахте, возле которой помещена печь, и вверх по этой последней воздух путешествует; шахта, яма или воронка очень уместно называются восходящей.

Если печью на дне восходящей шахты пренебречь, вентиляция может быть просто сбалансирована или направлена слегка в сторону нисходящей шахты; при этих обстоятельствах углекислый газ от огня начнет циркулировать в галереях и отравлять тех, кто не знает о его присутствии и не принимает надлежащих мер для спасения. Такие несчастные случаи, среди множества других, которые происходят в угольной шахте, действительно были зафиксированы; и пожарные, в чьи обязанности могло входить следить за правильным горением печи, должны были заплатить ценой смерти за свою собственную небрежность, заснув и пренебрегая поддержанием вентиляции шахты в одном направлении. (Рис. 375.)

Fig. 375. Fig. 375.

Секция, показывающая две воздушные шахты. a. Нисходящая шахта. b. Восходящая шахта. c c. Одна из рабочих галерей в связи с восходящей и нисходящей шахтами. d. Печь на дне восходящей шахты. На этом эскизе показана только одна галерея, чтобы избежать путаницы и показать принцип.

Эти детали вполне достаточны, чтобы продемонстрировать способ, которым тепло распространяется через воздух, в то время как разрежение воздуха теплом предполагает причину тех ужасных ветряных штормов, которые устремляются из других и более холодных частей поверхности земного шара, чтобы заполнить пустоту, созданную охлаждением и сжатием огромных объемов газообразного вещества.

Излучение тепла.

Когда лучи тепла испускаются раскаленным веществом, они не обязательно видимы, более того, они обычно невидимы и не сопровождаются проявлением света, и проходят с большой скоростью через пустоту или вакуум, а также через воздух и некоторые другие тела. Из того, что было сказано относительно способа, которым воздух, постоянно двигаясь и посредством конвекции, уносит тепло, можно было бы подумать, что не существует доказательств того, что невидимые лучи тепла действительно исходят от шара, наполненного кипящей водой. Но этот вопрос снимается тем фактом, что такой шар будет быстро остывать, будучи подвешенным на нити внутри приемника воздушного насоса, из которого был удален атмосферный воздух, так что никакая проводимость частиц воздуха не могла бы удалить тепло.

В 1786 году полковник сэр Б. Томпсон исследовал относительную проводимость воздуха и торричеллиева вакуума — последний использовался потому, что, как заявил экспериментатор, было невозможно получить идеальный вакуум из-за влажных паров, которые испарялись из мокрой кожи и масла, используемых в машине, ибо в то время тщательно притертые латунные пластины не использовались в воздушных насосах, а только пластины с круговым куском мокрой кожи на них. В статье, которую полковник сэр Б. Томпсон зачитал перед Королевским обществом, он заявил, что «Оказывается, что торричеллиев вакуум, который обеспечивает столь легкий проход электрическому флюиду, отнюдь не являясь хорошим проводником тепла, является гораздо худшим, чем обычный воздух, который сам по себе считается одним из худших; ибо когда колба термометра была окружена воздухом, и прибор был погружен в кипящую воду, ртуть поднялась с 18° до 27° за сорок пять секунд; но в предыдущем эксперименте, когда он был окружен торричеллиевым вакуумом, ему потребовалось оставаться в кипящей воде одну минуту тридцать секунд, чтобы приобрести эту степень тепла. В вакууме ему потребовалось пять минут, чтобы подняться до 48-2/10°; но в воздухе он поднялся до этой высоты за две минуты сорок секунд; и пропорция времен в другом наблюдении была почти такой же».

Из других экспериментов следует, что проводимость воздуха по отношению к проводимости торричеллиевой пустоты при описанных обстоятельствах составляет примерно 1000 к 702, поскольку при равных количествах передаваемого тепла интенсивность передачи обратно пропорциональна времени. Согласно другим данным, проводимость воздуха относится к проводимости торричеллиевой пустоты как 1000 к 603.

Поэтому весьма интересно обнаружить, что внимание экспериментаторов было рано направлено на тот факт, что тепло не зависит от воздуха и проходит сквозь пространство либо в виде тепловых волн, либо в виде молекул тепла. Скорость, с которой тепло движется через вакуум, очень велика, и в эксперименте, проведенном М. Пикте, не было замечено никакого ощутимого интервала времени между моментом, когда теплород покинул нагретое тело, и моментом его получения термометром на расстоянии шестидесяти девяти футов. Также, судя по экспериментам того же ученого, тепло выбрасывается или излучается во всех направлениях и не отклоняется (как показано на стр. 369) никаким сильным поперечным потоком воздуха. Сэр Гемфри Дэви зажег угольные электроды, соединенные с батареей в вакууме, позаботившись о том, чтобы поместить их в верхней части сосуда, а вогнутое зеркало с чувствительным термометром в фокусе — в нижней части сосуда, установленного на тарелке воздушного насоса. Эффект излучения был определен сначала, когда приемник был полон воздуха, а затем, когда он был откачан до 1/120 (т. е. 199 частей откачано, оставив в приемнике лишь одну часть воздуха). В последнем случае эффект излучения оказался в три раза сильнее, чем в атмосфере обычной плотности. Более сильный подъем температуры термометра в вакууме по сравнению с воздухом следует приписать проводящей способности последнего; ибо эта проводящая способность, снижая температуру нагретого тела, имеет постоянную тенденцию уменьшать интенсивность излучения, которая всегда пропорциональна превышению температуры нагретого тела над температурой окружающей среды. (Рис. 376.)

Fig. 376. Fig. 376.

Воздушный насос и приемник, содержащий в точке a электрический свет в фокусе вогнутого зеркала, а в точке b — чувствительный термометр, также находящийся в фокусе вогнутого зеркала.

Эксперименты графа Румфорда с торричеллиевой пустотой дают соотношение пять к трем для количеств тепла, теряемых в вакууме и в воздухе вследствие излучения, а также теплопроводности или диффузии. Пожалуй, не будет большим отступлением от истины утверждение, что половина тепла, теряемого нагретым телом, уходит путем излучения, а остальное уносится конвективной силой воздушных потоков.

Fig. 377. Fig. 377.

Термометр земного излучения Негретти и Замбры. Резервуар этого прибора прозрачен, а деления выгравированы на стеклянном стержне. При использовании его помещают так, чтобы резервуар был полностью открыт небу, он лежит на траве, а стержень поддерживается маленькими деревянными рогатками и защищен от ветра.

Если бы процесс излучения не происходил постоянно, легко представить, что температура нашего земного шара стала бы настолько высокой из-за регулярного притока тепла от солнечных лучей, что растительность была бы выжжена и уничтожена, и, следовательно, все животные и человеческий род должны были бы вымереть. Лучшее время для наблюдения за излучением тепла от земли — ночь после жаркого летнего дня. Если небо ясное, можно заметить (с помощью термометра), что земля на несколько градусов холоднее, чем воздух в нескольких футах над ней. (Рис. 377.) Именно эта пониженная температура вызывает выпадение росы и образование земного облака, которое настолько напоминает водную гладь, что его иногда принимали за наводнение, случившееся накануне ночью. Г-н Люк Говард назвал это облако, являющееся низшей формой этих небесных покровов, «Stratus» (слоистое облако), или вечерний туман; но когда оно становится постоянным и увеличивается в глубину настолько, что поднимается над нашими головами, его называют утренним туманом, столь своеобразно приятным в Лондоне, когда он смешивается с черным дымом, образуя тонкий красновато-желтый охристый туман. Если поместить термометр, показывающий обычную температуру воздуха, в оболочку из хорошего излучающего материала, например, хлопковых волокон, в фокус вогнутого зеркала и повернуть это устройство к ясному вечернему небу, можно заметить, что температура падает на несколько градусов. Хорошими излучателями тепла являются черные и шероховатые поверхности, хлопковые волокна, трава, ветки, сучья и некоторые листья, особенно те, что имеют шероховатую поверхность.

Плохими излучателями тепла являются яркие и полированные металлические поверхности, белая шерстяная ткань или фланель, твердые и плотные вещества, такие как гравийная дорожка и камень, или листья с полированной поверхностью, например, обычный лавр. Именно замерзшая роса и туман создают прекрасный эффект инея и сосулек на деревьях и кустарниках, первопричиной чего является излучение тепла различными объектами на поверхности земли, а также самой землей. Когда дует сильный ветер, роса не выпадает, так как необходимо, чтобы воздух был спокойным, чтобы воспринять охлаждающее воздействие холодной земли и осадить влагу, которую он удерживает в растворенном виде в качестве невидимого пара. Когда дует ветер, он перемешивает все части воздуха и предотвращает ту разницу температур, которая вызывает выпадение росы. Отсюда вечерний туман чаще наблюдается в низинах долин, окруженных холмами и защищенных от ветров, которые могут дуть с любой стороны. Постоянное присутствие влаги в воздухе хорошо демонстрируется конденсацией воды на внешней стороне стакана с холодной родниковой водой или, особенно, на внешней стороне кувшина с ледяной водой. Невидимый пар всегда готов омыть нежные растения росой, которые в противном случае погибли бы и сгорели в течение жаркого лета, если бы не излучали тепло ночью и тем самым не конденсировали воду на себе. Таким образом, наличие водяного пара в воздухе становится делом большой важности, отсюда и создание гигрометров, или измерителей влажности воздуха.

Конденсационный гигрометр Реньо состоит из трубки, изготовленной из серебра, очень тонкой и идеально отполированной; трубка шире с одного конца, чем с другого, причем большая часть имеет глубину 1,8 дюйма и диаметр 8/10 дюйма. Она плотно пригнана к латунному штативу с телескопическим устройством для регулировки при проведении наблюдений. Трубка имеет небольшую боковую трубку, к которой прикреплена каучуковая трубка с мундштуком из слоновой кости; эта трубка входит под прямым углом вблизи верха и проходит до дна самой большой части. Чувствительный термометр вставляется через пробку или каучуковую шайбу в открытый конец трубки, резервуар которого опускается в центр ее самой большой части. Также прилагается термометр для измерения температуры воздуха и бутыль для эфира.

Для использования конденсационного гигрометра в серебряную трубку наливают достаточное количество серного эфира, чтобы покрыть резервуар термометра. Если позволить воздуху проходить пузырек за пузырьком через эфир, вдыхая его в трубку, будет достигнута равномерная температура; если продолжать взбалтывать эфир, энергично вдыхая через трубку, результатом станет быстрое снижение температуры. В тот момент, когда эфир охладится до температуры точки росы, внешняя поверхность той части серебряной трубки, которая содержит эфир, покроется налетом влаги, и показание термометра в этот момент будет температурой точки росы.

Самая простая форма гигрометра была когда-то очень популярным индикатором состояния погоды и обычно состояла из фигурки монаха с капюшоном, прикрепленной к кусочку кошачьей кишки; это бумажное покрытие, раскрашенное под капюшон, опускается на голову при приближении сырой погоды и сильно отклоняется назад в периоды, когда воздух сухой или содержит меньше влаги; и, несмотря на свою простоту, этот гигрометр в сочетании с показаниями барометра может помочь главе семейства решить судьбу любимого чепчика или бархатной мантии, стоит или не стоит их надевать в сомнительный день. (Рис. 378.)

Fig. 378. Fig. 378.

Монашеский гигроскоп, в котором капюшон a b закрывает голову до пунктирной линии c в сырую погоду и принимает различные промежуточные положения, будучи полностью откинутым назад на плечи в сухом состоянии воздуха. Обычно прилагается термометр d.

Решение о возможных изменениях погоды требует значительного опыта, и говорят, что один из самых знаменитых маршалов Франции был обязан своим неизменным успехом в военных комбинациях и атаках вниманием к признакам погоды, на которые указывало состояние воздуха во время фаз луны. Неопытные люди (под чем мы подразумеваем молодых людей) могут, однако, занять определенное положение в рядах «предсказателей погоды», проконсультировавшись с флюгером, барометром и гигрометром, прежде чем высказывать свое мнение, если их спросят, какой будет погода.

Гигрометр с сухим и влажным термометром (как показано на следующей гравюре) состоит из двух параллельных термометров, максимально идентичных, установленных на деревянном кронштейне, один из которых помечен как «сухой», другой — «влажный». Резервуар влажного термометра покрыт тонким муслином, вокруг шейки которого обернута проводящая нить из фитиля или обычной хлопчатобумажной нити для штопки; она опускается в сосуд с водой, расположенный на таком расстоянии, чтобы длина проводящей нити составляла около трех дюймов; чашка или стакан помещаются сбоку и немного ниже, чтобы вода внутри не влияла на показания сухого термометра. При наблюдении глаз должен находиться на уровне верха ртути в трубке, и наблюдатель должен воздерживаться от дыхания во время снятия показаний. Температура воздуха и испарения дается показаниями двух термометров, из которых можно рассчитать точку росы, для чего к прибору прилагаются таблицы. (Рис. 379.)

Fig. 379. Fig. 379.

Гигрометр с сухим и влажным термометром.

Цвет неба в определенное время дает превосходное руководство сомневающимся участникам пикников или других выездных мероприятий. Не только розовый закат предвещает хорошую погоду, а красный восход — плохую, но есть и другие оттенки, которые говорят с такой же ясностью и точностью. Ярко-желтое небо вечером указывает на ветер; бледно-желтое — на сырость; нейтральный серый цвет является благоприятным знаком вечером и неблагоприятным утром. Облака, опять же, сами по себе полны смысла. Если их формы мягкие, неопределенные и перистые, погода будет хорошей; если их края жесткие, резкие и четкие — плохой. Вообще говоря, любые глубокие, необычные оттенки предвещают ветер или дождь, в то время как более спокойные и нежные тона сулят хорошую погоду.

Принцип излучения тепла используется туземцами в окрестностях Калькутты для получения небольших количеств льда. В этом климате термометр в самые холодные ночи не показывает температуру ниже примерно 40° по Фаренгейту. Однако небо совершенно безоблачно, и поскольку тепло с большой скоростью излучается с поверхности земли, туземцы изобретательно помещают очень мелкие глиняные поддоны на солому, которая является плохим проводником тепла и, следовательно, изолирует поддоны от контакта с выжженной землей. Через несколько часов вода в поддонах покрывается тонким слоем льда, и нет сомнений в том, что он образуется в результате абсолютной потери тепла путем излучения, поскольку этот способ не работает в ветреную ночь и лучше всего удается, даже если поддоны утоплены в траншеи, вырытые в земле. Ветреная ночь предотвращает ту разницу температур между одной частью поверхности земли и другой, которая так важна для устойчивой и равномерной потери тепла, так как очевидно, что постоянное смешивание более теплых порций воздуха с более холодными препятствует достижению желаемой низкой температуры.

То, как наблюдается излучение тепла, подсказало другую теорию пытливому уму философских наблюдателей, и было высказано предположение, что теплопроводность может быть не чем иным, как излучением от одной частицы материи к другой, как, например, через медный стержень, в котором частицы, хотя и упакованы плотно, как предполагается, не находятся в фактическом контакте, так что можно представить, как каждый отдельный атом меди получает и излучает свое тепло соседней частице, и так далее по всей длине и ширине металла. Согласно этой теории, излучение тепла через вакуум приводится в тесную связь с излучением тепла через воздух и другие твердые и жидкие тела.

Некоторые из наиболее интересных явлений тепла были открыты Лесли, который весьма убедительно доказал, что скорость, с которой тело остывает, зависит (подобно отражению света) больше от состояния поверхности, чем от природы материала, из которого эта поверхность состоит. При использовании шарообразного и блестящего оловянного сосуда было замечено, что воде определенной температуры, содержащейся в нем, требовалось 156 минут для остывания; но когда этот сосуд был покрыт тонким слоем сажи и клея, вода остыла до той же степени, что и в первом эксперименте, за восемьдесят одну минуту.

С помощью очень тщательных наблюдений, проведенных с помощью дифференциального воздушного термометра, Лесли определил, что способность излучать тепло у различных веществ была следующей:

Lamp-black | 100
Writing paper | 98
Sealing wax | 95
Crown glass | 90
Plumbago | 75
Tarnished lead | 45
Clean lead | 19
Iron, polished | 15
Tin plate, gold, silver, copper | 12

Как и при отражении света, было замечено, что кусок древесного угля, покрытый сусальным золотом, приобретает свойства драгоценного металла в том, что касается его способности отражать или рассеивать световые лучи, так и кусок стекла, покрытый сусальным золотом, по-видимому, обладает той же способностью излучать тепло, что и любой блестящий металл.

Лучистое тепло, подобно свету, может распространяться через большое разнообразие веществ, но задерживается большинством из них; оно может отражаться, преломляться, поляризоваться, поглощаться или подвергаться вторичному излучению.

Интенсивность лучистого тепла подчиняется тому же закону, что и свет, и уменьшается обратно пропорционально квадрату расстояния от источника. Тот же закон, который управляет отражением света, преобладает и в отношении тепла; и экспериментально можно обнаружить, что угол падения равен углу отражения, так что тепло распределяется таким же образом, как и свет, когда он падает на яркие полированные плоскости, выпуклые и вогнутые поверхности; отсюда использование блестящих оловянных экранов для мяса и голландских печей, а также всех тех простых кухонных принадлежностей, которые используются на кухне для того, чтобы задерживать холодные потоки воздуха, направленные к горящему веществу, а также для отражения тепла на любые продукты, готовящиеся перед огнем. Блестящий серебряный чайник сохраняет тепло лучше, чем грязный, и этот факт очень легко определяется путем наливания кипятка в два чайника, один из которых сделан из блестящего олова, а другой — из черного лакированного олова. Термометр, вставленный в каждый сосуд, вскоре покажет, что последний излучает, а следовательно, теряет тепло быстрее, чем первый; относительная излучательная способность блестящего и черненого олова составляет 15 к 100. Трубы для подачи горячей воды или пара по возможности должны оставаться блестящими, хотя этого хлопотного дела обычно избегают, упаковывая их в плохие проводники тепла, в то время как полировка цилиндра паровой машины имеет большое значение как средство экономии тепла.

Когда палец приближают на дюйм или около того к раскаленному докрасна шару, тепло, излучаемое последним, настолько интенсивно, что его невозможно удерживать там более нескольких секунд. Если, однако, палец покрыть сусальным золотом, его можно держать рядом с железным шаром довольно долго, потому что лучистое тепло отражается от поверхности золота. Если слово «тепло» написать на листе бумаги, а затем позолотить буквы, вся белая поверхность быстро поджаривается и обугливается, если ее держать перед огнем, в то время как поверхность бумаги под сусальным золотом остается совершенно белой, что можно проверить, перевернув бумагу и осмотрев другую сторону. Лист бумаги, позолоченный изнутри и свернутый в конус, оставленный открытым с обоих концов, можно использовать в качестве отражающей поверхности; и если кусочек фосфора, помещенный на бумагу, держать, скажем, на расстоянии двух футов от раскаленного докрасна шара диаметром около двух дюймов, лучистого тепла от последнего недостаточно, чтобы быстро его поджечь; если же между ними использовать конус из позолоченной бумаги и поместить фосфор в фокус лучей лучистого тепла, он очень быстро загорается. (Рис. 380.)

Fig. 380. Fig. 380.

a b. Конус из бумаги, позолоченный изнутри. c. Раскаленный докрасна шар. d. Подставка с деревом, поддерживающая кусочек фосфора, который помещается в фокус лучей тепла, отраженных через конус.

Д-р Баш экспериментально определил, что излучение тепла телом не зависит от цвета, поэтому зимой вся цветная одежда в этом отношении одинакова и излучает тепло без какой-либо заметной разницы. Способность поглощать тепло, однако, сильно зависит от цвета; и, как общее правило, хорошие излучатели тепла (такие как черная ткань или, по сути, любая поверхность, покрытая сажей) также являются отличными поглотителями тепла. Д-р Гук и д-р Франклин поместили куски ткани одинаковой текстуры и размера на снег, позволив солнечным лучам падать на них равномерно. Темный образец всегда поглощал больше тепла, чем светлые, и снег под ними таял сильнее, чем под другими; и оба они отметили, что эффект был почти пропорционален глубине оттенка, в следующем порядке: после черного максимальной поглощающей способностью обладали: во-первых, синий; во-вторых, зеленый; в-третьих, фиолетовый; в-четвертых, красный; в-пятых, желтый. Минимальная поглощающая способность наблюдалась у белого.

Когда лучистому теплу позволяют проходить сквозь стекло, обнаруживается, что последнее вещество не является прозрачным для тепловых лучей так, как для световых, но значительная часть тепла задерживается и останавливается; следовательно, стеклянные каминные экраны можно найти в особняках богатых людей, потому что они задерживают тепло, но не исключают радостный свет и пламя очага.

Исследования Меллони о природе тепловых лучей, а также о средах, которые на них влияют, потребовали бы и заслуживают отдельной главы; нехватка места, однако, вынуждает нас опустить рассмотрение термоэлектричества и утонченных и прекрасных экспериментов Меллони, чьи труды являются образцом для подражания всех оригинальных искателей истины.

ГЛАВА XXVIII.

ПАРАВАЯ МАШИНА.

Fig. 381. Fig. 381.

Паровой омнибус Хэнкока, который ходил по обычным дорогам.

Для тех, кто читает популярные работы по науке, должно быть очевидно, что они обладают, во всяком случае, одним полезным свойством — а именно, они указывают на различные предметы, которые можно выбрать в науке для специального, глубокого и исчерпывающего изучения. Тема пара и паровой машины не является той, которую можно было бы полностью осветить в узких рамках, отведенных в этом томе, но можно сказать достаточно, чтобы дать некоторое наставление и передать общие принципы, в то время как детальные подробности лучше изучать и узнавать в работах Борна, Рэнкина и других авторов, которые посвящают себя специально важному коммерческому вопросу пара.

Первая истина, которую нужно понять, заключается в том, что вся материя содержит в своем составе способность создавать тепло — или, выражаясь проще, твердые тела, жидкости и газы содержат то, что называется скрытым или нечувствительным теплом, в отличие от тепла, которое ощутимо, когда мы касаемся сосуда с теплой водой или приближаемся к веселому огню; последнее называется явным теплом и составляло предмет предыдущих глав.

Если холодный гвоздь от подковы приложить к тонкому сухому кусочку фосфора, лежащему на листе бумаги, горения фосфора не происходит, потому что температура железа недостаточно высока, чтобы воздействовать на это горючее вещество; но если гвоздь от подковы энергично ковать на наковальне, частицы металла сближаются, и если его приложить к фосфору, то выделится, будет вытеснено или выжато столько тепла в результате ковки или конденсации железа, что он теперь достаточно теплый, чтобы поджечь его.

Обратное или антитеза этому эксперименту — а именно, получение холода — было бы показано, если бы можно было внезапно расширить массу металла, и это можно осуществить, сначала расплавив вместе

207 | parts by weight of | lead.
118 |      "     " | tin.
284 |      "     " | bismuth.

Когда эти металлы находятся в жидком состоянии и идеально перемешаны, их выливают с достаточной высоты в ведро с холодной водой с целью грануляции или разделения их на мелкие фрагменты.

Если гранулированный составной металл теперь смешать с 1617 частями по весу ртути, он внезапно разжижается и расширяется: разжижение — это обратный процесс затвердевания, и поэтому холод производится из естественного тепла составных металлов, которое становится скрытым при переходе из твердого в жидкое состояние; так что небольшое количество воды, помещенное в стеклянную трубку и окруженное металлами во время их разжижения в ртути, быстро превращается в лед, причем падение температуры, как показывает термометр, происходит с 60° по Фаренгейту до 14°, что на 18° ниже точки замерзания воды. В первом случае, при ковке железа, скрытое тепло становится явным; в то время как во втором случае, при разжижении составного металла в ртути, явное тепло становится скрытым. Тепло, становящееся скрытым при плавлении различных веществ, не является постоянной величиной, а варьируется для каждого конкретного тела, и доктора Ирвин доказали этот факт следующими экспериментами:

| Heat of fluidity. |  |  | Ditto, reduced to the specific heat of water.
Sulphur | 143.68° | Fahr. |  | 27.14
Spermaceti | 145     | " |  | —
Lead | 163     | " |  | 5.6
Bees'-wax | 175     | " |  | —
Zinc | 493     | " |  | 48.3.
Tin | 500     | " |  | 33.  
Bismuth | 550     | " |  | 23.25

Каждое из этих веществ требует больше тепла для перехода в жидкое состояние, чем лед, для которого достаточно 140° тепла, или которое становится скрытым во время его превращения в воду.

При чеканке на Монетном дворе холодные заготовки из золота, серебра или меди нагреваются сразу же после того, как они подверглись сильному и внезапному давлению чеканочного пресса, и их необходимо снова нагреть или отжечь, чтобы восстановить равновесие тепла, нарушенное сильным ударом, иначе они останутся твердыми и непригодными для завершающего процесса гурчения.

Конденсация воды, когда она принимает меньший объем при соединении с серной кислотой, легко доказывается путем измерения пинты воды и пинты кислоты и их смешивания, когда можно заметить очень большое повышение температуры; и если поместить в смесь холодную медную проволоку, которая ранее не могла воспламенить фосфор, она становится очень горячей, и при извлечении и протирании она заставит фосфор загореться, как только коснется этого вещества. Когда смесь серной кислоты и воды измеряется после того, как она остыла, она больше не имеет объема в две пинты, а обнаруживается, что она потеряла объем, равный одной или нескольким унциям по мере. Тепло, выделяемое смесью четырех частей концентрированной серной кислоты и одной части воды, по термометру составляет 300° по Фаренгейту, и этот способ получения тепла использовался аэронавтами для получения искусственного тепла без опасности воспламенения газа в воздушном шаре.

Fig. 382. Fig. 382.

Аэронавты в корзине греют руки о бутыль, содержащую серную кислоту и воду.

При смешивании спирта и воды происходит изменение плотности и выделяется тепло; и если смешать равные объемы спирта с удельным весом 0,825 и воды, каждый при 50° по Фаренгейту, получается температура 70° по Фаренгейту; если смесь производится в стеклянном сосуде, как показано на прилагаемом рисунке, соединение очень заметно. Чтобы правильно выполнить эксперимент, воду наливают в нижнюю трубку и резервуар, а спирт — в верхнюю; когда это сделано, вставляется пробка, и все тщательно встряхивается и перемешивается; тепло, которое таким образом получается, ощущается рукой, в то время как сжатие заметно после того, как смесь остынет, так как она больше не заполняет два резервуара прибора. (Рис. 383.)

Fig. 383. Fig. 383.

Стеклянные резервуары и трубка для демонстрации уменьшения объема смеси спирта и воды.

Скрытое тепло газов легко показать, внезапно сжимая воздух в небольшом шприце или насосе, поршень которого содержит крошечный фрагмент трута (вид гриба, Polyporus igniarius; это, согласно Симмондсу, после того, как его отбили молотком и окунули в раствор селитры, образует коммерческий трут или немецкий трут; он также используется как кровоостанавливающее средство и для изготовления ремней для правки бритв), который загорается, и до изобретения вестовых и других спичек курильщики табака имели обыкновение получать огонь для своих трубок и сигар таким образом — а именно, с помощью скрытого тепла, полученного от сжатия воздуха. Затем, опять же, поучительная, хотя и противоположная параллель обеспечивается внезапным расширением или разрежением воздуха в стеклянном приемнике, снабженном чувствительным термометром. При откачивании части воздуха происходит значительное уменьшение температуры, равное нескольким градусам термометра. Каждый ребенок знает, что пар прямо из чайника может обжечь, но если он выходит из котла высокого давления, скажем, при пятнадцати фунтах на квадратный дюйм, руку можно безнаказанно держать в выходящем паре, так как он кажется лишь слегка теплым, а не обжигающим. Это отчасти объясняется потерей тепла, ставшего скрытым из-за расширения пара высокого давления, как только он попадает в воздух, и отчасти потоками воздуха, которые затягиваются в выходящую струю пара. Эта тенденция воздуха устремляться в струю пара была открыта Фарадеем и объясняет те любопытные эксперименты со струей пара, с помощью которых шары, пустые колбы и шарообразные сосуды удерживаются и поддерживаются либо перпендикулярно, либо горизонтально.

Если позволить пару под давлением около шестидесяти фунтов на дюйм выходить из соответствующего сопла и подержать над ним большой зажженный круговой факел, состоящий из пакли, смоченной в скипидаре, направление внешнего воздуха будет показано направлением пламени, которое принудительно втягивается и вдувается в струю пара с ревущим шумом, указывающим на скорость потока воздуха, движущегося к струе пара. (Рис. 384.)

Fig. 384. Fig. 384.

a. Сопло, выпускающее пар высокого давления. b b. Зажженный факел, удерживаемый вокруг выходящего пара; пламя от первого устремляется во второе.

Яичная скорлупа, пустые колбы, каучуковые или легкие медные и латунные шары подвешиваются самым удивительным образом внутри выходящей струи пара высокого давления; и до объяснения Фарадея были исписаны горы бумаги в обсуждении возможной теории для объяснения этого эффекта; и что делало объяснение еще более трудным, так это тот факт, что струя пара могла быть наклонена под любым углом между горизонтальным и перпендикулярным, и все равно прочно удерживала шар, яичную скорлупу или другую сферическую фигуру в своем парообразном захвате. (Рис. 385.)

Fig. 385. Fig. 385.

a. Шаровое сопло под углом, выпускающее пар. Яичная скорлупа поддерживается огромным потоком воздуха, движущимся в струю в направлении стрелок.

Вследствие сильного притока воздуха к струе выходящего пара высокого давления г-н Голдсмит Герни запатентовал применение этого принципа в своем вентиляционном паровом сопле, которое он уже успешно применил; в одном случае, в частности, когда угольная шахта горела в течение нескольких лет и вся работа угольных пластов в шахте была поставлена под угрозу из-за распространения горения на новые выработки; пожар был сначала потушен углекислым газом, втянутым, так сказать, в угольную шахту струей пара, дующей в нисходящую выработку, но соединенной с печью горящего кокса; и циркуляция углекислого газа, называемого «удушливым газом», через выработки шахты дополнительно поддерживалась струей пара высокого давления, дующей вверх и помещенной над устьем восходящего ствола.

Эксперимент прошел идеально на угольной шахте Саут-Сочи, недалеко от Аллоа, примерно в семи милях от Стерлинга, где пожар бушевал около тридцати лет на площади двадцать шесть акров в выработанном угольном пласте толщиной девять футов. (Рис. 386.)

Fig. 386. Fig. 386.

Паровое сопло Герни. a. Печь. b. Бак для воды. c. Нисходящая перемычка. d. Восходящая перемычка. e e e. Паровые сопла. f f. Галереи от ствола к стволу.

Для общей цели вентиляции угольной шахты план г-на Герни был опробован на угольной шахте Эббу-Вейл, причем очень экономично, использовался только отработанный пар. Эксперименты также были удовлетворительно проведены с ним для раздувания вагранки для выплавки железа, и с сухим паром — т. е. паром очень высокого давления — выходящим через теплую трубку, результаты были совершенно успешными.

С этим отступлением от темы скрытого тепла, полученного от сжатия воздуха, мы возвращаемся к теме с другим примером, предоставленным Фонтаном Герона, как его называют, в Шемнице, в Венгрии, описанным профессором Бранде; и можно заметить, что все описанные явления применимы к большому давлению воды из водонапорных башен в Хрустальном дворце, если они оснащены аналогичным воздушным резервуаром.

«Частью оборудования для работы этих шахт является перпендикулярная колонна воды высотой 260 футов (водонапорные башни Хрустального дворца имеют высоту по 284 фута каждая), которая давит на количество воздуха, заключенное в герметичном резервуаре; воздух, следовательно, сжимается до огромной степени этой высотой воды, что равно от восьми до девяти атмосфер; и когда труба, сообщающаяся с этим резервуаром сжатого воздуха, внезапно открывается, он вырывается с чрезвычайной скоростью, мгновенно расширяется и при этом поглощает столько тепла, что осаждает содержащуюся в нем влагу в виде ливня снега, который легко можно собрать на шляпу, удерживаемую в потоке. Сила этого такова, что рабочий, держащий шляпу, вынужден упереться спиной в стену, чтобы удержать ее в нужном положении».

Лучшие примеры скрытого тепла дают лед, вода и пар, и мы обязаны главным образом д-ру Блэку элегантными и убедительными экспериментами, демонстрирующими важные истины, связанные со скрытым теплом этих трех состояний материи. Когда различные твердые тела нагреваются, они часто проходят через определенные промежуточные состояния мягкости, заканчивающиеся полной текучестью; но лед и многие другие тела при приложении достаточного количества тепла сразу переходят в жидкое состояние. Процесс таяния льда очень медленный, потому что каждая часть должна поглотить или сделать скрытым определенное количество тепла, прежде чем она сможет принять жидкое состояние — отсюда трудность таяния глыб льда, когда они окружены непроводящими материалами; и этим фактом автор предложил воспользоваться для поддержания прохлады воды, которая должна поставляться к икре лосося при ее перевозке для зарыбления рек Австралии.

Чтобы доказать, что тепло становится скрытым при разжижении льда, достаточно взвесить фунт мелко измельченного льда и фунт воды при 212° по Фаренгейту (кипящая вода) и смешать их вместе; когда весь лед растает, результирующая температура составит всего 52°, следовательно, кипящая вода потеряла 160° температуры, из которых 20° можно объяснить, поскольку результирующая температура растаявшего льда составляет 52°; но при разжижении фунта льда 140° исчезли или стали скрытыми, или, как назвал это д-р Блэк, стали «связанными».

1 фунт льда при 32° + 20° = 52°, результирующая температура. 1 фунт воды при 212° - 52° = 160° - 20° = 140°, ставших скрытыми.

140° представляют собой результат, полученный из бесчисленных экспериментов, проведенных путем смешивания равных частей льда и кипящей воды, и именно это большое количество скрытого тепла, требуемое льдом и снегом, предотвращает их внезапное разжижение и катастрофические обстоятельства, которые в противном случае всегда вызывались бы наводнениями.

Чтобы поставить этот факт вне всяких сомнений, целесообразно смешать равные веса воды при 32° и кипящей воды при 212°, и результат, как показывает термометр, будет средним между ними, потому что половина суммы крайних значений всегда равна среднему; и если сложить две температуры и разделить на два, результатом будет температура 122°, как показано ниже:

1 фунт ледяной воды при 32° + 1 фунт воды при 212° = 244° ÷ 2 = 122°.

Из подобных экспериментов д-р Блэк вывел важную истину: «что во всех случаях разжижения количество тепла, не указываемое термометром или не ощущаемое им, поглощается или исчезает, и что это тепло изымается из окружающих тел, оставляя их сравнительно холодными». На стр. 79 показано, как внезапное растворение или разжижение определенных солей вызывает холод, и поэтому были разработаны многочисленные охлаждающие смеси. В старые времена, когда официальные лица, облеченные властью, делали что хотели, не будучи обеспокоенными неприятными отчетами, а полковники одевали своих людей и были купцами-портными в грандиозном масштабе, оружейные патроны не ограничивались практикой на враге, но часто выполняли обязанности в отсутствие льда в качестве холодильников для вина офицеров, поскольку порох содержал селитру; так как простой раствор этой соли, мелко измельченной, понизит температуру воды с 50° по Фаренгейту до 35°; в то время как смесь четырех унций карбоната соды и четырех унций нитрата аммония, растворенных в четырех унциях воды при 60°, за три часа заморозит десять унций воды в металлическом сосуде, погруженном в смесь во время разжижения или растворения солей.

Фаренгейт вообразил, что достиг самой низкой возможной температуры, смешав лед и соль, и именно этим способом кондитеры обычно замораживают свои мороженые или ледяные пудинги; ингредиенты сначала соединяются, помещаются в металлические сосуды или формы, окружаются льдом и солью, уложенными чередующимися слоями, а затем хорошо перемешиваются палкой, и вскоре они затвердевают в формы, которые столь приятны и так часто подаются к столам богатых людей. Полученная температура — это ноль Фаренгейта, т. е. тридцать два градуса ниже точки замерзания воды. Согласно очень мудрому полицейскому предписанию, соблюдаемому в Лондоне, все домовладельцы обязаны подметать или убирать снег с тротуара перед своими домами, и это часто делается с помощью соли; если несчастный нищий без обуви пройдет мимо, пока происходит внезапное разжижение, воздействие на подошвы его ног явно очень неприятное, и скорость, с которой он удаляется от нуля, дает термометрическую иллюстрацию самого живого описания.

Тепло — причина пара.

Каждая жидкость при одинаковой степени химической чистоты и при равных условиях атмосферного давления имеет одну характерную точку температуры, при которой она неизменно кипит. Так, эфир кипит при 96° по Фаренгейту, и если немного этой легковоспламеняющейся жидкости осторожно поместить в колбу, налив ее через воронку, и поднести пламя на расстояние одного дюйма от отверстия, никакой пар, который мог бы загореться, не выходит; но если поднести пламя спиртовой лампы, эфир вскоре закипает, и если зажженную лучину снова поднести к горлышку колбы, пар загорается и образует пламя длиной около двух футов. Этот огонь продолжается только до тех пор, пока пламя спиртовой лампы удерживается у дна колбы, и при его удалении сосуд быстро остывает. Длина пламени уменьшается, и оно постепенно гаснет из-за нехватки той сущности его жизненной силы, так сказать, — а именно, тепла. (Рис. 387.) Если в колбу ввести термометр, то, как бы быстро ни происходило кипение эфира, обнаруживается, что температура неизменно равна 96°. Тепло, уносимое испарением, наиболее элегантно демонстрируется путем помещения небольшого количества воды в часовое стекло, окруженное древесным углем, пропитанным серной кислотой, в вакууме воздушного насоса. Быстрое испарение и конденсация воды из-за ее сродства к серной кислоте быстро производят лед; и насосы и другие приборы компании Knight and Co., Фостер-лейн, Сити, весьма рекомендуются для этой и других иллюстраций.

Fig. 387. Fig. 387.

Тепло — причина пара.

Иллюстрация определения фиксированной и неизменной точки кипения, принадлежащей каждой жидкости, далее осуществляется путем введения некоторого количества воды во вторую колбу, стоящую над зажженной спиртовой лампой, с небольшим термометром, градуированным, конечно, должным образом на градусы выше точки кипения воды; когда вода закипает, обнаруживается, что она остается стабильно при температуре 212°. И как бы быстро ни кипела вода, при условии, что есть достаточно места для выхода пара, тепло, указываемое термометром, подобно закону мидян и персидского народа, который не меняется, и оно остается на отметке 212°. Единственное исключение (если его можно так назвать) из этого закона вызвано формой и природой содержащего сосуда; при среднем давлении точка кипения воды в металлическом сосуде обычно составляет 212°; в стеклянном сосуде она может подняться до 214° или 216°, но если всыпать немного металлических опилок, выход пара увеличивается, и температура может тогда немедленно упасть до 212°.

Когда термометр вставляется в колбу, содержащую воду в состоянии кипения, так, что резервуар не касается жидкости, а полностью окружен паром, обнаруживается, что температура последнего точно такая же, как и у первой; и если жидкость кипит при 96°, пар будет 96°, если при 212°, пар — 212°. Пар, следовательно, имеет точно такую же температуру, как и кипящая вода, которая его производит. (Рис. 388.)

Fig. 388. Fig. 388.

Термометр в паре, выходящем из кипящей воды.

При выполнении последнего эксперимента можно заметить, что пар внутри горлышка колбы невидим и что он становится заметным только в том промежуточном состоянии между парообразным и жидким, называемом везикулярным паром — состояние, соответствующее «земному туману» и называемое Говардом «слоистым» (stratus). Когда колбу с кипящей водой помещают под приемник воздушного насоса (как можно скорее после того, как кипение прекратилось) и откачивают воздух, можно заметить, что вода снова начинает кипеть по мере достижения вакуума, показывая, что точка кипения одной и той же жидкости варьируется при различных степенях атмосферного давления и в зависимости от высоты барометра.

Height of | Boiling point
barometer. | of water.
26 | 204.91°
26.5 | 205.79
27 | 206.67
27.5 | 207.55
28 | 208.43
28.5 | 209.31
29 | 210.19
29.5 | 211.07
30 | 212.00
30.5 | 212.88
31 | 213.76

Спирт и эфир, заключенные под откачанным приемником, бурно кипят при обычной температуре атмосферы, и в целом жидкости кипят при температуре на 124° ниже, чем требуется при среднем давлении воздуха; вода, следовательно, в вакууме должна кипеть при 88°, а спирт — при 49°.

При подъеме на значительные высоты, например, на вершины гор, точка кипения воды постепенно падает по шкале термометра. Так, на вершине Монблана вода, как обнаружил Соссюр, кипит при 187° по Фаренгейту. В восхитительном рассказе г-на Альберта Смита о его восхождении на Монблан он упоминает бурное движение и выход всего шампанского в виде пены, как только бутылка была открыта на вершине этой царь-горы.

Инструмент д-ра Волластона для измерения высоты гор по изменениям точки кипения воды давно известен и используется для этой цели.

Если флорентийскую колбу сначала снабдить хорошей мягкой пробкой, а последнюю удалить, и первую наполовину наполнить водой, которую затем кипятят над газовым или спиртовым пламенем, тот же факт, уже упомянутый и проиллюстрированный в предыдущей таблице, может стать очевидным, когда колбу закупоривают и убирают с огня. Если ее теперь перевернуть и полить холодной водой, немедленно начинается кипение, потому что холодная вода конденсирует пар в пространстве над горячей водой в колбе, и, создавая вакуум, вода кипит так же легко, как она делала бы это под откачанным приемником на тарелке воздушного насоса. (Рис. 389.)

Fig. 389. Fig. 389.

Парадоксальный эксперимент кипения воды при применении холодной воды.

Воду можно нагреть значительно выше 212°, если она заключена в прочный котел и изолирована от сообщения с воздухом; таким образом получается пар высокого давления.

Д-р Марсе изобрел очень поучительную форму миниатюрного котла, снабженного термометром и барометрическим манометром, который можно приобрести у любого из изготовителей инструментов, и который изображен и описан почти в каждой работе по химии.

Причина, по которой вода, кипящая в открытом сосуде, не поднимается до температуры выше 212°, заключается в том, что весь избыток тепла уносится паром и, как говорят, становится скрытым в паре. Фиксацию теплорода в воде при ее превращении в пар можно показать следующим экспериментом. Пусть фунт воды при 212° и восемь фунтов железных опилок при 300° будут внезапно смешаны вместе. Мгновенно образуется большое количество пара, но температура воды и выходящего пара все еще составляет только 212°; следовательно, пар должен содержать все градусы тепла между 212° и 300°, или восемь раз по 88. Когда вода нагревается в гидроэлектрической машине или другом котле до 322,7°, она очень быстро падает до 212°, когда пару дают выйти; однако, если последний собрать, он представляет собой лишь очень небольшое количество воды, которая составляла пар, и он унес и сделал скрытым избыток тепла в котле — а именно, разницу между 212° и 322,7°, или 110,7°.

Если пар может уносить тепло, конечно, его можно заставить, так сказать, отдать его снова; и эта важная элементарная истина показывается путем адаптации трубки, согнутой под прямым углом, и пробки к колбе, содержащей несколько унций воды, и когда она закипает, пар, выходящий из конца трубы, теперь может быть направлен в и под поверхность некоторого количества воды, содержащейся в стакане; через очень короткое время вода в последнем будет доведена до точки кипения путем конденсации пара и скрытого тепла, исходящего от него. (Рис. 390.) Количество скрытого тепла огромно, если вспомнить, что вода при превращении в пар имеет чудовищно увеличенный объем — а именно, в 1698 раз, так что кубический дюйм воды, превращенный в пар при температуре 212°, с барометром на тридцати дюймах, занимает пространство в один кубический фут, и его скрытое тепло составляет, согласно Холлу, 950°; Саутерону, 945°; д-ру Юру, 967°. Когда мы перейдем к рассмотрению паровой машины, будет замечено, что вопрос о скрытом тепле пара является одним из величайшей важности.

Fig. 390. Fig. 390.

a. Колба для получения пара. b. Стеклянная трубка, изогнутая под прямым углом для подачи пара в сосуд с холодной водой.

Temperature  of Steam. | Elasticity in  inches of Mercury. | Latent Heat.
229° | 40" | 942°
270  | 80  | 942 
295  | 120   | 950 

Одинаковый вес пара, независимо от его плотности, содержит одинаковое количество теплорода, причем его скрытая теплота увеличивается по мере уменьшения явной теплоты, и наоборот. Благодаря огромному количеству скрытой теплоты, содержащейся в паре, его с успехом используют для обогрева помещений или сушки товаров в некоторых производственных процессах. Влажная бумажная масса, спрессованная и распределенная на проволочной сетке или декль, постепенно проходит к цилиндрам, содержащим пар, и полностью высушивается перед тем, как гильотинный нож в конце бумагоделательной машины опускается и разрезает ее на части. При аппретировании и лощении ситца, а также при печати на ситце, цилиндры с паровым обогревом представляют большую ценность, поскольку они передают тепло без риска возгорания ткани. Элементарные принципы, уже описанные применительно к теплу, подготовят юного читателя к пониманию использования расширения воды в пар как самой ценной движущей силы, когда-либо применявшейся для облегчения человеческого труда.

ГЛАВА XXIX.

ПАРАОВАЯ МАШИНА — продолжение.

Fig, 391. Fig, 391.

Первый пароход «Комета», построенный Генри Беллом в 1811 году, который внедрил паровое судоходство в Европе.

"So shalt thou instant reach the realm assign'd
In wondrous ships, self-mov'd, instinct with mind.

Though clouds and darkness veil the encumbered sky.
Fearless, through darkness and through clouds they fly,
Tho' tempests rage,—tho' rolls the swelling main,
The seas may roll, the tempests swell in vain;
E'en the stern god that o'er the waves presides,
Safe as they pass, and safe repass the tides,
With fury burns; while careless they convey,
Promiscuous, ev'ry guest to ev'ry bay."

Эти строки из перевода «Одиссеи» Поупа были очень удачно процитированы двадцать пять лет назад г-ном М. А. Алдерсоном в его трактате о паровой машине, за который он получил от д-ра Биркбека, основателя институтов механики, премию в 20 фунтов стерлингов, предоставленную Лондонским институтом механики. Эти строки, по-видимому, указывают на некое грубое предвосхищение древними того свободного плавания по океану с помощью пара, которое сделало корабли почти независимыми от ветра и погоды.

Приведенное выше описание Гомером финикийского флота царя Алкиноя в восьмой книге «Одиссеи», безусловно, является древним свидетельством идеи, но не более того. В труде, написанном Героном Александрийским около ста лет до н. э. и озаглавленном «Spiritalia seu Pneumatica», упоминается ряд приспособлений для подъема жидкостей и создания движения с помощью воздуха и пара, поэтому первая паровая машина обычно приписывается Герону; на прилагаемом рисунке показан этот прибор. (Рис. 392.)

Fig. 392. Fig. 392.

Паровая машина Герона. a. Котел, в котором образуется пар, затем проходящий через полую опору b, из которой нет выхода, кроме как через два отверстия c c. Реакция воздуха на выходящий пар создает вращательное движение в соплах c c, прикрепленных к центральной, но полой оси.

Примечательно, что сэр Исаак Ньютон применил тот же принцип в маленьком шаре, установленном на колесах, содержащем кипящую воду и снабженном небольшим отверстием; в своем описании он говорит: «И если шар открыть, пары будут с силой вырываться в одну сторону, а колеса и шар в то же время будут двигаться в противоположную сторону». Со времен Герона, по-видимому, не сохранилось никаких записей или упоминаний о паровых приборах до 1002 года, когда в труде под названием «История Малмсбери» упоминается орган, в котором звуки извлекались за счет выхода воздуха (возможно, пара) с помощью нагретой воды. Странно, что в наши дни применения пара каллиопа, или паровой орган, является важной особенностью в настоящий момент в Хрустальном дворце; это лишь показывает, как одни и те же идеи воспроизводятся как новинки в вечно повторяющихся циклах лет.

С возрождением классического образования в готической Европе труд Герона начал привлекать внимание; он был переведен и напечатан готическим шрифтом, вероятнее всего, впервые с арабского оригинала, так как в 1543 году первые плоды появились в Испании, где Бласко де Гарай, морской капитан, привел в движение корабль водоизмещением 200 тонн со скоростью три мили в час перед комиссарами, назначенными императором Карлом V. Увы, инквизиторская Испания! Если бы она глубже вникла в суть дела и проводила свои аутодафе над котлами паровых машин, а не над телами бедных людей, какой вечной славой она была бы вознаграждена. Изобретение дебютировало в Испании, комиссары отчитались, достойный изобретатель был вознагражден, но могучий гигант, которого призвали, был снова усыплен по меньшей мере на 150 лет. Парового гиганта тревожили сны: некий Матиас в 1563 году наслал на него кошмар; Соломон де Ко в 1624 году почти разбудил его; Джованни Бранка в 1629 году сделал больше; а маркиз Вустерский в середине XVII века, как злой гений Испании, увез гиганта целиком и сделал его рабом Англии; по крайней мере, он экспериментировал и писал такие чудесные рассказы о своей новой движущей силе, что в 1653 году мы читаем о том, как пар был довольно успешно приставлен к делу и начал качать воду из Темзы в Воксхолле; а Козимо Медичи, иностранец, осматривавший аппарат в 1653 году, говорит: «Он поднимает воду более чем на сорок геометрических футов силой одного человека, и за очень короткое время выкачивает полные сосуды воды через трубку или канал шириной не более пяди, из-за чего он считается более полезным для публики, чем другая машина возле Сомерсет-хауса, которая приводилась в действие двумя лошадьми».

Что подумали бы маркиз Вустерский и Козимо Медичи о Бласко де Гарае в океане и управлении 12 000 паровых лошадей? Впишите имя храброго и благоразумного капитана Харрисона на добром корабле «Грейт Истерн», дата 1859 год, вместо имени отважного испанца, и наша краткая история закончена.

Первая действительно полезная паровая машина была создана не просто мистером, а снова капитаном — а именно капитаном Севери, который, по-видимому, был первым изобретателем, полностью понявшим и применившим принцип вакуума. (Рис. 393.)

Fig. 393. Fig. 393.

Машина Севери.

a a. Печи, в которых находится котел. b1 и b2. Две топки. c. Дымоход, общий для обеих печей. В этих двух печах помещены два медных сосуда, которые я (Севери) называю котлами — один большой, как l, другой маленький, как d. d. Маленький котел, находящийся в печи, нагреваемой огнем в b2. e. Трубка и кран для подачи холодной воды в маленький котел для его наполнения. f. Винт, который закрывает и закрепляет кран e на верхней части маленького котла. g. Небольшой пробный кран в верхней части трубки, опускающейся на восемь дюймов до дна маленького котла. h. Большая трубка, которая опускается на ту же глубину в маленький котел. i. Клапан или заслонка в верхней части трубки h (открывающаяся вверх). k. Трубка, идущая от коробки над упомянутым клапаном в большой котел и входящая в него примерно на один дюйм. l l. Большой котел, находящийся в другой печи, нагреваемой огнем в b1. m. Винт с регулятором, который приводится в движение рукояткой z и открывает или закрывает отверстия, через которые пар выходит из большого котла в паровые трубки o o. n. Небольшой пробный кран в верхней части трубки, которая опускается наполовину в большой котел. o1, o2. Паровые трубки, один конец каждой привинчен к регулятору, другие концы — к приемникам p p, для подачи пара из большого котла в эти приемники. p1, p2. Медные сосуды, называемые приемниками, которые должны принимать воду, подлежащую подъему. q. Винтовые соединения, которыми ветви водяных труб соединены с нижними частями приемников. r 1, 2, 3 и 4. Латунные клапаны или заслонки в водяных трубах, два над ветвями q и два под ними; они позволяют воде проходить вверх по трубам, но предотвращают ее спуск; имеются винтовые пробки, которые можно вынимать при необходимости, чтобы добраться до клапанов r. s. Нагнетательный насос, который подает воду вверх к месту доставки, когда она вытесняется из приемников под действием пара. t. Всасывающая трубка, которая подает воду со дна шахты для наполнения приемников путем всасывания. v. Квадратная деревянная рама или ящик с отверстиями по дну в воде, чтобы окружить нижний конец всасывающей трубки для защиты от грязи и препятствий. x — цистерна с пробковым краном, идущим от нагнетательной трубы, так что она всегда должна быть наполнена холодной водой. y y. Кран и трубка, идущие со дна упомянутой цистерны, с носиком, чтобы холодная вода стекала по внешней стороне любого из приемников p p. z. Рукоятка регулятора для его перемещения, открывающая или закрывающая его, чтобы выпустить пар из большого котла в любой из приемников.

Это собственное описание Севери (взятое из «Друга шахтера», напечатанного в 1702 году) его водяной машины, которая отличается от предложенной маркизом Вустерским тем, что он использовал давление воздуха для подъема воды на первой ступени. Патент Севери был выдан «на подъем воды и приведение в движение всех видов мельничных механизмов с помощью движущей силы огня»; патент был выдан в царствование короля Вильгельма III славной памяти.

Таким образом, Севери преодолел, как он отмечает, «самые странные и почти непреодолимые трудности» и представил паровой аппарат или машину, многие из которых были построены и использовались для подъема воды. Механическое мастерство, необходимое для создания котла, самого сердца (так сказать) железной машины, не было достигнуто во времена капитана Севери, отсюда слабость котлов и опасность работы с ними. Поскольку требовалось значительное давление для преодоления сопротивления высокого столба воды, от этих машин постепенно отказались в пользу машин другого искусного механика — а именно Томаса Ньюкомена, скобянщика из Дартмута, который около 1705 года сконструировал и внедрил цилиндр, от которого постепенно перешли к способу конденсации струей холодной воды, использованию автоматических клапанов и созданию автоматических машин Смитоном, Хорнблауэром и, наконец, прославленным Уаттом, чей портрет открывает первую главу о тепле в этой книге.

Ньюкомену в его работе помогал некий Коули, стекольщик; их упорные труды увенчались успешным результатом, имеющим самое памятное значение в истории паровой машины.

В машине Севери действие пара было двояким — а именно, за счет прямого давления от его упругости и за счет косвенного следствия его конденсации, что обеспечивает вакуум. Последнее можно назвать единственным принципом, использованным Ньюкоменом, который применял котел для генерации пара и подавал его по трубке в нижнюю часть полого цилиндра, открытого сверху, но снабженного сплошным поршнем, который двигался вверх и вниз и был уплотнен набивкой из пеньки, подобно поршню обычного детского шприца. Легко понять, что если бы носик последнего был соединен с плотным маленьким котлом и в него подавался пар, то поршень шприца поднялся бы к вершине цилиндра, в котором он работает, будучи вытолкнутым давлением или силой пара; но если бы пар не был перекрыт и внутрь цилиндра не была подана холодная вода, поршень не смог бы опуститься снова. Поэтому, как только Ньюкомен выталкивал поршень действием пара, он вводил струю холодной воды, подаваемую из поднятой цистерны под поршень, при этом пар конденсировался в воду, и получался вакуум или пустое пространство. Поршень, будучи свободным двигаться вверх или вниз, теперь принудительно перемещался в последнем направлении давлением воздуха, которое является постоянной силой, равной пятнадцати фунтам на квадратный дюйм; таким образом, поршень в машине Ньюкомена поднимался теплом — т. е. паром, и опускался холодом — т. е. конденсацией пара, создающей вакуум. Пустота, полученная таким образом, была весьма значительной, поскольку один кубический фут пара при 212° конденсируется в один кубический дюйм воды. Создание вакуума с помощью пара быстро осуществляется путем кипячения воды в чистой банке из-под камфина, и когда пар свободно выходит из горлышка последней, ее закупоривают и обливают снаружи холодной водой. Как только температура понижается, пар внутри жестяного сосуда внезапно конденсируется в воду, и при внезапном получении пустого пространства все давление столба воздуха шириной, равной площади сосуда, и высотой сорок миль внезапно обрушивается, как кузнечный молот, на стенки жестяного сосуда, и, поскольку они недостаточно прочны, чтобы оказать надлежащее сопротивление, они сминаются, как яичная скорлупа, под гигантским весом, который падает на них.

Барометр, или измеритель веса воздуха, состоит из стеклянной трубки длиной около тридцати трех дюймов, герметично запаянной с одного конца и содержащей ртуть, которая была тщательно прокипячена внутри нее; будучи полностью заполненной, трубка вставляется в чашку с чистой ртутью, при этом она опускается до высоты, равной давлению воздуха, оставляя вверху пространство, называемое торричеллиевой пустотой. Поскольку атмосферный воздух уменьшается в плотности при смешивании с невидимым паром, любой заданный объем становится удельно легче: следовательно, столбик ртути падает до высоты около двадцати восьми дюймов; в то время как если водяной пар уменьшается, вес воздуха становится больше, и барометр может подняться до высоты около тридцати одного дюйма.

Обеспечив таким образом «возвратно-поступательное движение», Ньюкомен применил его для работы нагнетательного насоса с помощью большого коромысла или рычага, подвешенного на цапфах (железный штифт, на котором вращается колесо или вал машины) посередине и подвешенного подобно коромыслу весов; фактически он изобрел тот метод поддержки коромысла, который используется по сей день. Если мы сравним коромысло Ньюкомена с коромыслом весов, то он прикрепил к концам (вместо чаш весов) водяной насос и свой паровой цилиндр — последний был на одном конце, а первый — на другом. Коромысло работало как «качели»: под первичным действием пара на дно поршня в цилиндре оно поднималось с этого конца и, конечно, совершало равное падение на другом, к которому был прикреплен поршень насоса; а когда движение менялось на обратное из-за конденсации пара, поршень снова опускался под давлением воздуха, в то время как поршень водяного насоса снова поднимался, и, будучи снабженным надлежащими клапанами, вода медленно выкачивалась из шахты, хотя используемая паросиловая установка была весьма умеренной и лишь достаточной для уравновешивания веса атмосферы. Ньюкомен сделал конец, прикрепленный к водяному насосу, намеренно тяжелее, чем паровой поршень на другом конце коромысла, и таким образом работа пара за счет его упругости была весьма умеренной, в то время как фактический подъем воды из шахты осуществлялся давлением воздуха, равным (как уже было сказано) пятнадцати фунтам на каждый квадратный дюйм поверхности парового поршня. Эта машина называется атмосферной машиной, и на следующем рисунке мы видим изображение, сделанное с фотографии «Клуба Уатта», реальной модели машины Ньюкомена в Хантерианском музее Университета Глазго; размеры которой: длина 27 дюймов, ширина 12 дюймов, высота 50½ дюймов; из которой «в 1765 году Джеймс Уатт, пытаясь отремонтировать эту модель, принадлежащую классу естественной философии в Университете Глазго, сделал открытие отдельного конденсатора, который отождествил его имя с именем паровой машины». (Рис. 394.)

Fig. 394. Fig. 394.

Модель машины Ньюкомена, в которой видны печь и котел, паровой цилиндр, коромысло, водяной насос и поднятая цистерна с водой.

В машине Ньюкомена открытие и закрытие кранов требовало бдительного присмотра человека или мальчика, и из достоверных источников известно, что мальчик, который предпочитал (как и почти все другие мальчики) игру работе, придумал с помощью веревок, кирпича и одной или двух защелок на рабочем коромысле сделать машину автоматической.

Хитроумное приспособление этого бедного мальчика проложило путь к усовершенствованным методам открытия и закрытия клапанов, которые были доведены до большого совершенства Бейтоном из Ньюкасла около 1718 года. Между тем временем и 1763 годом мы находим почетное упоминание Смитона в связи с паровой машиной, но имя великого Джеймса Уатта в это время начало цениться, и с помощью серии удивительно простых механизмов он наконец усовершенствовал машину, происхождение которой можно было проследить не только до времен Бласко де Гарая в 1543 году, но даже до дней древних механиков, таких как Герон, живший в 130 г. до н. э.

В 1763 году Джеймс Уатт был изготовителем математических инструментов в Глазго, и его внимание было привлечено к предмету паровой машины, когда он взялся за ремонт рабочей модели паровой машины Ньюкомена, которая использовалась профессором Андерсоном, занимавшим тогда кафедру естественной философии и впоследствии основавшим Андерсоновский институт. Ремонт, необходимый для этой модели, побудил Уатта сделать другую, и, наблюдая за ее работой, он обнаружил, что огромное количество тепла, а следовательно, и топлива, тратилось впустую при постоянном и последовательном нагревании и охлаждении парового цилиндра. Около двух лет спустя, когда Уатту было двадцать девять лет, он провел так много экспериментов, что смог придать механическую форму своим первоначальным идеям, которые воплощены в его патенте 1769 года следующим образом:

«Мой метод уменьшения потребления пара, а следовательно, и топлива в огневых машинах, состоит из следующих принципов:

«Первое: Тот сосуд, в котором силы пара должны использоваться для работы машины, который в обычных огневых машинах называется цилиндром, и который я называю паровым сосудом, должен в течение всего времени работы машины поддерживаться таким же горячим, как и пар, который входит в него — во-первых, путем заключения его в футляр из дерева или любых других материалов, которые медленно передают тепло; во-вторых, путем окружения его паром или другими нагретыми телами; и в-третьих, путем недопущения попадания или соприкосновения с ним воды или любого другого вещества, более холодного, чем пар, в течение этого времени.

«Второе: В машинах, которые должны работать полностью или частично за счет конденсации пара, пар должен конденсироваться в сосудах, отличных от паровых сосудов или цилиндров, хотя иногда сообщающихся с ними; эти сосуды я называю конденсаторами; и пока машины работают, эти конденсаторы должны по крайней мере поддерживаться такими же холодными, как воздух в окрестностях машины, путем применения воды или других холодных тел.

«Третье: Любой воздух или другой упругий пар, который не конденсируется холодом конденсатора и может препятствовать работе машины, должен вытягиваться из паровых сосудов или конденсаторов с помощью насосов, приводимых в действие самими машинами или иным образом.

«Четвертое: Я намерен во многих случаях использовать упругую силу пара для давления на поршни или то, что может быть использовано вместо них, таким же образом, как давление атмосферы используется сейчас в обычных огневых машинах. В случаях, когда холодная вода не может быть получена в изобилии, машины могут работать только этой силой пара, выпуская пар в открытый воздух после того, как он выполнил свою функцию.

«Наконец: Вместо использования воды для обеспечения герметичности поршня или других частей машин для воздуха и пара, я использую масла, воск, смолистые тела, животный жир, ртуть и другие металлы в их жидком состоянии.

«И упомянутый Джеймс Уатт, посредством меморандума, добавленного к упомянутой спецификации, заявил, что он не намеревался, чтобы что-либо в четвертой статье понималось как распространяющееся на любую машину, когда вода, подлежащая подъему, входит в сам паровой сосуд или любой сосуд, имеющий открытое сообщение с ним».

«Примерно в то время, когда он получил патент, Уатт начал строительство своей первой настоящей машины, цилиндр которой был восемнадцать дюймов в диаметре, и после многих препятствий в деталях работы ему удалось довести ее до значительного совершенства. Плохое растачивание цилиндра и трудность получения вещества, которое удерживало бы поршень плотно без огромного трения и в то же время сопротивлялось действию пара, доставили ему больше всего хлопот, а использование поршневого штока, движущегося через сальник, было новой особенностью в паровых машинах того времени и требовало большого мастерства исполнения, чтобы сделать его эффективным. В то время как Уатт боролся с этими трудностями, финансы Роубака пришли в расстройство, и в 1773 году он передал свою долю в патенте г-ну Болтону из Сохо. Однако, поскольку значительная часть четырнадцатилетнего срока, на который был выдан патент, уже прошла, и поскольку, вероятно, потребовалось бы еще несколько лет, прежде чем усовершенствованные машины могли быть введены в эксплуатацию, было сочтено целесообразным обратиться в Парламент за продлением срока, и в 1775 году был принят Акт, предоставляющий продление на двадцать пять лет с этой даты, в знак признания больших заслуг изобретения». (Борн, «Трактат о паровой машине».)

На рис. 395, стр. 427, мы приводим иллюстрацию конденсационной машины низкого давления и котла мощностью восемь лошадиных сил, построенных по принципу Болтона и Уатта, поскольку последний удачно объединил свое мастерство, знания, оригинальность и опыт с г-ном Болтоном из Сохо, близ Бирмингема, чья металлическая мануфактура была уже самой знаменитой в Англии.

Во время объяснения этой машины мощностью восемь лошадиных сил можно воспользоваться возможностью, чтобы время от времени обсуждать особые усовершенствования, осуществленные Уаттом. Паровая трубка a подает пар, генерируемый в котле b, к золотнику c, который прижимается к поверхности, по которой он движется, давлением пара.

Здесь мы замечаем некоторые из ценных усовершенствований Уатта в подаче пара как над, так и под поршень, благодаря чему он увеличил мощность своей машины и больше не ограничивал ее силой атмосферного давления. Также необходимо отметить прекрасно простой механизм золотника, с помощью которого пар подается попеременно над и под поршень. Нехватка места не позволяет нам проследить постепенные усовершенствования, осуществленные Уаттом, и поэтому мы берем его изобретение в том виде, в каком оно существовало в 1780 году, и отсылаем наших читателей к «Трактату о паровой машине» Борна для получения полных и подробных сведений об усовершенствованиях к этой дате.

Fig. 395. Fig. 395.

Конденсационная паровая машина мощностью восемь лошадиных сил, по принципу Болтона и Уатта, объясненная на страницах 426–432.

В то время Уатту пришло в голову, что конденсация пара из цилиндра после того, как он выполнил свою работу, могла бы быть более совершенной, если бы под поршнем поддерживался постоянный вакуум, в то время как над ним создавались бы попеременное давление пара и вакуум. (Рис. 396.)

Fig. 396. Fig. 396.

«e e — цилиндр. j — поршень. a — паровая трубка. b — регулирующий или дроссельный клапан. e — выпускной и равновесный одинарный клапан, выполняющий обе функции. c — верхнее, а f — нижнее продувочные отверстия, через которые только пар может входить и выходить. d, j, g — выпускная трубка, по которой пар проходит из-под поршня во время каждого обратного хода в конденсатор, при этом под ним поддерживается постоянное разрежение». — Из Борна «О паровой машине».

Вместо получения конкретного преимущества произошло обратное, и Уатт был вынужден в этом случае вернуться к тяжелому противовесу Ньюкомена, чтобы сбалансировать разницу в вакууме над и под поршнем, следовательно, от этой формы цилиндра и клапанов отказались. Юный читатель заметит на приведенном выше рисунке, что превосходство устройства цилиндра Уатта над цилиндром Ньюкомена проистекает из того, что пар действует над и под поршнем, и что поршневой шток работает герметично в сальнике в верхней части цилиндра. Важнейшее усовершенствование в использовании пара в качестве движущей силы было обнаружено в способе его «расширительного» использования, при котором пар под давлением, скажем, шестьдесят фунтов на квадратный дюйм подается под поршень, а затем отсекается и позволяет расширяться и выталкивать последний без расхода какого-либо дополнительного топлива, оставляя после подъема поршня на высоту, скажем, три фута, среднюю или среднюю мощность тридцать фунтов на квадратный дюйм.

Возвращаясь к восьмисильной конденсационной машине, d — это паровой цилиндр, окруженный футляром, чтобы предотвратить охлаждение пара и поддерживать в цилиндре ту же или почти ту же температуру, что и у пара в котле, в соответствии с условием ст. I патента Уатта, процитированного на стр. 425 этой книги. Тот же внешний футляр виден вокруг цилиндра на рис. 396; e — поршень, который благодаря набивке из пеньки или другого подходящего материала наиболее точно прилегает к внутренней части цилиндра и предотвращает утечку пара по его сторонам; e — поршневой шток, прикрепленный к параллелограмму. Этот часовой механизм часто называли одним из шедевров Уатта, и в своем величайшем совершенстве он называется полным параллелограммом и может быть найден во всех лучших стационарных балансирных паровых машинах. Цель параллелограмма — заставить поршневой и насосный штоки двигаться всегда по прямым линиям, никогда не отклоняясь в какую-либо сторону. (Рис. 397.)

Fig. 397. Fig. 397.

a b — половина балансира, где a — главный центр, b e — основные тяги, соединяющие шток поршня f с концом балансира. g d — тяги воздушного насоса, из центра которых подвешен шток воздушного насоса. c d и e d обеспечивают параллельность, поскольку c d может двигаться только вокруг неподвижного центра c, тогда как e d не только движется вокруг центра d, но и сам центр d перемещается по дуге, описываемой c d, и благодаря этому действию e d корректирует искажающее влияние собственного радиуса. Пунктирные линии и буквы выше позволяют наблюдателю увидеть влияние движения балансира на параллельное движение.

В восьмисильной машине, показанной на рисунке на странице, e также прикреплен к поршню e, который приводит в движение балансир f, а другой конец этого балансира посредством шатуна g передает движение тяжелому маховику g с помощью кривошипа h.

h — эксцентриковый круг на оси маховика g; он приводит в движение золотник, который попеременно подает пар над поршнем и под ним. Золотник и его зеркало помещены внутри продолговатой коробки или корпуса, достаточно большого, чтобы обеспечить свободное движение золотника внутри него, и обычно представляющего собой расширение в ходе трубопровода.

Золотниковый шток, с помощью которого золотник открывается и закрывается, выходит наружу через сальник; или же, вместо такого штока, золотник умеренного размера часто имеет закрепленную на нем гайку, внутри которой работает винт на конце оси, выходящей через втулку и имеющей заплечики внутри и снаружи, чтобы предотвратить ее продольное перемещение, а также квадрат на внешнем конце, на который надевается ключ, используемый для его вращения. i — дроссельная заслонка внутри паропровода и рычаг, соединенный с регулятором для управления подачей пара в цилиндр.

Здесь мы снова прерываем описание нашей восьмисильной машины, чтобы более подробно проиллюстрировать это замечательное изобретение Уатта, которое до сегодняшнего дня остается без каких-либо существенных изменений даже в лучших паровых машинах. (Рис. 398.)

Fig. 398. Fig. 398.

a — седло дроссельной заслонки, z — сама заслонка, вращающаяся на шпинделе, который проходит через ее центр. a — паропровод. w — рычаг дроссельной заслонки, на который воздействует шток h, идущий от регулятора. d d — шпиндель регулятора, вращающийся с помощью ремня, действующего на шкив d. e e — шары, подвешенные на концах рычагов, которые пересекаются в точке e, подобно ножницам. Когда d d приводится в движение, шары разлетаются под действием центробежной силы и при этом опускают муфту, в которой работает рычаг f с помощью тяг f h. Когда f опускается, h, разумеется, поднимается, и заслонка z частично закрывается, а подача пара уменьшается.

В восьмисильной машине, уже частично описанной, k — цилиндр воздушного насоса для удаления воздуха и воды, конденсирующей пар, из конденсатора l. Существует также отводная труба, которая проводит пар из цилиндра в конденсатор l. o — насос, подающий холодную воду в резервуар s, в котором находятся конденсатор и воздушный насос; p — шток, соединенный с инжекционным краном для подачи струи воды в конденсатор из резервуара, которая постоянно течет во время работы машины; q q — чугунные колонны, четыре из которых поддерживают основные части машины.

Теперь мы переходим к котлу паровой машины, который, конечно, имеет почти такое же значение, как и сама машина; тот, что изображен на рисунке на нашей странице, является хорошим образцом одного из излюбленных котлов, используемых фирмой «Болтон и Уатт», и называется «вагонным котлом». Котел изготовлен из листов котельного железа, склепанных вместе и должным образом усиленных там, где это необходимо; паровая труба a подает пар к машине. Здесь можно отметить, что цилиндрический котел, состоящий из двух цилиндров, один внутри другого, из которых первый содержит топку, в то время как тяга печи циркулирует снаружи последнего, а пространство между двумя цилиндрами заполнено водой, — это форма котла, которая наиболее одобряется и используется в знаменитых экономичных паровых машинах корнуоллских шахт.

Поскольку вода испаряется в виде пара, котел должен постоянно пополняться свежей водой, которая поступает (как можно заметить, осмотрев рисунок на странице) из горячего колодца s с помощью насоса горячей воды r, прикрепленного к балансиру f. Вода перекачивается на вершину колонны, поднимающейся над котлом, но соединенной с ним. Внутри колонны воды находится цилиндрический поплавок, соединенный с котлом и подвешенный на цепи через шкив к заслонке печи. Заслонка и поплавок уравновешивают друг друга, и когда вода в котле нагревается до слишком высокой температуры, это заставляет поплавок подниматься в колонне воды, что опускает заслонку или затвор, перекрывающий тягу дымохода печи t, уменьшает интенсивность нагрева и снижает образование пара. С другой стороны, по мере снижения температуры поплавок опускается, заслонка поднимается, и, позволяя большему количеству воздуха устремляться к горящему топливу в топке, генерируется большее количество пара.

Внутри котла также имеется каменный поплавок для регулирования подачи воды через питательную трубу или колонну воды, последняя из которых всегда должна быть достаточно высокой, чтобы давить с большей силой, чем пар, образующийся в котле, иначе сила пара могла бы при определенных обстоятельствах вытолкнуть или выбросить воду из верхней части колонны. Камень подвешен на латунной проволоке, которая проходит через сальник и соединена с рычагом, к которому прикреплен тяжелый противовес, отрегулированный так, что когда камень погружен на определенную глубину в воду (согласно принципу потери веса твердым телом в жидкости, объясненному в статье об удельном весе на стр. 48), он должен точно уравновешивать последнюю, но когда вода в котле опускается и камень больше не окружен водой, он становится тяжелее и, опускаясь, открывает коническую пробку, притертую так, чтобы плотно закрывать отверстие в дне колонны воды или питательной трубы, и как только пробка открывается, вода устремляется в котел; подача снова прекращается, когда камень поднимается, будучи погруженным или окруженным водой надлежащего уровня. Если наши юные читатели не обратятся к статье об удельном весе, они не поймут кажущуюся аномалию «каменного поплавка».

Большое отверстие, называемое лазом, закрытое железной плитой и надежно закрепленное винтами, предусмотрено для того, чтобы инженер мог войти в котел, когда он холодный, для очистки от накипи и грязи, образующихся из воды. Чтобы предотвратить образование накипи из извести и других землистых веществ, иногда принято, исходя из принципа «лучше предупредить, чем лечить», класть внутрь котла большое бревно «кампешевого дерева», так как обнаружено, что красящее вещество удивительным образом препятствует прилипанию землистого вещества, хорошо известного как «накипь» в железных чайниках, к стенкам котла. Нашатырь и другие соли также обладают таким же свойством, но ни то, ни другое не используется широко, так как механический труд по отбиванию накипи в котле и остановка его работы на день или около того предпочтительнее уже описанного плана профилактики.

Имеется также клапан, открывающийся внутрь, чтобы предотвратить последствия внезапной конденсации в котле, а также предохранительный клапан и рычаг с грузами, открывающиеся наружу и позволяющие пару выходить, когда он достигает опасного избытка, и чтобы видеть, так сказать, состояние давления внутри железного котла, предусмотрен соответствующий паровой манометр, а также два крана — а именно, водяной и паровой, чтобы позволить инженеру убедиться, что вода находится на нужном уровне и не превышает его, потому что при открытии, если все идет правильно, первый, № 7, должен выбрасывать воду, а второй, № 8 — пар.

Поистине удивительно, учитывая количество предусмотренных мер предосторожности и предупреждений, что с котлами вообще случаются аварии, но статистика смертей и ежегодного уничтожения имущества показывает, что наука бессильна, более того, абсолютно опасна, когда попадает в руки невежественных и неосторожных людей. Большой маховик, который обычно является столь внушающим трепет и удивительным проявлением силы в машине любой большой мощности, используется для накопления силы, чтобы, если какие-либо части машины работают неравномерно (все они работают с сопротивлением), он уравновешивал потребности всей системы, и благодаря своей инерции он будет продолжать двигаться до тех пор, пока его движение не будет остановлено сопротивлением, равным его количеству движения.

При запуске машины иногда можно наблюдать, как инженер трудится, чтобы сдвинуть «маховик», и как только ему удается заставить его двигаться, сопротивление других частей механизма вскоре преодолевается. Г-н Олдерсон в своем премиальном эссе отмечает, что «именно в свойстве паровой машины регулировать себя и обеспечивать все свои потребности заключается великая красота этого изобретения. Говорили, что ничто, созданное рукой человека, не приближается так близко к животной жизни. Тепло — это принцип ее движения; в ее трубках есть циркуляция, подобная крови в венах животных, имеющая клапаны, которые открываются и закрываются в надлежащие периоды; она питает себя, выводит те части пищи, которые бесполезны, и извлекает из собственного труда все необходимое для собственного существования. К этому можно добавить, что теперь они регулируются так, чтобы не превышать заданную скорость, и так же поступают животные в естественном состоянии. Что предохранительные клапаны, подобно порам для потоотделения, открываются, чтобы позволить выходить излишнему теплу в виде пара. Паровой манометр, как пульс котла, указывает на тепло и давление пара внутри; а движение поршня представляет действие и силу, на которую он способен. Движение жидкостей в котле представляет расширение и сжатие сердца; жидкость, которая поступает в него по одному каналу, отводится по другому, частично для того, чтобы вернуться после конденсации холодом, подобно работе вен и артерий. Животные требуют длительных и частых периодов отдыха от усталости, и любое большое накопление их силы не достигается без больших затрат и неудобств. Ветер ненадежен; а воду, постоянство которой в немногих местах соответствует потребностям машиниста, редко можно получить на месте, где другие обстоятельства требуют установки машин. Чтобы избавить нас от всех этих трудностей, последнее столетие дало нам паровую машину в качестве ресурса, мощность которой может быть увеличена до бесконечности: она требует мало места; ее можно установить во всех местах, и ее могучие услуги всегда в нашем распоряжении, будь то зимой или летом, днем или ночью, на суше или на воде; она не знает перерывов, кроме тех, которые диктуют наши желания».

Паровая машина высокого давления, по-видимому, была впервые введена в широкое использование Тревитиком и Вивианом, хотя первоначальная идея такой модификации машин Ньюкомена или водяных машин возникла не у них. Как следует из названия, пар доводится до гораздо более высокой температуры и давления, чем требуется в конденсационных машинах Болтона и Уатта. Она состояла, во-первых, из цилиндра, открытого сверху и снабженного поршнем. Для сохранения тепла цилиндр был закреплен внутри котла и был снабжен двухходовым краном, приводимым в действие кривошипом, для подачи и перекрытия пара. Ход вниз производился атмосферой, а пар, выполнив свою работу, просто выбрасывался и терялся в воздухе.

Машина была снабжена маховиком, к которому сразу же крепился шток поршня, создавая непрерывное вращательное движение без помощи более тяжелого параллельного движения или насосов горячей и холодной воды.

Эта форма машины вскоре была принята для насосных работ — таких как осушение болот; и в 1804 году г-н Ричард Тревитик использовал ее для приведения в движение первой повозки на рельсовом или трамвайном пути Мертир-Тидвил, и она затем быстро была принята во всех угольных районах, где уровни были умеренными. Стивенсон-старший, за которым последовал покойный оплакиваемый Роберт Стивенсон, продолжил изобретениями и усовершенствованиями локомотивной паровой машины; и нам говорят в «Once a Week», что,

«Один из тех, кто наиболее квалифицирован, чтобы говорить о вкладе последнего в развитие локомотивной машины, утверждает, что примерно через пять лет после возвращения из Америки внимание Роберта Стивенсона было главным образом направлено на ее усовершенствование. „Никто, кроме тех, кто сопровождал его в течение этого периода в его непрерывных экспериментах, не может составить представление об удивительном метаморфозе, который машина претерпела за это время. Самые элементарные принципы применения тепла, способы расчета прочности цилиндрических и других котлов, прочности клепки и крепления плоских частей котлов были тогда далеки от понимания, и каждый шаг в усовершенствовании машины должен был быть подтвержден самыми тщательными экспериментами, прежде чем могли быть достигнуты блестящие результаты машин Rocket и Planet (последняя является типом существующего современного локомотива)“».

«Время Стивенсона, однако, не было настолько полностью занято в течение вышеуказанного интервала, чтобы исключить внимание к его другим делам по гражданскому строительству, и он выполнил в течение него железные дороги Лестер и Суоннингтон, Уитби и Пикеринг, Кентербери и Уитстейбл, а также Ньютон и Уоррингтон; в то же время он также построил обширную фабрику для локомотивов в Ньютоне, в Ланкашире, в партнерстве с г-нами Тейлор. Примерно в середине вышеуказанного периода также были составлены первые изыскания и сметы для Лондонской и Бирмингемской железной дороги, что в конечном итоге привело к получению Акта. Затем последовало выполнение этой линии, и здесь Роберт Стивенсон имел возможность показать свой большой талант к управлению работами в крупном масштабе. Это была первая железная дорога значительного размера, выполненная по контрактной системе; были подготовлены полные комплекты планов и спецификаций (которые с тех пор послужили типом почти для всех последующих линий) — немалое дело для серии работ, простирающихся на 112 миль, включающих туннели и другие работы тогда беспрецедентного масштаба».

«Многие другие железные дороги в Англии и за рубежом были выполнены им в быстрой последовательности; Мидленд, Блэкуолл, Северная и Восточная, Норфолк, Честер и Холихед, вместе с многочисленными ветками, были выполнены в этой стране им; и среди железных дорог за рубежом можно перечислить как работы, либо выполненные им, либо рекомендованные в его качестве инженера-консультанта, систему линий в Бельгии, Италии, Норвегии и Египте, а также во Франции, Голландии, Дании, Индии, Канаде и Новой Зеландии».

«Роберт Стивенсон впервые увидел свет в деревне Уиллингтон, в коттедже, который его отец занимал после женитьбы на мисс Фанни Хендерсон — браке, заключенном на основании его первого назначения „тормозным мастером“ на машину, используемую для подъема балласта, доставляемого возвращающимися угольными судами в Ньюкасл. Здесь Роберт родился 17 ноября 1803 года. Поскольку коттедж выходил на трамвайный путь, глаза ребенка были естественно знакомы с младенчества с видами и сценами, наиболее тесно связанными с его будущей профессией».

В котлах локомотивных паровых машин главной целью является генерация пара с наибольшей быстротой; поэтому котел состоит из двух частей — а именно, квадратной коробки, содержащей огонь, вокруг которой циркулирует тонкий слой воды, в то время как тяга для огня устремляется через ряд медных трубок, помещенных во второй или цилиндрической части котла. Благодаря использованию этих трубок огромная поверхность воды подвергается воздействию огня, и пар не только генерируется с удивительной быстротой, но и поддерживается при очень высоком давлении.

В течение последних нескольких лет «перегретый пар» упоминался благоприятно и использовался экономично для привода определенных машин. Принцип состоит в том, чтобы сначала генерировать пар, а затем пропускать его через змеевики из прочной трубы из кованого железа, благодаря чему он приобретает дополнительное тепло, и мы, таким образом, объединили в паре обычный принцип испарения воды с принципом нагретого воздуха Стирлинга, описанным на стр. 367. Мы даем чертеж патентного генератора и машины на перегретом паре Скотта. (Рис. 399.)

Аппарат используется следующим образом: — В печи разводится огонь, и как только соединенный с ней пирометр показывает около 800 градусов, немного воды вручную закачивается в змеевики, которая немедленно превращается в пар. Затем запускается вспомогательная машина, которая поддерживает необходимую подачу воздуха и воды. Генератор производит обильный запас упругого смешанного газообразного пара при давлении 250 фунтов на квадратный дюйм; и утверждается, что эта машина работает удовлетворительно и запускается за невероятно короткое время от трех до пяти минут, так что для морских машин на военных судах, ожидающих внезапного приказа выйти в море, нет необходимости сжигать топливо до требуемого момента.

Fig. 399. Fig. 399.

Патентный генератор Скотта, или новый пар против старого.

Эксперименты с перегретым паром уже были опробованы весьма успешно на борту судна компании «Пенинсулар энд Ориентал» Valetta, благодаря чему, как утверждается, достигается экономия тридцати процентов топлива. Машина, к которой был адаптирован перегретый пар, была построена фирмой «Пенн и сыновья», и судно развило скорость почти шестнадцать узлов в час, и при самых неблагоприятных обстоятельствах имело избыток пара.

«Важнейшее экспериментальное усовершенствование в паровых механизмах было в прошлый четверг впервые опробовано вниз по реке на борту судна компании «Пенинсулар энд Ориентал» Valetta. Фактическая природа усовершенствования может быть описана в нескольких словах как состоящая из простого аппарата для работы морских машин с помощью перегретого пара; но не будет преувеличением сказать, что в успехе или неудаче этого эксперимента вовлечены результаты, столь важные, что они существенно повлияют на все океанские пароходы и, действительно, на паровые механизмы всех видов. Быть способным работать механизмами на перегретом паре означает командовать увеличенной мощностью при тридцатипроцентном сокращении потребления топлива. Принцип, который может осуществить такие важные изменения в универсальном применении пара, не оставался нераскрытым до сегодняшнего дня. Потребность в перегретом паре давно ощущалась, и огромные сравнительные преимущества работы машин по такому плану давно известны. Простое и эффективное действие принципа, однако, было инженерной трудностью, которую различные ухищрения — все, однако, достаточно успешные, чтобы показать ценность усовершенствования — не смогли полностью устранить. Это препятствие, как мы полагаем, теперь было эффективно преодолено г-ном Пенном, и ценность усовершенствования настолько ясно продемонстрирована, что общее применение принципа к паровым механизмам любого вида теперь может считаться несомненным».

«Идея работы машин на перегретом паре и огромная экономия топлива и увеличение мощности, которые это осуществило бы, была, как мы полагаем, впервые выдвинута много лет назад г-ном Говардом, а впоследствии д-ром Хейкрафтом. Трудности, однако, на пути его принятия в то время и неверная оценка важности принципа помешали этим джентльменам реализовать очень большие практические результаты. В более поздний период дело было снова подхвачено американским инженером — г-ном Уэзерхедом, — который, однако, только перегревал часть пара и смешивал его с обычным паром на пути к цилиндрам. Успех, который сопровождал даже это частичное применение процесса, снова возродил идею и побудил других инженеров обратить свое внимание на предмет. Результатом этих возобновленных усилий является то, что несколько методов обеспечения большой экономии, которая должна быть достигнута путем перегрева пара, теперь находятся на испытании, и нет сомнения, что важнейший шаг в прогрессе пара, особенно применительно к океанскому судоходству, теперь наконец находится на грани успешного завершения».

«Ценность усовершенствования с точки зрения экономии в работе может быть лучше всего проиллюстрирована одним фактом — а именно, что счет компании «Пенинсулар энд Ориентал» на уголь ежегодно составляет огромную сумму в 700 000 фунтов стерлингов, и что при работе их судов на перегретом паре, правильно примененном, становится почти несомненным, что без какого-либо ущерба для механизмов можно сэкономить от 28 до 30 процентов этих гигантских затрат. Что касается различных предложенных методов перегрева пара, можно кратко объяснить, что условия, требуемые для выполнения, — это совершенная простота устройства с готовым контролем над аппаратом; что он должен быть расположен так, чтобы не быть подверженным случайному повреждению в машинном отделении; и что тепло, используемое для перегрева пара, должно быть отработанным теплом, которое уже выполнило свой долг в котлах и уходит».

«Все эти условия были наиболее удовлетворительно выполнены г-ном Пенном в новых машинах на борту Valetta, которые были опробованы вниз по Темзе впервые в четверг. Valetta, как наши читатели могут помнить, была в течение многих лет почтовым судном между Марселем, Мальтой и Константинополем. Будучи так занятой, она имела машины Пенна мощностью 400 лошадиных сил, и для работы их до средней скорости 15 миль в час требовалось потребление топлива от 70 до 75 тонн угля в день. В любое время оно было не менее чем от 45 до 55 тонн. Эти машины теперь были удалены на судно почти двойного тоннажа Valetta, а последняя оснащена машинами г-на Пенна по принципу перегрева. Мы можем упомянуть, что, помимо этого изменения, Valetta была значительно улучшена. Были добавлены ют и бак, увеличено размещение для пассажиров, и все судно оборудовано в богатейшем стиле. Салон — одна из самых простых и красивых вещей такого рода, которые мы видели, достаточно высокий и вместительный, и, прежде всего, восхитительно вентилируемый по системе, которая теперь принимается на всех морских пароходах, и заслуга разработки которой принадлежит г-ну Робинсону из компании «Пенинсулар энд Ориентал»».

«Возвращаясь, однако, к машинам. Г-н Пенн, по неоднократной просьбе г-на Аллена, управляющего директора компании «Пенинсулар энд Ориентал», взялся применить к ним принцип перегрева, к которому его внимание много лет назад было серьезно направлено д-ром Хейкрафтом. Его метод сделать это заключается в размещении в дымовой коробке котла, через которую горячий воздух из печи проходит первым, как можно большего количества малых труб, насколько это совместимо с допущением свободной тяги из печей. Через них весь пар из котлов проходит на пути к цилиндрам. Этим планом обеспечивается огромная нагревательная поверхность в трубах, пар находится в разделенном виде, так что на него легко воздействовать, и отработанное тепло из печи используется в точке, где его интенсивность наибольшая и где существуют наибольшие удобства для применения аппарата. С помощью трех обычных запорных клапанов все устройство может быть закрыто или отключено от машин по желанию. В обычных машинах пар покидает котлы при температуре около 250°, но снижается от этой температуры на пути к машинам до 230°, претерпевая от конденсации еще большее и более серьезное уменьшение тепла в цилиндрах. От этих причин, а также от огромного количества отработанного тепла, которое уходит через дымовую коробку и вверх по дымоходам, всегда существовала теоретическая потеря паровой мощности, составляющая сорок процентов по сравнению с потребленным углем. Именно эту потерю мощности и растрату тепла процесс перегрева предназначен предотвратить, и что, конечно, позволит сокращение от двадцати восьми до тридцати процентов на топливо, потребляемое сейчас. Процессом перегрева пар поднимается при прохождении вдоль труб в дымовой коробке (где тепло составляет около 650°) от температуры 250° до 350°, и так входит в цилиндры при 100° в избытке температуры, причитающейся его давлению. Это дополнительное тепло, конечно, быстро передается металлам и предотвращает конденсацию в цилиндрах или других частях машин, которая в противном случае, конечно, имела бы место. Удивительно, но меньшее количество холодной воды требуется для конденсации пара при этой высокой температуре 350°, чем при обычной теплоте обычного пара».

«Пробная поездка Valetta в четверг была наиболее удовлетворительной, не только в отношении машин, но еще более в отношении применения процесса перегрева. На измеренной миле у Лоуэр-Хоуп, близ Нора, результат повторных пробегов дал среднюю скорость почти 14½ узлов в час, таким образом реализуя с машинами мощностью 260 лошадиных сил и малым потреблением топлива ту же скорость, которая была получена с ее предыдущими машинами мощностью 400 лошадиных сил и потреблением семидесяти пяти тонн угля в день. Аппарат перегрева очевидно осуществил наиболее важную экономию топлива, но до тех пор, пока не может быть получено среднее значение многих дней работы, было бы трудно оценить точное количество сэкономленного. Кажется, однако, всякая причина верить, что среднее значение четырнадцати узлов в час может быть получено с потреблением только от двадцати четырех до двадцати шести тонн в сутки. Термометр во время испытания указывал в паровых трубах добавление к обычной температуре 100°, что г-н Пенн считает достаточным для всех практических целей перегрева. Даже при совершении от тридцати трех до тридцати четырех оборотов в минуту и движении судна против сильного встречного ветра и течения, было невозможно потребить весь генерируемый пар, который вырывался из обоих котлов всю поездку. Машины замечательны необычайной красотой и простотой своих пропорций, качествами, хорошо известными во всех машинах от «Пенн и сыновья», и которые, в сочетании с прочностью материалов и совершенством мастерства, делают эту фирму передовой в мире для механизмов этого описания. Оба цилиндра осциллирующие, диаметром шестьдесят два дюйма и с ходом четыре фута шесть дюймов. Лопасти гребных колес на флюгерном принципе, а котлы по патенту Лэмба и Ко. Во время всего курса испытаний, и при движении в одно время почти шестнадцать узлов, не было заметной вибрации, даже в конце салона, ближайшем к машинам. Когда вспоминается, что процесс перегрева, который может осуществить такие важные результаты, способен, как мы сказали, к применению к паровым механизмам любого вида, включая даже локомотивы, нельзя сомневаться, что испытание четверга и его большой успех — одно из самых важных событий для прогресса пара, которое мы должны были записывать в течение многих лет». (The Times, 23 апреля 1859 г.)

Говоря о применении этого несколько нового состояния пара, можно заметить, что многие изобретатели, которые уделяли мало или никакого внимания первым принципам, предлагали применять пары спирта, эфира или скипидара вместо пара воды; и они основывали свои представления на идее, что вследствие меньшей скрытой и явной теплоты паров спирта, эфира и скипидара, и малого количества топлива, требуемого для их кипячения, они выгодно конкурировали бы с паром. Этот взгляд на дело, однако, вскоре оказывается очень близоруким, потому что количество расширения было совершенно упущено из виду; и если бы было желательно, в порядке сравнения, произвести кубический фут пара, спирта, эфира или скипидара, пар стоял бы первым по дешевизне и потребовал бы наименьшего количества топлива для его производства, так что если бы более дорогие из горючих жидкостей можно было получить даром, все равно было бы дешевле использовать воду.

| Latent heat, or equivalent for fuel.
A cubic foot of water yields 1700 cubic feet of steam | = 1000°
A cubic foot of alcohol produces 493 cubic feet =457°. Then, by rule of proportion, 493 cubic inches : 457 :: 1700 : |   1575°
A cubic foot of ether yields only 212 cubic feet of vapour = 312°, and 212 : 312° :: 1700 : |   2500°
A cubic foot of the oil of turpentine affords 192 cubic feet of vapour = 183°, and 192 : 183 :: 1700 : |   1620°

Таким образом, будет видно, что вода при превращении в пар расширяется в восемь раз больше, чем серный эфир, и почти в три с половиной раза больше, чем спирт.

Применение пара для цели движения судов уже было упомянуто в связи с испанским изобретателем Бласко де Гараем в 1543 году. Первый патент в этом королевстве, предоставленный для этой цели, был патентом г-на Джонатана Халла в 1773 году. В 1787 году г-н Миллер провел ряд важных экспериментов по движению судов с помощью паровых машин, и казалось бы, что лорд Каллен отстаивал его идеи и пытался обеспечить сотрудничество великой фирмы Болтона и Уатта, которые, занятые своими сухопутными машинами, не могли уделить этому внимания; и двадцать лет прошло после ответа Уатта на обращение лорда Каллена, прежде чем появилась реальная новизна первого успешного эксперимента с пароходом в «открытом море» Генри Беллом в 1811 году. Рисунок этой лодки, называемой Comet, которая была впоследствии разбита, показан на стр. 418. Новизной Генри Белла был успех, и он справедливо заслуживает заслуги первой интродукции парового судоходства в Европу.

В 1811 году публика смотрела со смешанным изумлением и удовлетворением на реализацию того, что называлось басней. Только сорок семь лет спустя другое поколение спонтанно проявляет живейший интерес к гигантской частной спекуляции Great Eastern. Судно Генри Белла 1811 года имело 40 футов по килю, 10 футов 6 дюймов ширины и 25 тонн грузовместимости! Great Eastern 1859 года имеет 692 фута в длину, 83 фута в ширину, 60 футов в глубину и 24 000 тонн грузовместимости!! Вся нация в один голос желает ей счастливого пути в ее проектируемом плавании через Атлантику, как воплощение той великой доброй воли, которую каждый великодушный англичанин чувствует к просвещенному свободнорожденному народу Соединенных Штатов.

Если маленькое судно автора с его скромным грузом науки встретит одобрение его добрых друзей, мальчиков и их наставников, другое и другое, если здоровье позволит, будет спущено на воду для их пользы. Vale.

КОНЕЦ.

Примечания транскрибатора.

Глава XV. Эксперимент первый не обозначен заголовком.

Страница 99. «пульс поднимается на сорок или пятьдесят ударов в секунду» изменено на «пульс поднимается на сорок или пятьдесят ударов в минуту»

Страница 148. «ему позволяют высохнуть самопроизвольно, и будучи покрытым янтарным лаком (раствор янтаря в хлороформе), теперь готов для печати с него. (Рис. 123.) Пожалуй, вряд ли необходимо добавлять, что процессы сенсибилизации и проявления должны выполняться в темной комнате.» Рис. 123. не относится к этому разделу. Ссылка была удалена.

Страница 365. «воздушный термометр был использован сэром Джоном Лесли под названием «Дифференциальный термометр» в его утонченных и деликатных экспериментах с теплом. (Рис. 401.)» Ссылка на (Рис. 401.) удалена. Рис. 401. отсутствует в оригинальной печатной версии.