Покоренная плазма

Представьте себе большой круглый стакан из стекла. Внутренняя и наружная поверхности стакана оклеены станиолем — серебристой бумагой, наподобие той, в которую заворачивают шоколадные конфеты. Это и есть лейденская банка, или конденсатор. Если при помощи проводов подключить к обкладкам этого конденсатора электростатическую машину и начать ее вращать, то на обкладках лейденской банки скопятся заряды противоположных знаков. Если замкнуть накоротко обкладки, заряды уничтожатся. А в момент замыкания возникнет электрическая искра.

Вот отсюда и пошло название «электрические разряды». Оно прочно вошло в нашу речь и сейчас употребляется всюду даже тогда, когда ток через газ получается без каких-либо конденсаторов.

Искровой разряд возникает при большом давлении газов, когда между электродами приложено высокое напряжение. Чтобы пробить слой воздуха толщиной всего пять сантиметров, при электродах-шарах диаметром по метру требуется напряжение в сто тысяч вольт. Чем меньше диаметр шаров разрядника, тем меньшее напряжение нужно для пробоя газа. При искровом разряде в плазме заряды образуют узкие, ярко светящиеся каналы, распространяющиеся с огромной скоростью.

Как только на электродах напряжение достигнет своей первоначальной величины, вслед за первой искрой проскакивает вторая, третья и т. д.

Ученые определили, что внутри безобидной на вид электрической искры температура на мгновение достигает десяти тысяч градусов! Такая температура может быть причиной дополнительной ионизации газа за счет тепла. Поэтому мы вправе считать, что искра — это небольшой кусочек солнца, изготовленный с помощью приборов.

Сейчас ученые получают всевозможные искровые разряды. Некоторые из них обладают такой мощностью, что соперничают с молнией. Создавая их в лабораториях, ученые исследуют механизм развития грозовых разрядов.

Получены и такие искровые разряды, которых нет в природе. Так называемый скользящий искровой разряд получают при разряде между плоским электродом и стержнем, разделенными стеклянной или эбонитовой прокладкой. Разряд обтекает прокладку и создает очень красивое зрелище.

По фигурам, созданным скользящим разрядом, определяют величину напряжения, приложенного между электродами. Это необходимо, например, при исследованиях молний.

Дуга Василия Петрова

В одной из книг, вышедших в России в начале прошлого века, было помещено описание физического явления, ранее не известного науке.

Оно описывалось так:

«…Если на стеклянную плитку или на скамеечку со стеклянными ножками будут положены два или три древесных угля… и если металлическими изолированными направлятелями… сообщенными с обоими полюсами огромной батареи, приближать оные один к другому на расстояние от одной до трех линий, то является между ними весьма яркий белого цвета свет или пламя, от которого оные угли скорее или медлительнее загораются и от которого темный покой довольно ярко освещен быть может…»

Книгу эту издал профессор физики Военно-медико-хирургической академии в Петербурге, а впоследствии академик Василий Владимирович Петров. Приведенные выше слова были первым в мире описанием электрической дуги.

Тогда многие увлекались опытами с электричеством, подобно тому как сейчас увлекаются радиолюбительством. Опыты эти были несложны: люди брали цинковые и медные кружочки, между ними прокладывали суконную ткань, смоченную в уксусе, — и источник электричества готов. По имени изобретателя его называют вольтовым столбом.

Это уже не электростатическая машина с вращающимися янтарными шарами, способная на мгновение зажечь искру, — вольтов столб может создавать в электрической цепи постоянный непрекращающийся ток. Этот ток можно почувствовать, если проводами от вольтова столба прикоснуться к кончику языка. Язык начинает щипать, и чем больше взято металлических кружков, тем сильнее щиплет язык. А если сделать большой вольтов столб, то можно получить искры — более яркие, более «жирные», чем у электростатической машины.

Однако тогда было немного людей, которые в этих опытах видели не только забаву. Среди них был и Василий Петров. Дни и ночи возится он с вольтовыми столбами. Еще не изобретен вольтметр, и ученый, срезав кожу с пальцев, сам становится вольтметром, определяя по силе электрических «уколов» достоинства собранных им батарей.

Академик Петров решается провести особенный опыт. Он превращает в кружочки все свои запасы меди и цинка и собирает столб небывалой длины. Ученый торопится: стоит просохнуть хотя бы одной из четырех с лишним тысяч прокладок, и придется все начинать сначала.

Опыт ученого блестяще удался. Не отдельные искры, а яркое пламя вспыхнуло между угольными электродами. Этот сплошной, слегка изогнутый жгут плазмы позднее был назван дугой.

Работы Петрова были опубликованы только на русском языке, иностранные ученые о них не знали. Поэтому долгое время открытие дугового разряда приписывалось английскому ученому Дэви.

Академик Петров был верным последователем Ломоносова. Как и его великий учитель, он прежде всего думал о том, как и где применить открытое явление.