Мир электричества - [31]

«Электрическая стрела» на крыше дома Ломоносова

К 1756 году, когда окончился срок конкурса, предлагавшего «сыскать подлинную электрической силы причину и составить точную ее теорию», в академию поступило довольно много работ. Лучшей среди всех были признаны мемуары, присланные из Берлина и подписанные именем Иоганна Эйлера, сына великого математика. Сам Леонард Эйлер права участвовать в конкурсе не имел, поскольку являлся членом Собрания Петербургской академии. Однако после того как результаты конкурса были объявлены, Эйлер признался в обмане. Мемуары принадлежали ему. Свои рассуждения Эйлер строил на предположении, что сверхтонкая материя, создающая электрические силы, есть не что иное, как светоносный эфир. И все известные исследователям электрические явления относил за счет «нарушений равновесия в эфире», сгущения его или разрежения вблизи электризуемых тел. Таким образом, он обходился без введения «специальной электрической материи» Франклина.

К тому же 1756 году относится незаконченная и неопубликованная диссертация Ломоносова «Теория электричества, разработанная математическим способом». Ломоносов, как и Эйлер, исходил из эфира, но электризацию тел предполагал результатом вращательного движения частиц эфира внутри самих тел и в окружающем их пространстве.

Обе теории были принципиально новыми, потому что сводили причину электрических явлений не к свойствам мифической электрической жидкости, а к специфическим формам движения эфира, признанного реально существующим наукой того периода. Правда, отрицая движения электрической жидкости, теории Эйлера и Ломоносова носили чисто электростатический характер и приводили к неправильному представлению о грозозащите и об устройстве громоотводов.

Ломоносов писал о двух способах защиты от грозы. Первый заключался в сооружении на пустырях и на крышах зданий тщательно изолированных от земли «электрических стрел» – «дабы ударяющая молния больше на них, нежели на головах человеческих и на храминах, силы свои изнуряла».

Второй способ грозозащиты русский академик видел в «потрясении воздухом». Это была дань старым воззрениям, гласившим, что отогнать грозу можно колокольным звоном.

«Белые пятна» на карте науки

Казалось бы, люди, занявшиеся изучением электрических сил, в первую очередь должны были обратить внимание на атмосферное электричество. Ведь оно, как никакое другое, ближе всего – под руками. Однако на деле вышло совсем не так. Долгое время никому даже в голову не приходило, что молния и крошечная искорка, прыгающая с натертого куска янтаря, – явления одной природы, разные лишь по своему масштабу. Немалую роль в этом сыграло заблуждение древних философов, убежденных в том, что мир Земли не имеет ничего общего с миром Неба. Лишь в XVIII веке наступило время объединить наблюдаемые явления и уверенно заявить о том, что небесное и земное электричество – явления одной природы. И только в XX столетии люди наконец уяснили себе механизм образования грозы.

Что такое молния? Электрическая искра, возникающая между разноименно заряженными облаками или между облаком и землей. Гром – треск этой искры. В канале молнии воздух очень быстро нагревается, а нагревшись, расширяется, как при взрыве. Возникают звуковые колебания, воспринимаемые нами как гром.

Возникает вопрос: откуда появляются электрические заряды в атмосфере? Вы, наверное, не раз слышали об ультрафиолетовом и корпускулярном излучении Солнца. Проникая в верхние слои атмосферы, это излучение разбивает нейтральные молекулы воздуха на заряженные частицы – ионы, ионизирует воздух. То же действие оказывают и космические лучи, пронизывающие всю толщу атмосферы. А у самой поверхности земли воздух подвергается атакам излучения радиоактивных элементов, которые в изобилии содержатся в земной коре.

В конце XIX века ученые пришли к выводу, что в атмосфере Земли на высоте примерно шестидесяти километров начинается ионизованная область – ионосфера, проводящий слой атмосферы, который, как скорлупой, охватывает планету. Это позволяет грубо приближенно рассматривать земную поверхность и ионосферный слой как обкладки конденсатора с разностью потенциалов около 300 кВ. В районах ясной погоды этот природный конденсатор постоянно разряжается, поскольку ионы под действием сил электрического поля уходят вниз к Земле. А вот в районах грозовой деятельности картина иная. Считается, что в каждый момент времени грозой охвачен в среднем примерно 1 % земной поверхности. В этих районах мощные токи текут снизу вверх, компенсируя «разряд» в «ясных» районах. Таким образом, грозовые облака – это не что иное, как природные электрические генераторы, поддерживающие в равновесии всю систему сложного электрического хозяйства во всеземном масштабе.

Если вспомнить уроки физики в школе, то и сам механизм образования грозы перестает быть тайной: мощные вертикальные потоки поднимают вверх влажный теплый воздух. Наверху воздух расширяется и при этом охлаждается. Водяной пар конденсируется в капельки воды, которые собираются в кучевые облака. Давление у земли понижается, воздух с периферии устремляется к центру. Возникает ветер. Вот и готова первая стадия грозы.