Элен Черски - Физика и жизнь. Законы природы - от кухни до космоса

Самое неприятное для меня в экспериментах на море – это последние проверки, которые я обязана провести, прежде чем завершить работу. Я немного нервничала, поскольку я, и только я, несла ответственность за данный этап эксперимента. Чтобы определить характеристики воздушных пузырьков, которые образуются непосредственно под бушующими волнами, я использовала большой желтый буй с закрепленными на нем всевозможными измерительными приборами. Боцман отвечал за маневрирование судна возле буя (например, не задевать его корпусом судна и не создавать каких-либо помех работе научной аппаратуры, закрепленной на буе). Приближавшийся шторм обещал быть достаточно серьезным, и я ожидала получить ценную информацию по результатам своего эксперимента. «Мне осталось только подключить электрические батареи, после чего можно приступать», – сказала я. Огромный желтый 11-метровый буй был все еще надежно закреплен на палубе. Подключение батарей я начала с бронированной камеры, установленной наверху буя. Положив ладонь на место подсоединения кабеля питания к камере, я провела рукой по проводу, тянущемуся до дна буя, где были закреплены массивные электрические батареи, и вставила вилку в разъем. Затем таким же способом подсоединила к батареям акустические резонаторы. Нащупать место подсоединения кабеля питания к очередному устройству, провести ладонью по кабелю питания до места его подсоединения к батареям и вставить вилку в разъем. Это называется проверкой надежности подсоединения к источнику питания. Семь раз проверь, один раз измерь – вот мое правило. В ходе этих экспериментов могут проводиться невероятно тонкие и сложные манипуляции в физическом мире, но только при наличии электропитания. В моем случае оно обеспечивалось четырьмя массивными свинцово-кислотными морскими аккумуляторными батареями, весом около 40 килограммов каждая. Эти батареи были изобретены еще в 1859 году, и с тех пор их конструкция не претерпела существенных изменений. Тем не менее они очень надежные.

Когда пришел момент опустить буй с аппаратурой на воду, мы, ученые, в своих непромокаемых комбинезонах, собрались на дальнем конце палубы, а за работу принялась команда судна. С помощью лебедки они приподняли нашего желтого монстра с палубы и осторожно опустили в темные воды. Оказавшись в одиночестве среди бескрайнего бушующего моря, он уже не производил впечатления монстра – скорее, напоминал маленькое желтое пятнышко, которое с трудом угадывалось за вздымающимися вокруг него волнами. Экипаж и ученые, столпившись возле поручней, начали оживленно обсуждать посадку буя на воду и скорость, с которой он удалялся от корабля. Но я не задумывалась об этом. Я думала об электронах.

Там, под водой, началась их гонка. Они отчаливали от батареи, обегали электрические цепи научной аппаратуры, закрепленной на буе, и возвращались в батарею – с другого ее конца. В этих кольцевых гонках по электрическим цепям устройств, задействованных в эксперименте, участвовало фиксированное количество электронов; все они обегали одно и то же кольцо. Электроны не покидали его пределов, никуда не «расходовались» – просто наматывали круг за кругом. Задача заключалась лишь в том, чтобы постоянно подпитывать систему энергией, которая бы заставляла электроны совершать свое поступательное движение. Наматывая круг за кругом по кольцу, электроны затрачивают определенную энергию. Ее источником является батарея, а это весьма хитроумное устройство.

«Фишка» батареи в том, что она организует некую цепочку событий, где каждое звено служит источником электронов, необходимых следующему звену. Таким образом, как только к какой-либо электрической цепи подключают батарею, создаются условия, обеспечивающие движение электронов по этой цепи. У каждой из наших морских батарей было два вывода, с помощью которых они подсоединялись к любой электрической цепи, обеспечив ее питание. Внутри батареи каждый вывод был подсоединен к одной из двух свинцовых, не соприкасавшихся между собой пластин. Пространство между ними было заполнено кислотой (именно поэтому батареи называются свинцово-кислотными). Свинец может вступать в реакцию с кислотой двумя способами. Для одного необходим приток дополнительных электронов, а другой обеспечивает такой приток, вырабатывая дополнительные электроны. Свинцово-кислотная батарея считается полностью заряженой, когда эти две реакции между свинцом и кислотой заходят настолько далеко, насколько это возможно.