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

Подсоединив научную аппаратуру к батарее, я, по сути, создала путь, пролегающий от одной свинцовой пластины через электрические схемы всей научной аппаратуры к другой свинцовой пластине. Оставалось добавить в этот лабиринт последний, но принципиально важный, недостающий фрагмент: вследствие химических реакций, протекающих на свинцовых пластинах, в проводах возникло электрическое поле. Именно оно приводит в движение электроны, заставляя их перемещаться от одной свинцовой пластины к другой. Но поскольку электроны не могут перемещаться в кислоте, им ничего не остается, как двигаться длинным окольным путем: по «наружной» электрической цепи. Как только электрическое поле создаст для электронов возможность продвижения по электрической цепи, реакции на свинцовых пластинах начинают идти в обратном направлении из-за образования замкнутой электрической цепи. Одна из свинцовых пластин (точнее, следовало бы говорить об «одном комплекте» свинцовых пластин) отдает электроны кислоте, а затем кислота передает этот заряд на другую свинцовую пластину (опять-таки, следовало бы говорить о «другом комплекте» свинцовых пластин), которая в процессе химической реакции принимает на себя электроны. В целом процесс движения электронов по цепи поддерживается, поскольку существует наружная электрическая цепь, по которой они могут возвращаться к первому комплекту пластин. Самое главное, что в процессе перемещения по наружной электрической цепи электроны теряют часть энергии. Такое их перемещение называется электрическим током. Если его прохождение по сложной электрической цепи приводит к выполнению какой-либо полезной функции, реализуемой этой электрической цепью, то это означает, что с помощью электрической батареи вам удалось заставить электрическую энергию работать.

Все эти мысли проносились в моей голове, пока я, перегнувшись через поручни на палубе, наблюдала за желтым буем, пляшущим на волнах. Камера должна была включиться, создав путь для электронов от батареи, которые добрались по проводу до отсека с камерой. Пути прохождения электронов нужно все время контролировать, памятуя о том, что они всегда выбирают самый легкий для себя путь. Пути для движения электронов создаются с помощью проводящих материалов. Кабель питания изготавливается из металла. Продвигаться по металлу электронам гораздо легче, чем по пластмассовой оболочке кабеля, поэтому можете быть уверены, что они будут двигаться именно по кабелю, а не рваться наружу через его пластмассовую оболочку. Помимо управления электрическим током путем комбинирования проводящих и непроводящих материалов, самым основным элементом управления электрическим током является переключатель. Замкнутый переключатель – то место в электрической цепи, где соприкасаются две части электрического провода. Они не соединены между собой «намертво», но когда соприкасаются, электроны могут свободно перетекать из одной части в другую. Чтобы остановить их движение, достаточно просто рассоединить эти части электрического провода. Поток электронов остановится, лишившись легкого пути, чтобы перебраться из одной части провода в другую.

Добравшись по проводу до отсека с камерой, поток электронов разветвляется по двум направлением: одно ведет к компьютеру, а другое – к собственно камере. Говорят, что все дороги ведут в Рим. Применительно к электрическим цепям можно сказать, что они ведут к батарее. Массивный желтый буй был лишь наружной оболочкой для этого ветвящегося потока электронов, а сами они генерировали электрические и магнитные поля, приводя в движение шторки камеры, выполняя роль секундомеров, создавая световые вспышки и фиксируя данные в виде огромной и чрезвычайно сложной синхронизированной последовательности электрических импульсов, прежде чем вернуться к батарее.

И все это происходило во время шторма, разыгравшегося в Северной Атлантике, когда буй раскачивался на огромных волнах (иногда их высота достигала 8–10 метров). Мы маневрировали, отдавшись во власть стихии, рядом с буем на исследовательском судне, где сила земного притяжения была весьма ненадежным товарищем и где видимость порядка поддерживалась лишь стальными тросами, пеньковыми канатами и эластичными шнурами. Через три-четыре дня течение химической реакции в батареях подошло к концу – они снова вернулись в свое первоначальное, незаряженное состояние. Запас электрической энергии на буе закончился, исчерпалась сила, заставлявшая электроны перемещаться по электрическим цепям. Буй превратился в безжизненную оболочку из металла, пластика и полупроводниковых материалов. Но собранные нами данные уже хранились в полупроводниковой памяти компьютера, и это было очень надежное хранилище информации.