Александр Матанцев - Древние и не совсем древние технологии для извлечения атмосферного электричества и пьезоэлектричества

Георг Вильгельм Рихман(нем. Georg Wilhelm Richmann ) (1711 – 1753) – русский физик немецкого происхождения, действительный член Академии наук и художеств (адъюнкт с 1740, профессор физики с 1741) [265]. Основные работы – по калориметрии и электричеству. Вывел носящую его имя формулу для определения температуры смеси однородных жидкостей, имеющих разные температуры. Проводил опыты по теплообмену и испарению жидкостей в различных условиях. Предложил первую работающую модель электроскопа со шкалой. Соратник и друг М. В. Ломоносова. 3 июля 1752 года он представил на Конференции Академии доклад, не появившийся в печати. Его опыты над атмосферным электричеством, сведения о которых он постоянно сообщал в «Петербургских Ведомостях», производились регулярно летом 1752 и 1753 годов. От установленного на крыше дома, где жил Рихман, железного изолированного шеста в одну из комнат квартиры была проведена проволока, к концу которой крепились металлическая шкала с квадрантом и шелковая нить, по углу отклонения которой под воздействием атмосферного электричества Рихман делал измерения. Рихман неутомимо работал со своим прибором, который усовершенствовал, соединив его с лейденской банкой [86]. 6 августа 1753 года во время грозы, когда Рихман стоял на расстоянии около 30 см от прибора, от последнего направился к его лбу бледно-синеватый огненный шар. Раздался удар, подобный пушечному выстрелу, и Рихман упал мёртвый. Ломоносов писал: «Рихман умер прекрасной смертью, исполняя по своей профессии должность. Память его никогда не умолкнет», но в то же время беспокоился, «чтобы сей случай не был истолкован против приращений наук». Трагическая гибель Рихмана от шаровой молнии при исследовании атмосферного электричества «электрическим указателем» (прибором-прообразом электроскопа), который не был заземлён, имела большой резонанс во всем мире, в России временно запретили исследования электричества.

Бенджамин Франклин, 1752 год. Все началось со знаменитого опыта Бенджамина Франклина в июне 1752 года, когда он поднял воздушного змея перед грозовым облаком (рис. 2), и экспериментально доказал, что грозовые явления имеют электрическую природу (чудо, что он остался жив!). Он же изобрел громоотвод, конструкция которого практически не изменилась до наших дней, и ряд электростатических моторов.

Рис. 2

Рис. 2. Опыт Бенджамина Франклина, 1752 год (картина того времени). Рядом – его сын [78]

Леонард Эйлер(1707—1783), швейцарский математик и физик [108]. Великий швейцарский математик предположил, что эфир передает не только тепло и свет, но также магнитные и электрические силы и гравитацию. Эйлер был заметным приверженцем теории световых волн, в отличие от корпускулярной версии Ньютона. Воззрения Эйлера были изложены в двух его диссертациях 1753 и 1756 гг., присланных на международный конкурс научных работ. Конкурс был организован Петербургской академией наук по предложению М. В. Ломоносова с целью «сыскать подлинную электрической силы причину и составить точную её теорию». Основной смысл диссертации заключался в следующем: «Никаких специфических электрических материй в природе не существует. Носителем электричества является исключительно эфир – тот, о котором уже говорилось в связи с гравитацией и о котором далее будет говориться в связи с трактовкой оптических явлений. Свойства самого эфира следует объяснять исходя из механических представлений. Все тела в природе имеют пористую структуру, поры заполнены эфиром. Они могут быть большими (открытыми), малыми (замкнутыми) и средними. Тело электрически нейтрально, если эфир, содержащийся в порах, находится в равновесии с эфиром окружающей среды. Электризация есть случай нарушения указанного равновесия: если упругость эфира в порах больше, чем упругость окружающего эфира, то тело наэлектризовано положительно, если меньше – отрицательно. При трении двух разнородных тел поры сжимаются, и в зависимости от степени этого сжатия «выдавленный» эфир перетекает от одного тела к другому. Тела с открытыми порами есть проводники, с замкнутыми – изоляторы, однако абсолютных изоляторов в природе нет, ибо даже тело с замкнутыми порами в конце концов должно прийти в равновесие с окружающим эфиром, т.е. разрядиться. Особо следует отметить оригинальность эйлеровской идеи электростатического поля, в определённом смысле являющейся предвосхищением идей, выдвинутых в XIX в. Фарадеем. Эйлер рассматривает электростатическое притяжение и отталкивание как следствие изменений давления эфира, возникающих в процессе электризации. В данном случае он использовал закон Бернулли об уменьшении давления жидкости там, где её скорость больше (правда, ошибочно говоря об «упругости» жидкости, хотя закон Бернулли верен только для жидкости несжимаемой). По Эйлеру, избыток или недостаток упругости эфира в порах наэлектризованного тела вызывает поток эфира либо из этого тела, либо внутрь тела. Вследствие движения эфира его «упругость» вокруг тела уменьшается, притом сильнее всего около самого тела. И если какое-то тело (наэлектризованное или нет) попадает в область изменённых «упругостей» (а правильнее сказать, давлений) эфира, то оно должно двигаться в сторону меньшей упругости, т.е. по направлению к наэлектризованному телу. Если же рядом находятся два одноимённо заряженных тела, то «эфирные потоки между телами нейтрализуют друг друга, «упругость» здесь будет почти нормальная, в то время как во всех остальных направлениях, по общему правилу, упругость эфира будет меньше нормальной. Ясно, что такие тела должны будут друг от друга отталкиваться».