Загадки электричества
— Я ставлю, товарищи, на стол стакан с холодным чаем, кладу два ножа и две проволоки, концы которых вам разрешается присоединить к электрической сети. Как бы вы поступили для того, чтобы вскипятить этот простывший чай?
Рис. 12. Ножи, которые мы употребляли для кипячения чая, были металлическими черенками.
По улыбке председателя мы сразу почувствовали, что в этой задаче есть какая-то хитрость. Однако, через час мы любовались дымящимся чаем, но, попробовав, нашли его не очень вкусным.
Прежде всего мы сообразили, что для подобных опытов совершенно не нужно пропускать ток через электрическую лампочку.
Ведь мы могли изменением концентрации раствора получить любую силу тока, которая оказалась бы не опасной для наших проводов.
Для нас было совершенно ясно, что чай сам по себе не проводит электричества и что его следует превратить в раствор щелочи, соли или кислоты. Мы приготовили чай с лимоном и тут-то для нас стало ясно, почему председатель предложил нoж вместо шпилек. Если мы предполагали сварить чай годный для употребления, то мы не могли выжать в него много лимона, а при слабом кислотном растворе сила тока при пользовании ножами будет, очевидно значительно больше, чем при шпильках, так как ширина ножа во много раз больше ширины шпильки.
Из рис. 12 видно, как мы соединили все части для кипячения чая.
Во время опытов над кипячением растворов я подметил одно новое явление, о котором и хотел рассказать моим товарищам. Однако, меня попросили подождать с новым, когда имеется еще и старый материал.
— Товарищи, закон Джоуля-Ленца говорит, что количество выделяемого в проводнике тепла пропорционально его сопротивлению. Но ведь отсюда следует, что мы можем от самого ничтожного тока получить неограниченное количество теплоты, пользуясь огромными сопротивлениями. Если это так, то электрические грелки были бы самыми выгодными в мире. Однако, практика показывает, что, наоборот, они самые неэкономные.
Товарищ безусловно прав, когда говорит, что от самого слабого тока можно получить очень большой тепловой эффект, употребляя большие сопротивления. Но представьте себе, что мы хотим использовать, например, силу тока всего в 1 А. Тем самым мы уже не можем брать произвольное сопротивление. Действительно, при определенной э. д. с. в нашей осветительной сети (100 V) сопротивление по закону Ома должно быть равно
R =100/ 1 =110 Омам.
Понятно, что сколько бы мы ни старались увеличивать сопротивление, мы при этом неизбежно понизим силу тока. Мало того, если мы увеличим сопротивление в два раза, то сила тока уменьшится также в два раза, а так как количество тепла, выделяемое током, пропорционально квадрату силы тока, то оно уменьшится в четыре раза от ослабления тока и увеличится в два раза от увеличения сопротивления.
Таким образом, в результате количество тепла уменьшится в два раза. Как видите, вместо выигрыша — проигрыш. Конечно, если мы, увеличивая сопротивление, будем повышать и э.-д. с. нашей осветительной сети, то мы сможем добиться того, что при каком угодно сопротивлении у нас в цепи может быть 1 А, Однако, повышать э.-д. с. нашей осветительной сети мы не можем, а если бы даже ради нас ее повысили на центральной станции, то это потребовало бы усиленной работы динамо-машины и также не принесло нам никакой экономии.
К сожалению, и после решения этого вопроса мне не дали рассказать о моем наблюдении, так как нашелся еще один вопрос по поводу закона Джоуля-Ленца. Признаюсь, что он очень заинтересовал и меня.
— Товарищи,—сказал кто-то из нас,—я хочу обратить ваше внимание на пропорциональность теплоты квадрату силы тока. Почему именно квадрату?
На это председатель сказал:
— Удивительно, товарищи, как только в какой-нибудь формуле встречается квадрат, так вас начинают разбирать сомнения. Ведь с таким же правом можно было бы спросить и о пропорциональности первой степени. Это такой же вопрос, как если бы вы спросили, почему меня зовут Андреем.
Почти все накинулись на председателя.
— Ничего подобного! Если бы была пропорциональность первой степени, то было бы все совершенно ясно. Я тебе сейчас докажу всю абсурдность существующей пропорции.