Загадки электричества
— Принеси-ка мне стакан с водой и соли,— сказал дедушка, — вот тебе еще головная шпилька и карандаш. Ну-ка, построй из них элемент. Да живо, тебе дается минута сроку.
Я не построил этого элемента и через час и сказал, что о таких элементах ни в одной книжке не говорится. На это мне было сказано, что, следовательно, элементов-то, по существу, я и не знаю. Знать принцип устройства элементов, знать руководящую идею, положенную в основу их устройства, это значит знать элементы. А знать, как устроены элементы Леклан-ше, Даниэля, Гренэ и т. д. — это значит знать немногим больше того приказчика, который их продает в физическом магазине.
Элементы — это химические генераторы электрического тока, т.-е. аппараты, в которых электрический ток создается за счет тех или иных химических реакций.
Понятно, что для любой химической реакции нужны по меньшей мере два вещества, которые бы действовали друг на друга химически. Два твердых вещества при обычных условиях не вступают в химическую реакцию — их частицы не достаточно подвижны. Следовательно, хотя бы одно из них должно быть жидкое. А так как к тому же эта жидкость должна обладать электропроводностью, то очевидно, что она будет раствор соли, щелочи или кислоты. Соображение о хорошей электропроводности относится также и к твердому телу- откуда вывод, что целесообразнее всего в качестве твердого тела брать металлы, как обладающие наименьшим сопротивлением.
Рис. 20. Элемент, в котором на первый взгляд нет положительного электрода.
Этот металл должен с одной стороны быть возможно более дешевым, а с другой — возможно энергичнее вступать в химическое соединение и электризоваться. Наиболее удобным в этом отношении металлом является цинк. Но из этого отнюдь не следует, что только цинк можно употреблять для элементов.
Если мы опустим кусок цинка в раствор кислоты, соли или щелочи, то он получит отрицательный заряд, а раствор—положительный. Очевидно, что если соединить проволочкой часть цинка, не погруженную в раствор, с самим раствором, то по проволочке потечет ток (рис. 20). Однако, опустив кончик медной проволоки в раствор, мы сталкиваемся с двумя неблагоприятными обстоятельствами: во-первых, поверхность касания медной проволоки и раствора очень мала, поэтому она будет оказывать току очень большое сопротивление; во-вторых, медная проволочка сама будет электризоваться отрицательно в растворе и ослаблять э.-д. с. элемента 1. Первое неудобство обойти очень легко: для этого достаточно опустить в раствор большую медную пластинку, к которой и прикрепляется проволочка. Втрое разрешается тем, что берут такой металл, который бы не давал химического соединения с раствором, а следовательно, и не электризовался. Только одна платина из не слишком дорогих металлов может удовлетворить практически этому требованию. Но и платина очень дорога. Ее с большим удобством заменяют прессованным углем, приготовляемым из кокса и графита.
Рис. 21. Три элемента, сделанные из стаканов, карандашей, головных шпилек и раствора соли.
Такая угольная палочка или пластинка будет служить в качестве положительного полюса элемента. Она, собственно говоря, исполняет роль собирателя электричества из раствора. Отрицательным полюсом служит цинк.
Элемент, предложенный в задаче № 52, можно составить следующим образом: вынуть из карандаша графит, счистить с головной шпильки лак и опустить их в стакан с раствором поваренной соли. Хотя, пользуясь железным электродом, мы получим ток более слабый, чем от цинкового, но и железо будет электризоваться отрицательно.
Когда-то в приморских странах устраивали оригинальные элементы: опускали в море листы цинка и меди, и элемент был готов. В Швейцарии не так давно употреблялись земляные элементы; листы меди (или мешки с углем) и листы цинка зарывались в землю.
Когда мы выясняли, как устраивался элемент из карандаша и головной шпильки, мы немедленно построили его сами. К сожалению, нам пришлось сильно разочароваться в нем, — ни лампочка от карманного фонаря, ни электрический звонок не убедили нас в том, что он дает ток. Мы соединили даже три таких элемента последовательно (рис. 21), но и от них лампочка даже не накалялась.
— Хорош элемент, ничего сказать! На что же годятся твои шпильки и карандаш? А мы-то думали: что же это никто не строит таких дешевых и простых элементов?
— Элемент неплохой — сказал я, — дайте срок, я вам еще докажу на опыте, что даже такой маленький элемент дает ток. А сейчас извольте-ка решить...
Медь электризуется слабее, чем цинк, но получает заряд того же знака. Если бы медь приобретала такой же потенциал, как и цинк, то мы вообще не смогли бы получить тока от такого элемента. Два куска цинка, опущенных в любой раствор, не дадут тока именно потому, что и тот и другой электризуется не только одноименно, но и до равного потенциала.
Смотрите также:
Гальванические элементы своими руками
Аккумуляторы из бумаги и соли