Покоренная плазма

Учитель объяснял вам, что причина этого явления состоит в том, что вокруг магнита существуют магнитные силы, или магнитное поле. Благодаря этому кусочки железа намагнитились и заняли места вдоль магнитных силовых линий.

В природе существует не только магнитное, но и электрическое поле. Оно — непременный спутник любого электрического заряда. Собственно, мы узнаём о существовании заряда по электрическим силам, которые обнаруживаются вокруг него, по электрическому полю, которое возникает одновременно с возникновением заряда.

Электрические силы влияют на любой заряд, который попал в пространство, где существует поле. Предположим, мы наэлектризовали стеклянную палочку. Вдруг около нее оказывается пылинка, на которой «осели» электроны, зарядившие эту пылинку отрицательным электричеством. Ее неудержимо потянет к стеклянной палочке. Сделают это силы поля.

Если бы палочка была не стеклянной, а янтарной, то есть несла бы не положительный, а отрицательный заряд, то силы поля погнали бы пылинку прочь от палочки. Конечно, и пылинка отталкивает палочку, но она почти невесома, а палочка массивна и сдвинуть с места такую тяжесть не так просто.

Это легко понять из такого сравнения: вы подплыли к барже, потом уперлись в ее борт ногами и оттолкнулись. Барже хоть бы что, она осталась на месте, а вы оказались в нескольких метрах от нее.

Теперь легко понять, почему к янтарному веретену в опыте Фалеса Милетского прыгали легкие шерстинки. Благодаря электрическому полю на ближайших к веретену шерстинках скопились положительные заряды. Их потянуло к отрицательно заряженному веретену. Электрические силы преодолели силы тяжести, и шерстинки начали прыгать на веретено.

Когда заряженные тела «равноправны», например две стеклянные палочки, то электрические силы заметно отклоняют и то и другое тело. Поэтому мы и видим, как притягиваются или отталкиваются обе заряженные палочки.

Чтобы лучше разобраться в том, как взаимодействуют друг с другом заряженные тела, английский физик Фарадей предложил изображать электрические поля с помощью линий. Чем больше электрические силы, тем гуще располагаются электрические силовые линии в данном месте.

На рисунке показана картина поля между двумя разноименно заряженными телами. Электрические силовые линии наиболее густы вблизи зарядов. Выйдя из одного заряда, например, положительного, они веером расходятся в стороны и вновь сходятся в другом заряде.

Можно получить равномерное электрическое поле. Для этого нужно взять две металлические пластины, поместить их одну против другой и зарядить разноименным электричеством. Силовые линии, как видно из второго рисунка, распределяются между пластинами равномерно.

Давайте поместим мельчайший электрический заряд в пространство между пластинами. Если это будет отрицательный заряд, например, электрон, то электрические силы неудержимо увлекут его вверх, к положительно заряженной пластине. Заряд противоположного, положительного знака будет двигаться к нижней пластине.

Силовые линии показывают направление действия электрических сил. Вдоль этих линий и движутся в электрическом поле заряды.

Образно выражаясь, силовые линии — это невидимые бороздки, по которым катятся заряды. Уйти из борозды, изменить направление движения электрический заряд не может. Он во власти сил поля, он не может двигаться, куда ему вздумается.

«Массовое» упорядоченное движение электрических зарядов и образует электрический ток.

Возьмем обыкновенную батарейку от карманного фонаря. Подключим к ней лампочку. Она загорится. Почему?

Внутри батарейки идут химические превращения веществ. Благодаря им на одном зажиме создается избыток электронов, на другом — недостаток. Но электроны с отрицательного зажима не могут «перепрыгнуть» по воздуху на положительный — слишком велико сопротивление воздушной среды.

Другое дело, когда мы соединим полюса батарейки проводами. В металле много свободных электронов, не связанных с атомами. Электрические силы поля подхватят эти электроны и заставят их двигаться по проводнику. В цепи возникнет ток, который тотчас начнет совершать работу — заставит светиться нить лампочки, начнет нагревать провода и т. д.

А источник тока — батарейка — будет добросовестно выталкивать в цепь все новые и новые электроны, расходуя заключенную внутри нее химическую энергию.

Газ — изолятор, но в нем тоже может возникать ток. Как это происходит, вы узнаете позже, когда будет ясно значение слова «плазма».

Глава II

Четыре состояния вещества

Я сижу у окна и смотрю, как пушистые, почти невесомые снежинки падают на широкий карниз, который тянется вдоль окон четвертого этажа нашего дома. Снежинок много, они как белые мухи летают за окном и, утомившись, садятся на первые попавшиеся предметы — на перекладины пожарной лестницы, на выступы кирпичной стены, на изгибы сточной трубы. Но больше всего их на карнизе; на нем снежинки еще с утра начали вязать белопуховый шарф — и теперь этот шарф накинут на плечи всему дому и будет украшать его до весны.

Я открываю форточку, и несколько снежинок опускаются на мой стол. Мне не удается даже как следует рассмотреть эти изящные, изумительно правильные снежные звездочки. Едва приземлившись, они на моих глазах превращаются в капельки воды.

Мысленно пытаюсь я проследить жизнь этих недолговечных созданий природы. С чего она начинается? Решить это так же трудно, как трудно в кольце найти начало и конец.

В воздухе, которым мы дышим и который бьет нам в лицо, когда мы мчимся на лыжах с крутой горы, носятся многие миллиарды миллиардов молекул воды. Молекулы эти по устройству нехитры: в каждой из них объединились в одну семью два атома водорода и один атом кислорода.

Благодаря солнечному теплу вода даже зимой испаряется, превращаясь в молекулы-одиночки, в газ.

Влажный и теплый воздух поднимается от земли вверх, при своем движении он расширяется и теряет тепло. На высоте пять — семь километров молекулы воды, бывшие ранее одиночками, вновь соединяются в большие группы, снова образуют мельчайшие капельки воды. Если вверху очень холодно, то вместо капелек могут возникнуть крохотные кристаллики льда.

Вы не задумывались над тем, из чего состоят причудливые нагромождения облаков? Из таких вот мельчайших капелек воды или кристалликов льда.

Но вот в воздухе повеяло холодом. Капельки воды замерзают и начинают быстро расти. К ним примыкают другие, еще не замерзшие капельки воды, довольно быстро превращая еле видимый кристаллик в снежинку причудливой формы.

Миллиарды соединившихся воедино молекул образовали мельчайшую капельку воды, миллионы таких капелек создали снежинку, которая упала ко мне на стол и растаяла. Через несколько минут на столе не останется и следа от этой капли. Молекулы воды начнут новое путешествие по кругу.

Я сознательно рассказал так подробно о снежинках. Их рождение, жизнь и гибель тесно связаны с превращениями вещества, в данном случае воды, с переходом ее из одного состояния в другое.

Кристаллы, из которых построена снежинка, — это твердое состояние воды, капелька на моем столе — жидкое ее состояние, и, наконец, в третьем, газообразном состоянии, вода оказалась после того, как капелька испарилась, исчезла со стола.

Не все вещества так легко переходят из одного состояния в другое.

Возьмем, например, азот — газ, который составляет четыре пятых воздуха. Как его ни замораживай, он ни за что не хочет сжижаться. И лишь при температуре двести десять градусов ниже нуля он становится жидкостью. Такого холода не бывает даже и в Антарктиде. Но ученые научились добывать «искусственный» холод и с его помощью заставлять азот превращаться в жидкость.