Где живет электричество?
Ты, конечно, знаешь, где оно живет: в проводах, подвешенных на высоких мачтах, в комнатной электропроводке и еще в батарейке карманного фонаря. Но все это электричество домашнее, ручное. Человек его изловил и заставил работать. Оно потрескивает в никелированном теле электроутюга. Сияет в лампочке. Гудит в электродвигателях. Весело распевает в радиоприемниках. Да мало ли что еще может делать электричество.
Ну, а есть ли на свете электричество дикое, неприрученное? Такое, которое живет само но себе?
Да, есть. Оно вспыхивает ослепительным зигзагом в грозовых тучах. Оно светится на мачтах кораблей в душные тропические ночи. Но оно есть не только в облаках, и не только под тропиками. Тихое, незаметное, оно живет всюду. Даже у тебя в комнате. Ты часто держишь его в руках и сам об этом не знаешь. Но его можно обнаружить.
Зимой, в хорошо натопленной комнате возьми пластмассовый гребень и несколько раз проведи им по волосам.
Ты услышишь слабое потрескивание. Волосы встанут дыбом. Особенно хорошо это заметно, если ты только вчера мыл голову. Причесываясь в темноте, можно даже увидеть крошечные электрические искорки. Электричество у тебя в волосах!
Оторви несколько маленьких клочков папиросной бумаги и поднеси к ним гребень. Клочки лежат спокойно.
Но проведи гребнем по волосам — и бумажки станут к нему притягиваться.
Что изменилось? Только одно: гребень наэлектризовался. Значит, притяжение вызвано электричеством. Бумажки зашевелятся, запрыгают, словно живые. Еще сильнее будет их «беспокойство», если провести гребнем не по волосам, а потереть его о просушенную у печки шерстяную ткань или фланель. Гребень притягивает также сухую мякину, легкие шарики из сердцевины бузины. Вместо гребня можешь потереть о фланель или шерстяную ткань палочку сургуча, а еще лучше кусок плексигласа (прозрачной пластмассы, которую называют также органическим стеклом, или сокращенно оргстеклом).
Электрический театр
Можешь устроить театр, в котором будут плясать наэлектризованные бумажные танцоры. Только гребень для этого театра слишком слаб. Возьми кусок оконного стекла длиной 40 см и шириной 25 см. Хорошенько просуши это стекло у печки или батареи отопления. Оно должно быть совершенно сухим. Просушенное стекло положи между страницами двух толстых книг. Пусть лежит над столом на высоте примерно 3 см.
Из тонкой папиросной бумаги вырежь фигурки танцоров высотой 1,5–2,0 см. В ногу каждого танцора воткни булавку, чтобы он не «взлетел» и не приклеился к стеклу. Положи эти фигурки на стол под стекло.
Для того чтобы наэлектризовать стекло, натирай его покрепче шерстяной или лучше шелковой тряпкой. Она должна быть тоже совершенно сухая. Вскоре фигурки, притянутые электричеством, начнут привставать и подпрыгивать.
Если опыт не удастся сразу, просуши еще раз стекло и тряпку. Всякий даже малейший след сырости — враг этого опыта.
Зато с органическим стеклом опыт получится замечательно. Лист плексигласа прекрасно электризуется, если потереть его комком бумаги или даже просто сухой ладонью. Он притягивает танцоров так сильно, что можно делать их не из папиросной бумаги, а из обычной. Можно вырезать фигурки разных цветов, разных видов. Одинаково бойко запляшут клоуны и лягушки, изящные балерины и слоны!
Кстати, «электрический танцевальный зал» можешь использовать и для другого забавного опыта. Сделай из бузинной мякоти или из пенопласта игральные кубики и положи их под стекло вместо танцоров. Три стекло — кубики будут прыгать, поворачиваться и показывать каждый раз другое число очков!
«Огни святого Эльма»
Не может быть, чтобы ты не читал об этом интересном явлении природы. Иногда в тропическую ночь на мачтах и реях кораблей появляются кисточки холодного пламени. Эти огни известны очень давно. Их видели Колумб и Магеллан, о них писал даже Юлий Цезарь, который однажды видел такое свечение на копьях своих солдат во время ночного похода через горы.
Ты тоже можешь получить подобие этих огней. Погаси в комнате свет, хорошенько натри сухой тряпкой лист оргстекла и приблизь к нему полураскрытые ножницы остриями вперед. До листа будет еще довольно далеко, а на остриях ножниц уже появятся дрожащие пучки нитей, светящиеся лиловатым пламенем. Прислушавшись, ты можешь услышать легкое шипение или жужжание.
«Огни святого Эльма» холодные. Если вместо ножниц поднести к листу оргстекла спичку, огонь будет плясать прямо на ее головке, но головка не вспыхнет.
Ну, а при чем здесь святой Эльм? В старые времена люди были очень суеверны. Все непонятные явления они объясняли вмешательством святых либо кознями дьявола. Огням «повезло»: их считали хорошей приметой. Они часто появлялись на шпиле церкви святого Эльма в одном из городов Франции. А на самом деле эти огни получаются примерно так же, как в нашем опыте. Только вместо натертого листа оргстекла над кораблем или над церковью проходит наэлектризованное облако.
Электрический кот
Ты, наверное, слышал, что существуют на свете электрический угорь и электрический скат. Охотясь, они поражают свои жертвы электрическим разрядом. Ну, а электрический кот? Где водится это загадочное животное?
Оказывается, «электротехнические способности» есть у каждого самого обычного кота. Но не каждый годится для опытов. Кот нужен смирный, добродушный и чистый. Кот-неряха не подойдет: его шерсть плохо электризуется. Кстати сказать, и юные физики тоже не все годятся для этих опытов. Если ты не любишь кошек и кошки не любят тебя, кот не станет смирно сидеть у тебя на руках.
В сухой морозный день дай коту погреться у печки или батареи отопления, чтобы его шубка стала вполне сухой. Вымой руки, вытри их досуха и возьми кота левой рукой под грудку, как показано на рисунке.
Правой рукой быстро гладь кота «по шерсти»: от головы к хвосту. Скоро ты почувствуешь в руках легкое покалывание и услышишь тихий треск. Если делать этот опыт в темноте, то, когда глаза привыкнут, ты увидишь, как шерсть кота вспыхивает маленькими искорками. Кота этот опыт не особенно беспокоит. Но все же его терпение может лопнуть в самый ответственный момент. И тогда вместо электрических искр в твою руку вонзятся острые когти!
Знаменитый американский изобретатель Эдисон, тот самый, что изобрел фонограф, сделал много важных изобретений и в области электротехники. Он изобрел лампочку накаливания, патрон к ней, выключатель и создал первую систему электрического освещения. Так вот, еще мальчишкой Томми Эдисон делал опыты с электричеством, добытым из кошки. Можно сказать, что это симпатичное животное мурлыкало у колыбели электротехники!
Электричество притягивает
Конечно, притягивает. Иначе не стали бы танцевать бумажные танцоры в нашем театре. Можешь сделать еще несколько опытов с электрическим притяжением.
Источник электричества для этих опытов — палочка из сургуча, эбонита, а лучше всего из плексигласа, натертая сухой шерстяной тряпкой. Кстати сказать, из прозрачного плексигласа (белого или окрашенного в массе) часто делают линейки, угольники, портсигары, ручки (не самопишущие, а простые), даже чернильные приборы. Все эти вещи хорошо подходят для наших опытов.
Опыт первый. Поставь яйцо в рюмку и уравновесь на нем линейку. Подноси к концу линейки натертую палочку. Линейка будет поворачиваться за палочкой, словно стрелка компаса!
Опыт второй. Уравновесь на спинке стула трость или просто палку, только сухую и достаточно длинную, чтобы не сваливалась. Поднеси к ее концу все ту же натертую палочку — и трость повернется!
Опыт третий. Листок папиросной бумаги нарежь полосками, только не до конца, а как гребенку и оберни целой стороной вокруг авторучки. Получится как бы кисточка. Вставь ручку другим концом в какую-нибудь подставку — кисточка обвиснет. Поднеси натертую палочку — полоски папиросной бумаги зашевелятся и потянутся к ней.
Опыт четвертый. Пусти из крана тоненькую струйку воды. Поднеси к ней наэлектризованную палочку.
Струйка отклонится в сторону палочки! Это будет тем заметнее, чем дальше от тела ты держишь палочку. С хорошим куском оргстекла можно даже заставить воду течь мимо раковины!
Электрический спрут
Как видишь, наш электрический зверинец продолжает пополняться. Но я не предлагаю тебе ловить живого спрута и пытаться наэлектризовать его при помощи трения. Спрут будет искусственный, из газеты. Отрежь от края газетного листа полосу шириной 8 см и нарежь из нее восемь «щупалец». Только не до конца режь, иначе получится не спрут, а лапша!
Настоящий спрут без воды гибнет. А наш бумажный спрут совершенно не терпит даже малейшей сырости. Хорошенько просуши его: зимой у печки, а летом на солнцепеке. Разложи расправленного сухого спрута на сухом столе и наэлектризуй его, проводя платяной щеткой по ходу щупалец. Разумеется, и щетка должна быть совершенно сухая.
Наэлектризованного спрута подними левой рукой, свернув неразрезанную сторону листа в колечко. Щупальца будут висеть книзу…
Постой-ка, что это с ними? Смотри, они растопырились колоколом, словно готовясь захватить добычу!
А ну-ка, смелее! Засунь правую руку снизу внутрь этого колокола! Конечно же, щупальца спрута немедленно ее схватят, облепят. Хорошо еще, что у бумажного чудища нет присосок!
Этот веселый опыт заставляет кое о чем задуматься. Наэлектризованные щупальца схватили руку? Правильно, они к ней притянулись: ведь электричество притягивает. Но вот почему они с самого начала колоколом растопырились? Они же ведь должны бы были один к другому притянуться, слипнуться?
Электротрусишка
В магазине электротоваров тебе предложат электроутюг, электрочайник, электрополотер. Электротрусишку придется изготовить самому. Вылепи из пластилина голову с самой испуганной рожицей, какую только сумеешь, и насади эту голову на авторучку (разумеется, закрытую). Ручку укрепи в какой-нибудь подставке.
Из станиолевой обертки от плавленого сырка, чая, шоколада сделай трусишке шапочку и приклей ее к пластилиновой голове. «Волосы» нарежь из папиросной бумаги полосками по 2–3 мм шириной и сантиметров по 10 длиной и приклей к шапочке. Эти бумажные космы будут свисать в беспорядке.
А теперь хорошенько наэлектризуй палочку и поднеси ее к трусишке. Он страшно боится электричества; волосы на голове у него зашевелились, Коснись палочкой станиолевой шапочки. Даже проведи боком палочки по свободному участку станиоля. Ужас электротрусишки дойдет до предела: волосы его поднимутся дыбом!
Электричество отталкивает
Опыты со спрутом и трусишкой показали, что электричество может не только притягивать. Иногда оно отталкивает. Отталкиваются одно от другого щупальца спрута. И волосы трусишки встали дыбом потому, что они тоже отталкиваются.
Почему же электричество ведет себя так странно, так непоследовательно? Оказалось, что существует не один, а два вида электричества. Один вид тот, с которым мы делали большинство наших опытов. Он получается, если потереть шерстью пластмассу, эбонит, сургуч. А есть и другой вид электричества. Чтобы его получить, надо натереть шелковой тканью стеклянную палочку или пластинку. Только из настоящего стекла, не из органического!
Этот опыт в домашних условиях получается плохо. Нужно, чтобы и стеклянная палочка и шелковая ткань были очень чистыми и очень сухими. Если ты этого добьешься, то увидишь, что «стеклянное» электричество (его назвали положительным) действует так же, как отрицательное, с которым ты уже знаком. Оно притягивает клочки бумаги, поворачивает за собой линейку на яйце, поднимает дыбом волосы трусишки.
Вспомни, что электротеатр получается и с обычным стеклом, хоть и не так хорошо, как с органическим.
В чем же разница между положительным и отрицательным электричеством? Легче всего это понять, если сделать двух «электротрусишек». Поставь их на столе недалеко друг от друга и заряди одного, скажем, от сургучной палочки. Он «испугается», но волосы зашевелятся и у другого, которого ты не заряжал. Они будут тянуться к волосам первого трусишки.
Если ты еще раз потрешь палочку и зарядишь также и второго трусишку, он тоже «испугается». Сближай двух одинаково заряженных трусишек. Их волосы отталкиваются!
Точно то же самое получается и со стеклянной палочкой. Но вот если одного трусишку зарядить от сургучной палочки, а другого — от стеклянной, их волосы будут притягиваться.
Молния на столе
Три стакана хорошо просуши над огнем или возле печки и поставь их на стол. Сверху на них положи металлический поднос или просто лист металла, тоже хорошо просушенный. Кусок плексигласа побольше (угольник, линейку) наэлектризуй сухой тряпкой и положи на поднос. Возьми чайную ложку и потянись ею к краю подноса. Щелк! Что такое? Ложечка ведь и коснуться подноса еще не успела.
Погаси свет и, когда глаза привыкнут к темноте, повтори этот опыт. Теперь ты увидишь «молнию» — яркую, беловато-синюю искру в полспички длиной!
Значит, треск, который ты слышишь, это «гром»? Так и есть. Во время грозы он обычно приходит с запозданием. Только если молния вспыхивает близко, над самой головой, гром гремит почти сразу. Дело в том, что свет от молнии распространяется очень быстро, почти мгновенно. А звук идет медленнее, примерно один километр за три секунды. Потому он и отстает. А в нашем опыте, конечно, свет и звук доходят оба в тот же миг.
Если протянуть к подносу не чайную ложечку, а просто руку, «молния» ударит в нее. Это безопасно, но чувствительно. Укол в палец заставит тебя отдернуть руку.
Электрическая ложка
Поставь на стол две чистые и сухие бутылки. Лучше молочные: у них горлышки пошире. А тебе ведь нужно будет положить на эти горлышки линейку. К линейке подвесь на шелковой ниточке авторучку так, чтобы ее нижний конец был на высоте 1 см от стола. Под ручкой положи на стол мелкие клочки бумаги.
Натри шерстью палочку из сургуча или оргстекла и коснись ею верхнего конца ручки. Смотри внимательно: что будет с бумажками? Нет, ничего не происходит. Они лежат спокойно. Видимо, опыт не удался? Но он и во второй раз не удается, и в третий.
А вот если ты на место ручки подвесишь металлическую чайную ложечку, тогда другое дело. Бумажки придут в сильное беспокойство, как только ты коснешься ложки натертой палочкой. Гляди, гляди, как они запрыгали у нижнего конца! А ты ведь касался палочкой верхнего конца ложки.
Почему такая разница? Да потому, что ложка металлическая, а металлы хорошо проводят электричество. Заряд, попавший с палочки, распространился по всей ложке. А пластмассовая ручка электричества не проводит. Вот заряд и остался на ее верхнем конце, на нижний не попал. Теперь ты понимаешь, почему все провода делают металлическими: медными, алюминиевыми, стальными? По металлу электрический ток идет хорошо. А чтобы он не ушел, куда не следует, провода одевают в оболочку из резины или из пластмассы. Эти материалы электричества не проводят.
Первая батарея
Есть у меня одна очень старая книга: учебник физики, изданный в Париже в 1799 году. Книга напечатана на старинной, «тряпичной» бумаге. Делать бумагу из древесины тогда еще не умели. И рисунки в ней раскрашены… кисточкой от руки! Печатать цветные картинки в тогдашних типографиях тоже еще не умели.
Книга попала ко мне от детского писателя Гершензона. Это он 30 лет назад перевел и обработал «Научные развлечения» Тома Тита — автора многих опытов, которые мы с тобой проделали. Где взял эту книгу Гершензон, я не знаю. И спросить уже не у кого. Когда началась Великая Отечественная война, Михаил Абрамович Гершензон вступил добровольцем в народное ополчение и погиб в боях с фашистами.
Так вот, в этой книге написано и про центр тяжести, и про воздух, и про воду, и про звук. Есть там рассуждения о зеркалах, о микроскопах, подзорных трубах и разноцветных волчках. А вот про электричество сказано примерно то, что мы с тобой узнали в этой главе. И ничего больше.
«Постойте, — скажешь ты, — а как же электрическое освещение? А электродвигатели, электровозы, электроплитки, электросварка?»
Сто семьдесят лет назад ничего этого еще не было. Ученые считали электричество таинственной жидкостью, невидимой и невесомой. Не было не то что радио или телевидения, не то что электродвигателей, не было даже простенькой батарейки для карманного фонаря!
Впрочем, первая электрическая батарея появилась именно в 1799 году. Поэтому в мой старинный учебник попасть она не успела. Ее изобрел итальянский физик Алессандро Вольта. Тот самый, в честь которого единицу напряжения электрического тока назвали вольтом. Батарея Вольта, или Вольтов столб, как тогда говорили, была составлена из медных и цинковых кружков Они были сложены столбиком: медь — цинк, медь — цинк, медь — цинк, и переложены кружочками сукна, смоченного в растворе серной кислоты.
Похожую батарею ты можешь сделать сам. Подбери пять двугривенных и пять трехкопеечных монет. Они примерно одинаковые по величине, а сделаны из разных сплавов. (Разумеется, будет лучше, если ты сможешь достать медь и цинк и нарезать из них кружки размером с монету.) Монеты почисть, чтобы удалить с них следы жира. Ясно, что лучше подобрать монеты поновее — их скорее очистишь.
Вместо сукна у нас будет промокательная бумага, вместо кислоты — крепкий раствор поваренной соли. Как складывать столб, показано на рисунке.
Возьми его мокрыми пальцами за торцы, и ты почувствуешь слабый, но явственный электрический удар!
Турбина
Машинист электропоезда поворачивает рукоятку — и запевают свою песнь моторы. Гремят колеса, мелькают за окнами телеграфные столбы. Пусть спит пассажир на верхней полке. И спящий, он мчится быстрее ветра!
Ты щелкаешь выключателем — и в комнате вспыхивает яркий свет. Ночь превратилась в день! Ты включаешь электрический холодильник — и в самый жаркий день в его камере образуются иней и лед. Лето превратилось в зиму! Ты берешь из холодильника кубики льда, кладешь их в электрический чайник… Через несколько минут из чайника бьет струя пара. Лед превратился в кипяток! Ты включаешь радиоприемник… Артист, выступающий, может быть, за тысячу километров от тебя, слышен так, словно он поет в твоей комнате. Расстояние исчезло!
Разве все это не сказочные чудеса?
«Конечно, нет! — скажешь ты. — Что же тут сказочного? Самое обычное дело — электричество!»
И действительно, электрическая энергия стала самым обычным делом. Ее вырабатывают для нас особые машины — генераторы. Они работают на электростанциях. Только для того, чтобы генераторы давали электрическую энергию, их нужно крутить. Крутить не останавливаясь, днем и ночью. Крутить с такой силой, чтобы горели все электрические лампочки, мчались все электропоезда, вертелись все станки на заводах. Чтобы жарились все яичницы на электроплитках, замораживались все пельмени в холодильниках, работали все радиоприемники и телевизоры…
Кто же крутит генератор? У какого могучего великана хватает на это силы?
Такая великанская машина называется турбиной. От слова «турбо», что значит «вихрь».
Турбины бывают водяные, паровые и газовые. Струи воды, пара или раскаленного газа с большой силой ударяют в лопатки колеса турбины и заставляют его вертеться.
Большая турбина — ростом с дом. А самую маленькую ты можешь сделать сам. Возьми пробку и насади ее на вязальную спицу. По окружности пробки наколи шесть дырочек шилом или острым концом ножниц. В дырочки воткни птичьи перья. Лучше всего подойдут перья гусиные или утиные. Они совсем не боятся воды. Хуже всего куриные: они легко намокают.
Получилось колесо с шестью лопастями. Подбери два сучка с развилками и воткни их по берегам ручейка. Положи в развилки концы спицы. Струя воды ударит в лопасти колеса. Турбина завертится! Если ты живешь в городе, можешь сучки с развилками просто взять в руки и подставить лопасти турбинки под струю воды из крана.
Ну, а как сделать маленькую паровую турбинку? Это тоже несложно. Колесо с лопастями у тебя уже есть. Не хватает только струи пара. Где ее найти? Да вот она, бьет из кипящего чайника! Вокруг носика чайника оберни несколько раз голую или эмалированную медную проволоку. Конечно, чайник в это время должен быть холодным. Настоящую турбину ведь тоже сперва построят, а потом уже разжигают огонь под котлом.
Концы проволоки оберни по одному разу вокруг спицы, торчащей по обе стороны пробки. Проверь, свободно ли вертится колесо турбины перед носиком чайника. Если цепляет с боков, подгибай проволоку. Если цепляют концы перьев, можешь подстричь их ножницами.
Когда колесо завертится без помехи, турбину можно пускать в ход. Налей в чайник воды. Только немного, чтобы отверстие носика изнутри было свободно. Поставь чайник на огонь. Когда он закипит, из носика забьет струя пара. И твоя паровая турбинка завертится!
Можешь любоваться этим зрелищем минуту или две. Больше не стоит: ведь воды в чайник ты налил немного. Она скоро выкипит. И еще одно условие. Держи свои руки и нос подальше от чайника, чтобы не обжечь их паром!