Опыты научные, политические и философские (Том 2) - Спенсер Герберт - Страница 41

Если бы каждая из двух струн была соединена с группой ей подобных и могла бы сообщать соседним струнам как собственные, первоначальные, так и измененные колебания, то, очевидно, каждая из струнных групп, помимо своих простых быстрых колебаний, производила бы еще ту или другую сложную колебательную волну. Этот пример, думается мне, показывает, что если массу молекул, имеющих известный период колебаний, привести в соприкосновение с другой массой молекул, имеющих другой период колебаний, то совпадение и несовпадение их движений должно чередоваться и частицы должны попеременно то увеличивать, то уменьшать размахи своих колебаний. По временам колебательные движения совершаются в одном направлении, а в промежуточные моменты они совершаются в противоположных направлениях; вследствие этого будут наступать попеременно периоды наибольшего и наименьшего отклонения от обычного положения частиц. Эти наибольшие и наименьшие отклонения, передаваясь соседним частицам, а от них следующим, порождают пертурбационные волны, которые распространяются по каждому телу. Теперь посмотрим, каково взаимное отношение этих волн. Так как действие и противодействие равны между собой и противоположны по своим направлениям, то всякое влияние, которое частицы тела А оказывают на ближайшую частицу тела В, должно сопровождаться соответственным обратным влиянием второй на первую. Если частицы тела А движутся так, что сообщают частицам тела В увеличенную скорость в известном направлении, то скорость частицы А в этом же направлении уменьшится в такой же мере. Другими словами, для каждой волны ускоренного движения, распространяющейся по частицам тела В, должна образоваться волна противодействия (реакции), в виде замедленного движения, распространяющаяся в противоположном направлении по частицам А. Следует заметить два важных вывода, вытекающих из этого. Всякое прибавление движения, которое в один из очередных периодов сообщается от частиц А частицам В, должно распространяться через В в направлении от А; в то же время должно произойти уменьшение движения в частицах А которое распространяется через А, в направлении от В. Каждой растущей волне, проходящей через одно тело, должна соответствовать убывающая волна, проходящая через другое; эти положительные и отрицательные волны точно совпадают по времени и совершенно равны по величине. Отсюда же следует, что если эти волны, распространяющиеся по противоположным направлениям от поверхностей соприкосновения двух масс, будут приведены в соединение между собою, то они взаимно уничтожатся. А так как действие и противодействие равны и противоположны, то, если сложить движения частиц плюс и минус, они взаимно уничтожатся, и равновесие будет восстановлено. Положительные и отрицательные пертурбационные волны легко проходят по обоим телам от частицы к частице. Доказано, что частицы тел поглощают те колебания или волны, которые имеют одинаковые с ними периоды, и при этом их собственные колебания усиливаются, но они не могут поглощать колебаний, имеющих неодинаковые с ними периоды. Поэтому сложные колебания, которые гораздо продолжительнее, чем собственные колебания частиц, легко проходят через массу тел, или тело проводит их. Далее, если два тела остаются в соприкосновении, то положительные и отрицательные волны, образующиеся от взаимодействия частиц двух тел, распространяются от поверхности их соприкосновения по противоположным направлениям и, достигая внешних поверхностей обеих масс, отражаются оттуда; возвращаясь обратно к поверхности соприкосновения, они встречаются и взаимно уничтожаются. На проволоке, соединяющей внешние поверхности двух тел, не получается электрического тока, потому что взаимное уничтожение волн совершается легко в самых телах при возвращении волн через сами тела. Однако, несмотря на отсутствие тока в таком наружном проводнике, тела будут находиться в так называемых противоположных электрических состояниях, и чувствительный электрометр покажет это. Если их разъединить, то положительные и отрицательные волны, которые перед тем распространялись по ним, не будут взаимно уничтожаться, и тела проявят свое противоположное электрическое состояние в более наглядной форме. Остающиеся положительные и отрицательные волны будут взаимно уничтожаться на помещенном между ними проводнике, причем плюс волн, сообщенных проводнику от одного тела, и минус волн, сообщенных ему от другого, при встрече будут уничтожаться; проводник же представит путь наименьшего сопротивления для волн, распространяющихся от каждого тела.

Перейдем теперь к явлению термоэлектричества. Предположим, что две металлические массы нагреты на поверхностях соприкосновения, причем форма их такова, что поверхности соприкосновения можно нагреть сильно, в то время как более отдаленные части не нагреются заметно. Что выйдет? Тиндаль показал на различных газах и жидкостях, что если, при равенстве остальных условий, частицы сообщают телам большее количество того нечувствительного движения, которое мы называем теплом, то периоды колебаний не изменяются, а только возрастает амплитуда колебаний, частицы совершают больший путь в те же самые промежутки времени. Допустим, что это имеет место и для твердых тел; тогда окажется, что при нагревании двух металлов на поверхностях соприкосновения получится такой же результат, как и прежде, относительно свойств и промежутков сложных, дифференциальных волн; перемена, однако, произойдет в направлении этих волн: два рода частиц, каждый порознь, приобретают ускоренное движение, через это и их взаимные пертурбации также возрастут. Усиленные положительные и отрицательные волны дифференциального движения, как и прежде, будут проходить через каждое тело по направлению от поверхностей соприкосновения, т. е. к холодным краям тел. От холодных краев они по-прежнему, будут стремиться к взаимному уравновешиванию. Но они встретят сопротивление на обратном пути. Доказано, что с повышением температуры уменьшается проводимость металла для электричества. Итак, если холодные края двух масс соединить посредством третьей массы, частицы которой могут свободно передавать эти дифференциальные колебания, т е. если эти края соединить проводником, то положительные и отрицательные волны будут встречаться и взаимно уничтожаться на проводнике, вместо того чтобы отражаться обратно к поверхностям соприкосновения. Другими словами, установится ток на проволоке, соединяющей холодные края наших металлических тел. Для дальнейшего рассуждения нам необходимо объяснить, что такое термоэлектрический столбик. Если спаять концами ряд пластинок из различных металлов, например сурьмы и висмута, в последовательном порядке: АВ, АВ, АВ и т. д., - то, пока они холодны, электрического тока не будет. Если одинаково нагреть все спайки, то также не появится признаков электрического тока, помимо того, который может быть вызван относительно низкой температурой обоих краев сложной пластинки. Но если нагреть спайки через одну, то на проволоке, соединяющей оба края сложной пластинки, появится электрический ток, и довольно сильный, соответственно числу пар. Какая же тут причина? Очевидно, пока спайки сохраняли одинаковую температуру, дифференциальные волны, распространяющиеся от каждой спайки к двум ближайшим, были равны и противоположны тем, которые исходили от ближайших спаек обратно, и поэтому дистурбации не было. Но если нагревать спайки через одну, то положительные и отрицательные волны, исходящие от них, будут сильнее, чем волны, исходящие от других ненагретых спаек. Поэтому, если нагреть спайку пластинки А с пластинкой В, то другой, не нагретый, край пластинки В, спаянный с А, воспримет более сильную дифференциальную волну, чем та, которую он отошлет назад. К волне, которую ее молекулы в противном случае ввели бы в молекулы А2, присоединяется еще эффект, который она несет от А1. Этот особенный импульс, распространяющийся до другого края В2, присоединяется к импульсу, который нагретые молекулы иначе передали бы А3, и т. д. по всему ряду. Сложенные вместе, волны становятся сильнее и ток на проволоке, соединяющей концы ряда, напряженнее. Такое объяснение явлений термоэлектричества вызовет, вероятно, возражение, что иногда бывает термоэлектрический ток между массами однородного металла и даже между отдельными частями одной и той же массы. На это можно сказать, что если различие периодов колебаний в соприкасающихся частицах есть причина электрической дистурбации, то тепло не должно было бы вызывать электрической дистурбации при соприкосновении однородных частиц, так как тепло не изменяет периодов молекулярных колебаний. Это возражение, которое с первого взгляда кажется серьезным, приводит нас к одному выводу. Если массы молекул во всех отношениях однородны, то различие температуры не вызывает термоэлектрического тока. Соединение горячей и холодной ртути не дает электрического возбуждения. Во всех случаях, когда термоэлектричество возбуждается между однородными металлами, несомненно существует разнородность в их молекулярном строении: один был кован, а другой не был, или один был прокален, а другой не был. Если ток появляется между отдельными частями одной и той же массы, то существует разница в кристаллическом состоянии частиц или в способе их охлаждения после отливки или накаливания. Другими словами, это доказывает, что частицы в двух телах или в различных частях одного и того же тела находятся в неодинаковых отношениях к смежным частицам - в неодинаковом состоянии напряжения. Как бы справедливо ни было, что однородные частицы колеблются в одинаковые периоды при всякой температуре, но это справедливо только до тех пор, пока их движения не подвергаются влиянию каких-нибудь сдерживающих сил. Если однородные частицы в одном теле расположены так, как это бывает при кристаллическом состоянии, а в другом они иначе сцеплены между собою или если в одном теле соотношения частиц изменены ковкой, а в другой такого изменения не произведено, то различие препятствий, при которых они колеблются, отразится на времени их колебаний. А раз времена колебаний станут неравными, то указанная причина электрической дистурбации станет оказывать свое действие. Сводя все сказанное выше, нельзя ли, спрашивается, сказать, что явление электричества может быть объяснено только такого рода действием и что такого рода действие должно неминуемо возникнуть при данных условиях? С одной стороны, рассматривая электричество как вид движения, этим самым признают изменение какого-то ранее существовавшего движения, т. е. предполагают такое изменение, которое одновременно дает два новых рода движения, равных и противоположных по направлению, и одно из них положительное, а другое отрицательное; поэтому они могут взаимно уничтожаться. С другой стороны, в вышеупомянутых случаях молекулярное движение есть единственный источник движения, на который можно указать; и это молекулярное движение при известных обстоятельствах как будто рассчитано на то, чтобы производить эффект, подобный рассмотренному нами. Частицы, совершающие колебания в различные времена при взаимодействии, не могут не оказать влияния на движение каждой из них. Они должны влиять взаимно, периодически, то ускоряя, то замедляя движение друг другу а всякий избыток движения, который сообщается одним, вызовет соответствующий недостаток движения в других. Если такие частицы образуют сложные молекулы, приведенные в соприкосновение, то они должны передавать эти пертурбации смежным молекулам. Итак, от поверхности соприкосновения должны исходить волны усиленного и уменьшенного молекулярного движения, равные по величине и противоположные по направлению, волны, которые должны компенсировать друг друга, когда их приведут в соприкосновение. Я говорил здесь только о простейшем виде явлений электричества. Впоследствии я, быть может, попытаюсь показать, как объясняет эта гипотеза другие формы проявления электричества.