Электричество – совокупность физических явлений, которые тяжело понять людям: они невидимы, у него нет запаха. Присутствие рядом «направленного движения заряженных частиц», как определяет ток наука, почти никак не обнаруживает себя. Зато действие электрического тока прекрасно ощущается, когда пытаешься с ним взаимодействовать. Это интересное явление воспринималось древними людьми, как настоящее волшебство. Для тех, кто не учил в школе физику, оно и сейчас остаётся чем-то сродни магии, повсеместно встречающейся в быту.
Янтарное чудо
Как связаны между собой электричество и янтарь? Термин «электричество» был заимствован физиками из греческого языка. Учёные Древней Греции «электронами» называли капли янтаря, которые люди находили на побережьях морей, рек и океанов. Пытливые умы делали первые попытки в исследовании этого материал. Был сделан вывод, что янтарь притягивает к себе волосы и лёгкие материалы, например, сухую стружку кокоса и пр.
Больше всего янтаря находили на берегах Северного моря. В легенде про Фаэтона, колесницу которого молния повергла на землю, упоминаются именно эти места. Из народного эпоса понятно, что ещё в те времена, когда люди слагали легенды, они уже заметили невероятную электрическую активность янтаря. В тот же период был сделан вывод, что необычные свойства усиливаются, если янтарь потереть. Так были сделаны первые шаги человечества на бесконечном пути изучения природы электричества.
Помощь богов
Громовержцы и боги, метающие молнии, присутствуют в мифологии большинства народностей. Властителем грозы у греков был Зевс, у индусов – бог Агни, умевший сам при необходимости становиться молнией, у славян – Перун, у скандинавов – Тор.
Считалось, что при помощи молнии Боги нередко стараются помочь своим неразумным детям. Например, в Древней Руси разряд в землю считался божьим перстом, указавшим, где лучше всего начинать рыть колодец. Глубина залегания подземных вод именно в этом месте бывала самой маленькой. Сейчас запас школьных знаний помогает понять, что вода очень притягивает к себе разряды, возникающие во время грозы, но тогда это считалось настоящим чудом.
Иногда «помощью богов» пользовались не только для благих дел: грабители, намеревавшиеся разрыть и разграбить курганы скифов, внимательно подмечали, в какие возвышенности чаще бьёт молния. Металлические сокровища, спрятанные в скифских курганах, притягивали молнии к себе.
Кто отец и мать?
Сказать однозначно, кто является открывателем электричества, сложно: это явление изучали многие учёные на протяжении веков. Первым, о ком дошла информация, стал греческий философ Фалес, заинтересовавшийся тем, чем обусловлены свойства янтаря. Он изучал это ещё в XVII веке до н.э. После его исследований наступило длительное затишье, и только через 24 столетия придворный врач английской королевы Елизаветы I опять начал исследовать различные предметы с похожими свойствами. Именно он первым пришёл к выводу, что гром и молния – явления электрической природы.
После таких успехов физики всего мира начали вести напряжённую работу в этом направлении. Отто фон Герике изобрёл первый прообраз электростатической машины, Стивен Грей обнаружил электропроводность, Клейст и Мушенбрук изобрели первый конденсатор.
Удивительные открытия, касающиеся электрических процессов, не прекращаются даже в наши дни. Сейчас основной задачей является поиск альтернативных источников электроэнергии, например, преобразование энергии солнца или космической радиации в электроток, поскольку человечество с каждым годом использует всё больше электричества как в быту, так и в промышленных целях.
Преступление и наказание
Электричество прочно вошло во все сферы жизни, даже в самые неожиданные. Не стала исключением и судебная система, использующая казнь через умерщвление на электрическом стуле. Первым электрический стул изобрёл Эдисон, но не для кары заключённых, а для демонстрации коварства электротока.
Идея использовать это изобретение для казни пришла в голову другому мужчине – американскому дантисту Альберту Саутвику. Однажды он стал свидетелем несчастного случая, в результате которого молодой человек моментально умер после контакта с оголённым проводом. Смерть выглядела молниеносной и безболезненной, что и натолкнуло Альберта на идею заменить мучительную казнь через повешенье или расстрел на инновационный метод. Вот такие понятия о гуманизме у стоматологов.
Безопасная вода
Мокрые предметы, влажные поверхности и материалы являются прекрасным проводником. По этой причине в грозу нельзя купаться в море, реке или озере: вероятность того, что молния попадёт именно в водоём, очень высока. На самом деле проводником является не вода, а растворённые в ней примеси. Это могут быть различные соли или металлы в ионизированной форме.
Интересно, что идеально очищенная вода ведёт себя как обычный диэлектрик, то есть – не проводит электроток.
Из чего же сделаны наши мальчишки?
Хотя кажется, что электричество – это то, что встречается лишь снаружи, электроток есть внутри каждого человека. Он образуется благодаря тому, что в организме присутствует много химических элементов. Они активно движутся, вступают во взаимодействие и приводят к возникновению электрической энергии.
Этот процесс необходим для «клеточного дыхания», то есть – извлечения клетками энергии, что позволяет продолжать каждой клетке свои функции. Вооружившись этим знанием, учёные создали для медиков много измерительных приборов, например, аппарат для регистрации электрокардиограммы. Он способен улавливать импульсы, которые создаются в сердечной мышце при её сокращении. По сути, каждое сокращение сердца – маленький электрический удар, возникающий в сердечной мышце, а аппараты ЭКГ фиксируют отзвуки этих ударов.
Цирка и в жизни хватает
Стивен Грей, обнаруживший проводимость первым, ещё в XVII веке смог внедрить науку в цирковое искусство, чем заслужил славу настоящего мага. Он не ограничился научными изысканиями, а стал при помощи физики зарабатывать неплохие деньги. Настоящий фурор вызвал придуманный им номер «Летающий мальчик», когда ребёнок взлетал над ареной после того, как его тело заряжали с помощью генератора. Окончательно зрители убеждались, что всё происходящее – чистое волшебство, когда видели, как к его рукам сами притягивались золотистые металлические лепестки.
Когда секрет стал достоянием публики, в этом направлении продолжили экспериментировать. В определённый момент популярными стали «электрические поцелуи»: губы заряжали с использованием генератора, и при поцелуе были видны проскакивающие искры.
Специалисты утверждают, что подобные принципы использовались и в иллюзионных шоу Дэвида Копперфильда, и это позволило ему стать самым известным иллюзионистом современности, известным зрелищными удивительными фокусами.
Ток и чёрный пиар
В конце XIX века в среде физиков кипели настоящие страсти: Томас Эдисон и Никола Тесла затеяли настоящую борьбу. Целью обоих было доказать, что его излюбленная система тока является лучшей по многим характеристикам. Тесла считал, что будущее – за переменным током, а Эдисон считал перспективным постоянный ток.
Тесла выигрывал в этом противостоянии, так как его излюбленный тип электротока обладал высоким КПД, был безопаснее и легче генерировался. К тому же, его передача на дальние расстояния удавалась гораздо лучше и не вызывала больших потерь во время транспортировки.
Чтобы победить оппонента, Эдисон прибегнул к тактике «чёрного» пиара: он стал массово демонстрировать все опасности переменного электротока, убивая животных при помощи электричества. Это привело к замедлению распространения технологий переменного электротока на 70 лет. Например, электромобили только начали входить в оборот, тогда как первый подобный автомобиль был создан ещё в конце XIX столетия.
Поле чудес
Вокруг каждого заряженного тела существует электрическое поле. У частиц, заряженных позитивно, силовые линии поля направлены от источника, а у заряженных негативно – наружу.
В живой природе электрическое поле чаще всего используется для обнаружения других живых организмов. Например, у некоторых рыб вокруг тела есть невидимое для человеческого глаза поле. Когда в него попадает какой-то предмет или живое существо, поле искажается, и рыба знает о том, кто и с какой стороны приближается. Для многих глубоководных видов, обитающих в условиях кромешной тьмы на глубине, такая система является полноценным заменителем зрения.
Скорость света
Эталоном супер-скорости является скорость света, которая равняется 458 тыс. км за секунду. Больших значений во Вселенной физикам пока что не удалось обнаружить. Но зато есть физическое явление, обладающее почти такой же скоростью, как и скорость света – это электроток. По проводам он перемещается со скоростью в 30 тыс. км за секунду.
Первым задался целью измерить этот показатель Жан-Антуан Нолле в XVIII веке. Этот священник и учёный поставил последовательный ряд монахов, держащихся за проволоку длиной 1850 м, после чего пропустил по ней разряд. Увидев, что монахи в самом конце цепи среагировали в тот же момент, что и в начале, Нолле сделал вывод: электричество по проводам перемещается с большой скоростью. Такое приблизительное определение скорости в нашем веке звучит смешно, но для XVIII века это открытие было очень важным. Точные цифры физики получили только в XX веке благодаря высокоточной аппаратуре.
Полное самообслуживание
Умы учёных в наши дни бередит мысль о том, чтобы люди сами производили электричество для своих нужд. В идеале нужно достичь полного самообслуживания, чтобы необходимость в электростанциях и других видах добычи электроэнергии отпала. Первые шаги в этом направлении уже сделаны.
В Европе всё чаще появляются многоэтажные дома, в которых оборудованы особые тренажёрные залы. Каждый желающий может прийти и позаниматься на тренажёрах, а энергия, которую человек отдаёт во время занятий, преобразовывается в электричество, питающее электросистему дома, что позволяет жителям существенно экономить на счетах за коммунальные услуги. Такой подход уже внедрён в Великобритании и многих штатах США, и с каждым годом явление становится более массовым.
Ещё один проект разрабатывается для того, чтобы соединить приятное с полезным: велотренажёр совместит в себе снаряд для поддержания физической формы и стиральную машину. Барабан будет вмонтирован в колесо, и человек сможет заниматься спортом и стиркой одновременно.
Очередная разработка соединила велотренажёр и телевизор. Смотреть фильм можно будет лишь тогда, когда крутятся педали. А в Америке пошли ещё дальше: тут разработали кроссовки, которые при беге или ходьбе вырабатывают энергию, достаточную, чтобы работали наушники. Все эти разработки только внедряются, но менеджеры ведущих фирм пророчат им быстрое распространение в ближайшем будущем.
Опасная природа
Биологам известно несколько сотен видов животных, у которых электрические разряды служат механизмом для защиты от врагов и добычи пищи. Самым известным примером является скат, способный генерировать разряд в 500 Вольт. Это существо опасно не только для потенциальной добычи, но и для человека.
Однако в мире растений явление биоэлектричества тоже широко распространено. Кроме тех многочисленных случаев, когда его не видно, есть примеры визуальных проявлений. Самое наглядное – это складывание листьев в ответ на внешние раздражители. Токи действия биологического электричества стимулируют мимозу стыдливую складывать листья, как только к ней кто-то дотрагивается. Венерина мухоловка, закрывающая части цветка, когда внутрь залетает насекомое, тоже выполняет это благодаря биологическому электричеству.
Учёные всерьёз намерены «приручить» электричество, находящееся в растениях. Уже созданы микросхемы, способные запитываться непосредственно от деревьев, в которые вставляют электроды.