скачать книгу бесплатно
История свечи. Гореть, чтобы жить
Майкл Фарадей
Черный ящик науки
«История свечи» – произведение великого английского физика и химика, члена Лондонского королевского общества М. Фарадея (1791–1867). Эта книга (1860) представляет собой курс лекций, который был прочитан автором для юношеской аудитории. Фарадей рассказывает в них о различных законах природы, с которыми связано горение свечи. Книга доставит подлинное удовольствие и школьнику, и учителю, и студенту, и ученому-физику. Фарадей, который изучал процессы в области физики, писал: «Явления, наблюдающиеся при горении свечи, таковы, что нет ни одного закона природы, который при этом не был бы так или иначе затронут. Рассмотрение физических явлений, происходящих при горении свечи, представляет собой самый широкий путь, которым можно подойти к изучению естествознания».
Майкл Фарадей
История свечи. Гореть, чтобы жить
© ООО «ТД Алгоритм», 2018
История свечи[1 - Под редакцией Б. В. Новожилова.]
Фарадей и его «История свечи»
«История свечи» – серия лекций, прочитанных великим английским ученым Майклом Фарадеем для юношеской аудитории. Немного об истории этой книги и ее авторе. Майкл Фарадей родился 22 сентября 1791 года в семье лондонского кузнеца. Его старший брат Роберт, унаследовавший профессию отца, сыграл в судьбе Майкла большую роль. Он всячески поощрял тягу брата к знаниям и на первых порах поддерживал его и материально. Весьма скромные доходы кузнеца не позволяли дать детям образование – Фарадей не закончил даже средней школы. Двенадцати лет он поступает учеником к владельцу книжной лавки и переплетной мастерской.
За десять лет, проведенных в переплетной мастерской, Фарадей проделал фантастическую работу. Он полностью ликвидировал пробелы в своем образовании и подготовил себя к научной деятельности. И это в роли ученика переплетчика! Фарадей прочитал всю доступную ему литературу по физике и химии, в том числе статьи по электричеству в «Британской энциклопедии». В домашней лаборатории он повторил все опыты, которые описывались в книгах. Фарадей посещает частные лекции по физике и астрономии, которые читались по вечерам и воскресеньям. Он много пишет, просит друзей отмечать стилистические и орфографические ошибки в своих статьях и упорным трудом вырабатывает ясный и лаконичный стиль.
В 1810 году умер отец Фарадея, через некоторое время окончился срок его учебы у переплетчика, и Майкл должен был стать самостоятельным мастером. Карьера переплетчика не манила его, он хотел заниматься наукой, и случай помог Фарадею. Одним из клиентов мастерской был член Королевского общества Дэнс. Видя тягу Фарадея к науке, Дэнс помог ему попасть на лекции выдающегося физико-химика Гэмфри Дэви в Королевском институте. Фарадей записал четыре лекции, а тетрадь лекций (тщательно переписанных и переплетенных) вместе с письмом послал лектору. Этот «смелый и наивный шаг», по выражению самого Фарадея, оказался переломным в его судьбе. В 1813 году Дэви пригласил Фарадея на освободившееся место ассистента в Королевский институт.
Благодаря блестящему таланту Фарадей быстро выдвинулся. Уже через три года начали появляться в печати его работы по химии. Затем последовал ряд классических работ по сжижению газов, где впервые было применено комбинирование охлаждения и сжатия вещества. Фарадей становится известен в английских научных кругах. В 1824 году его избирают в члены Королевского общества, в 1825 году он директор лабораторий и в 1827 году – профессор Королевского института.
Над одним из самых блестящих своих открытий – открытием электромагнитной индукции – Фарадей работал около десяти лет. Еще в 1821 году он формулирует в дневнике задачу «превратить магнетизм в электричество». Это явление, исследованное ученым во всех деталях, сразу же приобрело огромное научное и практическое значение. Фактически в лабораторных установках Фарадея проглядываются и первый трансформатор, и первый электромотор и первая динамо-машина. Недаром Гельмгольц, оценивая роль Фарадея в истории человеческого общества, сказал: «До тех пор пока люди пользуются благами электричества, они всегда будут с благодарностью вспоминать имя Фарадея».
Позиция Фарадея-естествоиспытателя проявилась в его убежденности в единстве и превращаемости всех «сил» (в те времена еще не был открыт закон сохранения энергии, и понятия силы и энергии не были четко определены) природы, в признании материальности среды, которую ранее предпочитали называть пустотой, и, наконец, в отрицании дальнодействия. Фарадей наполнил физическим содержанием понятие поля как объекта, передающего действие одного тела, скажем, электрического заряда, на другой. Эта революционная идея в корне противоречила господствующим в те времена представлениям о мгновенной передаче действия на большие расстояния. Понятие поля – одно из основных понятий новой физики XX столетия, свидетелями бурного развития которой мы являемся.
Не менее важен вклад Фарадея в учение об атомном строении вещества. Вспомним о его законах электролиза. Ведь это из них следует вывод о дискретности, прерывистости вещества и электричества. Через несколько лет после смерти Фарадея из законов электролиза был вычислен заряд «атома электричества» электрона.
Трудно удержаться от перечисления всех великих открытий Фарадея. Здесь и парамагнетизм, и вращение плоскости поляризации света в магнитном поле, и магнитная анизотропия, и постановка вопроса о влиянии магнитного поля па излучение, и исследование электрического разряда в газе и многое другое. Но совершенно невозможно не упомянуть еще об одной стороне деятельности Фарадея стремлении доводить результаты научных исследований до применения их на практике. Он консультирует Общество английских маяков и много делает для замены лампового освещения в маяках электрическим. Он разрабатывает рецепты красок и усовершенствует электромагнитные машины для освещения. Он предпринимает дальние и трудные путешествия, чтобы испытать новые методы освещения. «Я люблю посещать кузницы… отец мой был кузнец», записывает Фарадей в своем дневнике. Да и ремесло переплетчика великий ученый не забыл. Он интересуется постановкой переплетного дела, сам переплетает свои дневники, а под старость, будучи членом почти всех академий мира, переплел в большой том свои почетные дипломы.
Фарадей умер 25 августа 1867 года, оставив после себя великие открытия и идеи, из которых развилась современная физика.
Всю свою творческую жизнь Фарадей проработал в Королевском институте в Лондоне. Кроме предоставления ученым возможности проводить исследования, в задачу Королевского института входила популяризация научных знаний. Для этого сотрудники института регулярно читали лекции по различным отраслям естествознания. Фарадей в молодости посещал эти лекции, а впоследствии с успехом читал их сам. Помня свой трудный, через самообразование, путь в науку, Фарадей задумал организовать специальные лекции для детей. Надо сказать, что естественные науки в английской школе в то время не преподавались. Наоборот, существовало сильное противодействие введению этих предметов в школьные программы.
Фарадей выработал и осуществил два плана. Во-первых, проводились так называемые пятницы. Они носили характер непринужденной беседы между лектором и слушателями. В форме вопросов и ответов дети знакомились с основами физики и химии. Во-вторых, читались более строгие, тщательно подготовленные, курсы лекций в период зимних каникул. За двухнедельный период обычно проводилось шесть встреч.
Первый раз такой курс лекций был прочитан в 1826 году. В следующем году лекции начал проводить Фарадей. Всего он прочитал девятнадцать курсов лекций. Последняя (в 1860 году) серия лекций называлась «Химическая история свечи».
Как и все, за что брался Фарадей, лекции были организованы превосходно. Для них предоставлялся большой лекционный зал Королевского института, приборы для проведения опытов заимствовались из лабораторий, а сами опыты тщательно подготавливались.
Фарадей не записывал лекций. То, что мы сейчас можем наслаждаться чтением «Истории свечи», связано со случайностью. Надо сказать, что на лекциях присутствовали и взрослые слушатели. И вот один молодой человек по имени Вильям Крукс, попавший на лекции, понял их ценность и дословно записал. Впоследствии Крукс стал крупным ученым, президентом Королевского общества.
Крукс опубликовал две серии лекций Фарадея: «О различных силах в природе» (1860 г.) и «Химическую историю свечи» (1861 г.), снабдив их рисунками и комментариями. В предисловии он выражает сожаление о невозможности передать форму изложения лекций так же хорошо, как их содержание. По воспоминаниям современников, Фарадей был прекрасным лектором (в молодости он специально изучал ораторское искусство).
«История свечи» неоднократно переиздавалась на многих языках. Впервые на русском языке она появилась в 1866 году еще при жизни Фарадея.
В настоящем издании лекции Фарадея иллюстрируются рисунками Крукса.
Б.В. Новожилов
Лекция I
Свеча. Пламя. Его питание. Его строение. Подвижность. Яркость
В ответ на любезное внимание, проявленное вами к организованным нами лекциям, я собираюсь изложить вам в следующих беседах ряд сведений по химии, которые можно извлечь из горящей свечи. Я не первый раз провожу беседу на эту тему, и если бы это зависело только от меня, я бы с удовольствием возвращался к ней хоть ежегодно: до того эта тема интересна и до того изумительно разнообразны те нити, которыми она связана с различными вопросами естествознания. Явления, наблюдающиеся при горении свечи, таковы, что нет ни одного закона природы, который при этом не был бы так или иначе затронут. Рассмотрение физических явлений, происходящих при горении свечи, представляет собой самый широкий путь, которым можно подойти к изучению естествознания. Вот почему я надеюсь, что не разочарую вас, избрав своей темой свечу, а не что-нибудь поновее. Другая тема, возможно, была бы столь же хороша, но лучше свечи она быть не может.
Прежде чем я приступлю к изложению, разрешите мне предупредить вас: несмотря на глубину избранного нами предмета и несмотря на наше честное намерение разобраться в нем серьезно и на подлинно научном уровне, я хочу подчеркнуть, что не собираюсь адресоваться к старшим из числа здесь присутствующих. Я беру на себя смелость говорить с молодежью так, как если бы я сам был юношей. Так я поступал и раньше, так, с вашего разрешения, буду поступать и теперь. И хотя я с полной ответственностью сознаю, что каждое произносимое мною слово адресуется в конечном счете всему миру, такая ответственность не отпугнет меня от того, чтобы и на этот раз говорить так же просто и доступно с теми, кого я считаю всего ближе к себе.
А теперь, мои молодые друзья, я прежде всего хочу рассказать вам о том, из чего делаются свечи. Некоторые из них представляют незаурядный интерес. Смотрите, вот кусочки древесины и ветки деревьев, славящихся своей способностью ярко гореть. А вот это кусочек особого замечательного вещества, находимого в некоторых болотах Ирландии и образно называемого свечным деревом. Это дерево настолько твердое и прочное, что не всякий может его разломать, но вместе с тем оно так хорошо воспламеняется, что из него делают факелы и лучины. Оно горит как свеча и дает превосходный свет. Это дерево очень наглядно показывает нам, в чем заключается природа свечи. Тут и горючее как таковое, и перенос этого горючего к месту, где происходит химическая реакция, тут и равномерное, постепенное ее снабжение воздухом, тут и тепло, и свет. Все это создается кусочком дерева, которое, по существу говоря, представляет собой естественную свечу.
Но давайте будем говорить о настоящих свечах, употребляющихся в быту. Вот сальные свечки, называемые макаными. Производятся они следующим образом. Хлопчатобумажные фитили, нарезанные одинаковыми кусками, подвешиваются на петельках и разом обмакиваются в растопленное сало (говяжье или баранье). Потом они вынимаются, охлаждаются и снова окунаются, пока вокруг фитиля не нарастает достаточно толстый слой сала. Чтобы вы могли получить представление о том, как разнообразны бывают свечи, посмотрите вот на эти очень маленькие и преинтересные. Именно такими свечками пользовались горняки в каменноугольных шахтах. В прежние времена каждый горняк, спускаясь в шахту, должен был приносить с собой свечи, купленные за собственный счет. К тому же считалось, что с маленькой свечкой меньше, чем с большой, рискуешь вызвать взрыв рудничного газа в угольных копях. Как по этой причине, так и ради экономии горняки предпочитали пользоваться такими малюсенькими свечками, что на фунт[2 - 1 фунт = 453,6 г (примеч. ред.).] их шло двадцать, тридцать, сорок или даже шестьдесят штук. Свечи в шахтах были заменены сначала искровым освещением[3 - Искры, возникающие при стачивании наждачного круга, дают достаточно много света; вместе с тем они не воспламеняют рудничный газ из-за их сравнительной невысокой температуры (примеч. ред.).], а затем лампой Дэви[4 - Гэмфри Дэви (1778–1829) знаменитый английский физик и химик, иностранный почетный член Петербургской Академии наук. Под его руководством начинал свою работу Фарадей (примеч. ред.).]и другими типами безопасных ламп. Вот свеча, которую, говорят, полковник Пэслей поднял с «Ройал Джорджа»[5 - «Ройал Джордж» затонул у Спитхэда 29 августа 1782 г. Полковник Пэслей начал работы по поднятию обломков судна посредством взрывов орудийного пороха в августе 1839 г. Свеча, которую показывал профессор Фарадей, подвергалась действию соленой воды свыше пятидесяти семи лет (примеч. В. Крукса).]. Она пролежала в море много лет, подвергаясь действию соленой воды. Вы видите, как хорошо могут сохраняться свечи: правда, она изрядно растрескалась и поломалась, но вот я ее зажег, и она равномерно горит, а сало, расплавляясь, возвращается к своему обычному состоянию.
Мистер Филд из Ламбета[6 - Ламбет – один из округов Лондона (примеч. ред.).] снабдил меня прекрасной коллекцией свечей и материалов, из которых они изготовляются. Вот, прежде всего, бычий жир, называемый, насколько я понимаю, русским салом, из которого изготовляются маканые свечи. Сало это по способу, изобретенному Гей-Люссаком[7 - Гей-Люссак (1778–1850) крупнейший французский физик и химик, иностранный почетный член Академии наук в Петербурге (примеч. ред.).] (или кем-то другим, кто передал ему этот производственный секрет), можно превратить в то прекрасное вещество, которое лежит рядом с ним – стеарин. Благодаря изобретению стеарина нынешняя свеча это уже больше не жирный, противный предмет, каким была прежняя сальная свеча, нет, это предмет до того чистый, что стекающие с него капли не пачкают вещей, и их можно соскрести в виде порошка.
Способ, который применил Гей-Люссак, состоит в следующем. Сначала сало кипятят с негашеной известью, причем получается нечто вроде мыла. Затем в него добавляют серную кислоту, которая связывает известь; остальная масса представляет собой стеарин, смешанный с некоторым количеством глицерина. Глицерин, выделяющийся при этом процессе, очень похож по своему составу на сахар. Эта смесь прессуется, здесь вы видите несколько более или менее отжатых брусков, по которым можно судить, как по мере увеличения давления удается удалить все большее количество примесей. Совершенно отжатую массу расплавляют, и из нее отливаются те свечи, которые я вам показываю. Вот эта свеча стеариновая; она приготовлена описанным способом. А вот свеча спермацетовая, приготовленная из определенного сорта китового жира. Вот пчелиный воск, желтый и очищенный, также идущий на изготовление свечей.
Вот еще интересное вещество – парафин. А вот парафиновые свечи, сделанные из добытого в ирландских болотах парафина. Есть у меня и еще некое вещество вроде воска, любезно присланное мне одним моим другом; оно привезено из Японии. Это тоже материал для изготовления свечей.
А как же делаются такие свечи? Я уже рассказал вам о свечах маканых, а теперь расскажу и о формованных. Представим себе, что какой-нибудь из этих сортов свечей делается из такого материала, который можно отливать в форму. «Отливать?» – скажете вы. «Ну, конечно, ведь свечи растапливаются, а если их можно растопить, то их, наверно, можно отливать и в формы».
Оказывается, нельзя.
Удивительное дело: то здесь, то там, как при усовершенствовании производства, так и при разработке наилучших средств для достижения той или иной цели, приходится сталкиваться с такими фактами, которые, пожалуй, нельзя предугадать заранее. Так вот, свечи не всегда можно отливать в формы; восковые свечи, в частности, вовсе нельзя отливать: их делают особым способом, о котором я вам вкратце расскажу через пару минут. Воск – вещество, не поддающееся отливке, хотя оно прекрасно горит и легко плавится в свече.
Однако возьмем сначала материал, пригодный для отливки свечей. Взгляните на эту раму с отверстиями, в которые вставлены формы. Прежде всего, надо в каждую форму продеть фитиль, и притом плетеный, не дающий нагара[8 - Для того чтобы сделать золу более плавкой, подмешивают немного буры или фосфора (примеч. В. Крукса).]; на всем своем протяжении фитиль натянут, так как наверху он держится на проволочной перекладине, а внизу прикреплен к затычке, которая при заполнении формы не дает вытекать растопленному стеарину. После того как стеарин остынет, его излишек снимают, отрезают концы фитилей, и в формах остаются готовые свечи. Их опрокидывают и без труда вытряхивают: ведь, во-первых, у них форма слегка конусообразная, т. е. внизу они толще, чем наверху, и, во-вторых, при остывании объем их уменьшается. Так делают свечи стеариновые и парафиновые.
Восковые свечи делаются совершенно иначе. Вот смотрите. На раму навешиваются фитили с металлическими наконечниками, чтобы воск не целиком покрывал фитиль. Рама подвешивается так, чтобы она могла вращаться над котлом с растопленным воском. Рабочий зачерпывает ложкой воск из котла и, поворачивая раму, поливает фитили, один за другим; за это время воск на них успевает застыть, и рабочий их поливает вторично, и так далее, до требуемой толщины. Тогда их снимают.
Благодаря любезности мистера Филда у меня есть несколько образчиков восковых свечей на разных стадиях изготовления, в том числе одна еще только половинной толщины. Сняв свечи с рамы, их катают по гладкой каменной плите, верхушке придают надлежащую коническую форму, а нижний конец аккуратно обрезают. Делается все это столь тщательно, что таким образом можно изготовлять свечи четвериковые, шестериковые и т. д., т. е. такие, которых на фунт идет ровно по 4, по 6 или сколько потребуется.
Однако не будем больше тратить времени на технологию производства свечей, а перейдем к подробному изучению свечи как таковой. Предварительно я вам скажу несколько слов о роскошно оформленных свечах: ведь оказывается, и свеча может быть превращена в роскошную безделушку. Посмотрите, в какие чудесные цвета они окрашены. Как видите, и для свечей используются недавно введенные в употребление химические краски вот здесь ярко-розовая свеча, вот розовато-лиловая и т. д. Кроме того, для украшения свечам придают и различные формы: вот подобие прекрасной витой колонны, а вот и свечи с узорами. Если горит, скажем, эта свеча, то наверху получается как бы сияние Солнца, а внизу букет цветов. Однако не все изящное и нарядное полезно. Если разобраться по существу, то эти витые свечи, при всей своей красоте, никуда не годятся как свечи: их портит как раз внешняя форма. Эти образчики, присланные мне добрыми друзьями из самых разных мест, я вам показываю для того, чтобы вы знали, что уже сделано и что еще должно сделать в том или ином направлении развития производства, причем иногда (как я уже вам сказал) жертвуют пользой.
Поговорим теперь о пламени свечи. Зажжем одну-две свечи, т. е. заставим их выполнять свою обычную работу. Как вы видите, свеча совсем не то, что лампа. В лампе вы наполняете резервуар жидким маслом, опускаете в него фитиль из мха или из обработанного хлопка, а затем зажигаете верхушку фитиля. Когда пламя спускается вниз по фитилю к маслу, оно там меркнет, но в верхней части продолжает гореть. Вы, несомненно, спросите каким образом масло, которое само по себе не горит, добирается до верха фитиля, где оно может гореть? Позже мы рассмотрим это явление, однако, при горении свечи наблюдается и другое, гораздо более удивительное обстоятельство. Ведь перед вами твердое вещество, настолько твердое, что для него не нужна посуда. А как же получается, что это твердое вещество может подняться до того места, где находится пламя? Как попадает туда это твердое вещество, не будучи жидкостью? А с другой стороны, как же оно не растекается, когда превращается в жидкость? Удивительная вещь эта свеча.
В зале у нас изрядный сквозняк; при некоторых опытах он нам будет помогать, а при других мешать. Поэтому сейчас, для большей равномерности и для упрощения дела, я устрою так, чтобы пламя было спокойным. Ведь как можно что-нибудь изучать, когда мешают трудности, не относящиеся к делу? Мы воспользуемся одним хитроумным приспособлением, которым я часто любовался на тележках рыночных и уличных торговцев овощами или рыбой, когда по субботам торговля затягивается затемно. Вот оно: на свечку надето нечто вроде кольца, поддерживающего ламповое стекло; по мере сгорания свечи все это устройство можно передвигать. Таким образом, благодаря ламповому стеклу получается спокойное, устойчивое пламя, которое можно внимательно разглядывать, что, я надеюсь, вы сделаете у себя дома.
Прежде всего вы видите, что на свече образуется хорошенькая ямка вроде чашечки. По мере того как воздух притекает к свече, он движется вверх силой восходящего тока, производимого жарким пламенем свечи; эта струя воздуха так охлаждает со всех сторон воск, сало или другое вещество, из которого сделана свеча, что его внешний слой гораздо холоднее, чем середина. Середина плавится от пламени, доходящего по фитилю до того места, ниже которого оно гаснет в расплавленном воске; наружная же часть не плавится.
Если бы я устроил в одном направлении ветерок, восковая чашечка оказалась бы однобокой: в ее крае получилась бы выемка, через которую полился бы жидкий воск. Ведь та же самая сила тяготения, которая не позволяет небесным телам разлетаться в разные стороны, держит и эту жидкость в горизонтальном положении; и если чашечка будет не горизонтальная, жидкий воск, конечно, перельется через край и образует наплыв на свече.
Итак, вы видите, что чашечка правильной формы образуется благодаря этому равномерному восходящему току воздуха, действующему на всю внешнюю поверхность свечи и не дающему ей разогреваться. Для выделки свечей не годилось бы никакое горючее, не обладающее свойством образовывать такую чашечку; исключение составляет «деревосвечка», т. е. та ирландская болотная древесина, которую я вам показывал. Там сам материал пористый, как губка, и пропитан собственным горючим.
Теперь вы, очевидно, догадываетесь, почему так плохо горят разукрашенные свечи: они не имеют формы правильного цилиндра, а покрыты желобками, и поэтому у них при горении не получается того ровного края чашечки, благодаря которому свеча горит спокойным пламенем. Вы теперь, надеюсь, убедились, что в красоте любого процесса самое главное – его совершенство, иначе говоря, его целесообразность. Наиболее подходящий для нас предмет – это не тот, который лучше всех по виду, а который лучше всех на деле.
Вот эта красивая свеча горит плохо: по ее краям воск всегда будет оплывать из-за неравномерности тока воздуха и плохой формы чашечки, которая при этом образуется. Вы сможете увидеть (и, надеюсь, внимательно разглядеть) результаты действия восходящего тока воздуха в тех случаях, когда вниз по свечке сбегает жидкий воск и в этом месте получается натек. По мере того, как свечка постепенно сгорает, это утолщение, оставаясь на месте, образует столбик, торчащий у края чашечки; постепенно этот столбик оказывается все выше над остальным воском (или другим горючим), и воздух лучше обдувает его, так что столбик сильнее охлаждается и лучше сопротивляется воздействию тепла, распространяемого пламенем.
Так вот, как во многих других вещах, так и в свечках крупнейшие ошибки и неполадки часто наводят на поучительные размышления, а не было бы этих ошибок, мы и не додумались бы до таких соображений. Вы пришли на эти лекции, чтобы научиться научному мышлению; и, я надеюсь, вы навсегда запомните, что каждый раз, как происходит то или иное явление, особенно, если это что-то новое, вы должны задать себе вопрос: «В чем здесь причина? Почему так происходит?» И рано или поздно вы эту причину найдете.
Второй вопрос, поставленный нами выше, это каким образом горючая жидкость попадает из чашечки вверх по фитилю, к месту горения. Вы знаете, что у свечей восковых, стеариновых или спермацетовых пламя спускается по горящему фитилю не настолько, чтобы вовсе растопить это горючее, а занимает свое определенное место. Пламя как бы изолировано от находящегося под ним жидкого горючего и не разрушает краев чашечки. Вдумайтесь только, какой изумительный пример общей слаженности целого! До самого конца существования свечи действие каждой из ее частей строго координировано с другой. Какое прекрасное зрелище представляет собой такое горючее вещество, когда оно сгорает постепенно, не подвергаясь внезапным нападениям пламени! Вы это особенно оцените, когда узнаете, какой мощью обладает пламя, как оно может, овладев воском, разрушить его или даже одной своей близостью нарушить его форму.
Но как же все-таки горючее попадает в пламя? Прекрасное объяснение этому – волосное притяжение. «Волосное притяжение? – скажете вы. – Это еще что такое? Притяжение волос?». Ну, неважно, не обращайте внимания на этот термин; его придумали в старое время, пока мы еще не знали, что это за сила на самом деле. Так вот, именно благодаря так называемому капиллярному[9 - Капиллярное притяжение или отталкивание – причина поднятия или опускания жидкости в капиллярной трубке. Если трубку от термометра, открытую с обоих концов, погрузить в воду, то вода поднимется в ней выше внешнего уровня. Если же трубку опустить в ртуть, вместо притяжения будет отталкивание, и ртуть в трубке опустится ниже уровня в сосуде (примеч. В. Крукса). Латинское слово «капиллюс» значит «волос». Капиллярная трубка – трубка с каналом, «тонким как волос» (примеч. ред.).], или волосному, притяжению горючее и переносится к тому месту, где происходит сгорание, и притом не как-нибудь, а идеально к центру пламени.
Сейчас я разъясню, что такое капиллярное притяжение, и приведу примеры. Это то действие или притяжение, которое заставляет плотно притягиваться друг к другу взаимно нерастворимые тела. Когда вы моете руки, вы их как следует смачиваете; мыло улучшает прилипание воды к рукам, и руки так и остаются мокрыми. Это происходит именно благодаря тому притяжению, которое я сейчас имею в виду. Больше того, если руки у вас совершенно чистые (а в житейских условиях они всегда чем-нибудь запачканы), то стоит вам опустить кончик пальца в теплую воду, как она поднимается по пальцу немножко выше уровня воды в сосуде, хотя, может быть, вы и не обратите на это внимания.
Вот здесь у меня довольно пористое вещество – столбик поваренной соли. В тарелку, где стоит столбик, я наливаю не воду, как вы, может быть, подумали, а насыщенный раствор соли, который уже больше растворять соль не сможет; таким образом, явление, которое вы увидите, нельзя будет объяснить растворением соли. Представим себе, что тарелка – это свеча, столбик соли будет фитилем, а этот раствор растопленным салом или воском. Чтобы вам было виднее, я подкрасил раствор. Смотрите, я подливаю жидкость, а она поднимается по столбику соли все выше и выше, так что, если он не упадет, подкрашенная жидкость доберется до самого верха столбика. Так вот, если бы этот подсиненный раствор мог гореть и на верхушку соляного столбика мы поместили бы фитилек, жидкость бы горела, впитываясь в фитиль.
Наблюдать явления, обусловленные капиллярностью, очень интересно, и при этом можно отметить некоторые любопытные обстоятельства. Когда вы вымыли руки, вы вытираете их полотенцем; полотенце намокает от воды именно благодаря такому смачиванию, так же как и фитиль напитывается салом или воском. Иногда неряшливые дети (да, впрочем, это случается и с людьми вообще аккуратными), вымыв руки в тазу, вытрут их, да и бросят полотенце так, что оно окажется висящим через край таза; понемногу вся вода из таза очутится на полу, так как полотенце будет играть роль сифона.
Чтобы вы воочию убедились в том, как воздействуют тела друг на друга, я сейчас покажу вам наполненный водой сосуд, сделанный из тончайшей проволочной сетки. Его можно сравнить в одном отношении с фитилем, скрученным из хлопка, а в другом с куском коленкора. Вы ясно видите, что этот сосуд пористый: вот я наливаю сверху немножко воды, и она вытекает внизу. Вы бы вряд ли могли мне ответить, в каком состоянии находится этот сосуд, что в нем содержится и для чего он устроен. Сосуд полон воды, а между тем вы видите, что вода в него вливается и выливается, как если бы он был пустой. Чтобы доказать вам это, мне достаточно его опорожнить. Причина вот в чем: проволочная сетка, будучи раз смочена, остается мокрой, а ячейки ее до того мелкие, что жидкость испытывает такое притяжение от одной нити к другой, что она не вытекает из сосуда, хотя он и пористый. Подобным же образом частицы растопленного сала или воска поднимаются вверх по хлопковому фитилю и добираются до верха; за ними следуют, по взаимному притяжению, новые частицы горючего; по мере того как они достигают пламени, они постепенно сгорают.
Вот и другой пример того же явления капиллярности. Взгляните на этот кусочек тростника. Мне случалось на улице видеть мальчиков, которые, подражая взрослым, делают вид, что курят сигары, на самом деле это не сигара, а кусочек тростника. Это возможно из-за проницаемости тростника в одном направлении и благодаря его капиллярности. Вот я ставлю этот кусочек тростника на тарелку, содержащую немного камфары (которая во многом сходна с парафином); эта жидкость будет подниматься сквозь тростник точно так же, как подсиненный раствор поднимался сквозь столбик соли. Поскольку снаружи тростинка не имеет пор, жидкость не может проникать в этом направлении, но должна проходить только вдоль тростника. Вот жидкость уже достигла верхушки нашей тростинки; теперь я могу ее зажечь, и у нас получится своего рода свечка. Жидкость поднялась благодаря капиллярному притяжению, проявляющемуся в кусочке тростника точно так же, как она поднимается по фитилю свечки.
Вернемся теперь к вопросу, почему свеча не горит вдоль всего фитиля. Единственная причина этого в том, что растопленное сало гасит пламя. Вы знаете, что если опрокинуть свечку так, чтобы горючее стекало на фитиль, свечка погаснет. Причина этого в том, что пламя не успело нагреть горючее настолько, чтобы оно могло гореть, как это происходит наверху, где горючее поступает в фитиль в небольшом количестве и подвергается полному воздействию пламени. Есть еще одно обстоятельство, с которым вы должны познакомиться, и притом такое, без которого невозможно до конца разобраться в природе свечи, а именно газообразное состояние горючего. Для того чтобы вы могли это понять, я покажу вам очень изящный опыт из повседневной жизни. Если вы умело задуете свечу, от нее поднимется струйка паров. Вы, конечно, хорошо знакомы с запахом задутой свечки, и это действительно неприятный запах. Но если вы ловко ее задуете, вы сможете хорошо рассмотреть эти пары, в которые превращается твердое вещество свечи.
Вот одну из этих свечей я погашу так, чтобы воздух вокруг нее остался спокойным; для этого мне нужно лишь некоторое время осторожно подышать на свечу. Если я затем поднесу к фитилю горящую лучинку на расстояние 23 дюймов[10 - 1 дюйм равен 2,54 см (примеч. ред.).], вы увидите, как по воздуху от лучинки к фитилю пронесется полоска огня. Все это я должен проделать быстро, чтобы горючие газы, во-первых, не успели остыть и сконденсироваться и, во-вторых, не успели рассеяться в воздухе.
Перейдем теперь к вопросу о форме пламени. Нам очень важно знать, в каком состоянии оказывается в конечном счете вещество свечи, очутившись на верхушке фитиля, где сияет такая красота и яркость, какая может возникнуть только от пламени. Сравните блеск золота и серебра и еще большую яркость драгоценных камней рубина и алмаза, но ни то, ни другое не сравнится с сиянием и красотой пламени. И действительно, какой алмаз может светить как пламя? Ведь вечером и ночью алмаз обязан своим сверканием именно тому пламени, которое его освещает. Пламя светит в темноте, а блеск, заключенный в алмазе, ничто, пока его не осветит пламя, и тогда алмаз снова засверкает. Только свеча светит сама по себе и сама для себя или для тех, кто ее изготовил.
Давайте теперь рассмотрим форму пламени свечи внутри лампового стекла. Пламя здесь устойчивое и спокойное; форма его, показанная на рисунке, может меняться возмущениями потока воздуха и зависит от размеров свечи. Пламя имеет несколько вытянутый вид; вверху оно ярче, чем внизу, где среднюю его часть занимает фитиль, и некоторые части пламени вследствие неполного сгорания не так ярки, как вверху.
У меня есть рисунок, сделанный много лет назад Гукером в то время, когда он проводил свои исследования. Это рисунок пламени лампы, но все, что касается лампы, можно отнести и к свече. Ведь чашечка на верхушке свечи – все равно что резервуар лампы; расплавленное вещество свечи это ламповое масло; фитиль есть и у свечи и у лампы.
Над фитилем, как видите, нарисовано небольшое пламя, а кроме того, изображено, как это в действительности и происходит, поднимающееся вокруг пламени вещество, которое вам не видно и о котором вы и не подозреваете, если, конечно, вы не бывали здесь у нас на лекциях или не ознакомились с этим вопросом.
Здесь изображен прилегающий к пламени участок воздуха, играющего существенную роль в образовании пламени и неизменно присутствующего везде, где есть пламя. Восходящий ток воздуха придает пламени продолговатую форму: ведь пламя, которое вы видите, вытягивается под воздействием этого тока воздуха на значительную высоту, как показано Гукером на чертеже линиями, изображающими продолжение воздушного потока.
Все это можно видеть, поставив горящую свечу так, чтобы ее освещало солнце и тень падала на листок бумаги. Как интересно: пламя предмет сам по себе настолько яркий, что в его свете другие предметы отбрасывают тень, и вдруг оказывается, что можно уловить его собственную тень на белом листке. При этом, как это ни странно, можно вокруг пламени увидеть струйки чего-то, что не есть само пламя, а что увлекает за собой пламя в своем движении вверх.
Сейчас я покажу вам этот опыт, но солнце в нем будет заменено электрическим светом от вольтовой дуги. Вот это у нас будет солнце с его интенсивным светом; поставив между ним и экраном горящую свечу, мы получаем тень от пламени. Вот здесь вам видна тень самой свечи, вот тень от фитиля; как и на нашем чертеже, вы видите темноватую часть, а тут более яркую. Но обратите внимание на любопытное явление: та часть пламени, которая на тени оказывается самой темной, в действительности самая яркая. И здесь и на чертеже вы видите, как струится восходящий поток горячего воздуха, который увлекает за собой пламя, снабжает его воздухом и охлаждает стенки чашечки с растопленным горючим.
Чертеж пламени свечи. Та часть пламени, которая показана самой темной, в действительности самая яркая
Я могу продемонстрировать вам еще один опыт, чтобы показать, как пламя направляется либо вверх, либо вниз, в зависимости от тока воздуха. Для этого опыта берется уже не пламя свечи, но теперь вы, несомненно, настолько привыкли к обобщениям, что можете улавливать сходство между различными явлениями. Так вот, я собираюсь тот восходящий ток воздуха, который уносит пламя вверх, превратить в ток нисходящий. Вот прибор, с помощью которого это легко сделать. Чтобы пламя не слишком коптило, мы вместо свечи будем сжигать спирт. Но это пламя я подкрасил особым веществом[11 - В спирте была растворена хлористая медь – это дает красивое зеленое пламя (примеч. В. Крукса).]; дело в том, что если взять чистый спирт, его пламя вряд ли будет достаточно хорошо видно, чтобы вы могли проследить за ним.
Горящая горелка. Восходящий ток воздуха превращается в ток нисходящий
Зажигая этот спирт, получаем подкрашенное пламя; вы видите, я держу его в воздухе, и оно, естественно, устремляется вверх. Теперь вам вполне понятно, почему в обычных условиях пламя направляется вверх. Это зависит от тока воздуха, благодаря которому происходит сгорание. А теперь посмотрите: я дую на пламя сверху и таким изменением тока воздуха заставляю его устремиться вниз, в эту коленчатую стеклянную трубку. По ходу этих лекций мы еще вам покажем такую лампу, где пламя идет вверх, а дым вниз, или же пламя идет вниз, а дым вверх.
Итак, вы видите, что мы можем придавать пламени различные направления.
Я расскажу вам еще вот о чем. Форма пламени многих из тех свечей и ламп, которые вы здесь видите, очень изменчива оттого, что их все время обдувает воздухом с разных сторон. Однако при желании мы можем придать пламени неподвижную форму и сфотографировать его. И действительно, если мы хотим выяснить все его свойства и особенности, нам придется делать снимки пламени, чтобы его зафиксировать в неподвижности.
Если пламя достаточно большое, оно не сохраняет единства и однородности своей формы, а разбивается и вспыхивает с изумительной мощью. Для следующего опыта я возьму горючее, которое хотя и отличается от свечного сала или воска, но, безусловно, может их заменить. Вот большой комок ваты, который нам будет служить фитилем. Я погружаю его в спирт и зажигаю. Смотрите, чем это пламя отличается от пламени обыкновенной свечи? Конечно, очень отличается в одном отношении своей подвижностью и мощью, красотой и живостью, которых нет у огонька свечи.
Взгляните на эти тонкие огненные язычки. Вы видите то же направление общей массы пламени снизу вверх, но, кроме этого, вы видите, что из пламени вырываются язычки, чего у свечи вы не наблюдали. Так почему же это происходит? Я объясню вам: ведь если вы в этом разберетесь как следует, вы лучше сможете следить за ходом моей мысли при изложении дальнейшего. Вероятно, кое-кто из вас сам проделывал опыт, который я собираюсь вам показать. Я не ошибусь, полагая, что многим из вас случалось забавляться игрой с горящим изюмом[12 - Игра, заключающаяся в том, что в темной комнате зажигают бренди или спирт на блюде и вылавливают из него насыпанный туда изюм. Бренди – английский напиток, содержащий до шестидесяти процентов спирта (примеч. ред.).]?
По-моему, это прекрасная иллюстрация теории пламени. Во-первых, вот блюдо; заметьте, что если играть в эту игру по всем правилам, надо заранее хорошенько прогреть блюдо. Изюм тоже должен быть прогрет, а также и бренди (которого, впрочем, у меня здесь нет). Наливая спирт на блюдо, вы получаете чашечку и горючее те необходимые условия, о которых у нас шла речь, а разве изюминки не играют роль фитилей? Вот я бросаю изюм на блюдо, зажигаю спирт, и вы видите прекрасные язычки пламени, о которых я говорил. Эти язычки образуются вследствие того, что воздух струится, как бы вползает в блюдо через его края. Почему же так получается? Потому, что сила тяги и неравномерность действия пламени не дают воздуху течь вверх равномерным потоком. Он вторгается в блюдо так неравномерно, что пламя, которое при других условиях имело бы единообразную форму, оказывается разбитым на многочисленные отдельные язычки, каждый из которых существует независимо от других. Право, можно сказать, что здесь перед вами множество независимых свечек.
Но, видя одновременно все эти язычки, не думайте, будто пламени свойственна именно эта форма. В действительности в каждый данный момент это пламя не имеет такой формы. Сильное пламя, какое вы только что видели на комке ваты, смоченной спиртом, никогда не имеет той формы, в которой вы его воспринимаете. Дело в том, что оно состоит из множества различных форм, сменяющих друг друга с такой быстротой, что глаз способен воспринять их только слитно.
Некоторое время назад я задался целью разобраться в строении такого пламени – и вот вам схема, показывающая его составные части. Они существуют не одновременно, но кажутся нам одновременными потому, что мы видим весьма быструю смену этих форм.
Пора кончать лекцию. Как жаль, что приходится оборвать ее на игре в изюм, но задерживать вас я ни в коем случае не могу. Это мне будет уроком строже придерживаться теоретической стороны дела и не тратить так много вашего времени на показ опытов.
Лекция II
Свеча. Яркость пламени. Для горения необходим воздух. Образование воды
На прошлой лекции мы рассмотрели общие свойства и расположение жидкой части свечи, а также и то, каким образом эта жидкость попадает туда, где происходит горение. Вы убедились, что когда свеча хорошо горит в спокойном воздухе, пламя всегда имеет форму вытянутого вверх язычка, т. е. форму более или менее постоянную и притом очень интересную. А теперь я обращу ваше внимание на то, какими средствами мы можем выяснить, что происходит в той или иной части пламени, почему это происходит, какое действие оно при этом оказывает и, наконец, куда девается вся свеча; ведь вы же прекрасно знаете, что зажженная свеча (если она хорошо горит) на наших глазах, сгорая, исчезает целиком, не оставляя в подсвечнике никаких следов, а это весьма любопытное обстоятельство. Чтобы тщательно исследовать свечу, я собрал несколько приборов, с применением которых вы познакомитесь по ходу лекции. Вот свеча; кончик этой стеклянной трубки я сейчас помещу в середину пламени, т. е. в ту часть его, которая на рисунке старины Гукера изображена сравнительно темной и которую вы всегда можете увидеть, если внимательно посмотрите на пламя (и при этом не будете колыхать его своим дыханием). Эту темную часть мы исследуем прежде всего.
Вот я беру ту согнутую стеклянную трубку, ввожу один конец ее в темную часть пламени, и вы сразу видите, как нечто, находившееся в пламени, входит в трубку и выходит из нее с другого конца. Если я введу другой конец трубки на некоторое время в колбу, вы увидите, как это нечто постепенно высасывается из средней части пламени, проходя через трубку в колбу, и там ведет себя совершенно иначе, чем на открытом воздухе. Оно не только выходит из конца трубки, но падает на дно колбы, как тяжелое вещество. И действительно, оказывается, что это не газ, а воск свечи, перешедший в парообразное состояние. Запомните разницу между газом и парами: газ остается газом, а пары – это нечто такое, что конденсируется[13 - Во времена Фарадея считалось, что не все газы могут быть сконденсированы (примеч. ред.).].
Кончик стеклянной трубки помещен в середину пламени свечи
Когда вы задуваете свечу, вы ощущаете противный запах, получающийся от конденсации этих паров. Они сильно отличаются от того, что находится вне пламени, и чтобы вам это стало яснее, я собираюсь получить большее количество таких паров и поджечь их: ведь чтобы до конца изучить то, что есть в нашей свече в небольшом количестве, и иметь возможность исследовать его составные части, мы, как настоящие исследователи, должны научиться добывать его и в более значительных количествах. Теперь мистер Андерсон[14 - Ассистент Фарадея (примеч. ред.).] даст мне горелку, и я покажу вам, что собой представляют эти пары.
Вот в этой склянке я нагрею воск, чтобы он стал таким же горячим, как внутренность пламени этой свечи и вещество, окружающее фитиль. (Лектор кладет в склянку немного воска и нагревает его над горелкой.) Теперь, пожалуй, колба нагрета достаточно. Вы видите, что воск, который я туда положил, стал жидким и от него идет дымок. Сейчас будут подниматься пары. Продолжаю нагревание; теперь паров получается больше, вот я даже могу перелить пары из колбы в эту чашку и там их поджечь. Стало быть, это в точности те же пары, как в середине пламени свечи. Чтобы вы могли убедиться, что это действительно так, давайте выясним, не собраны ли у нас вот в этой колбе настоящие горючие пары из середины пламени свечи. (Лектор берет колбу, в которую была проведена трубка от свечи, и вводит в нее зажженную лучинку.) Видите, как эти пары горят? Итак, это у нас пары из середины пламени свечи, возникшие благодаря его собственному жару. Это один из первых фактов, которые вы должны продумать в связи с продвижением воска в процессе его горения и с теми переменами, которым он подвергается.
Помещение кончика трубки в середину пламени. Пары проходят сквозь трубку к ее другому концу, где зажигается настоящее пламя свечи
Сейчас я осторожно помещу в пламя кончик другой трубки. Действуя очень осторожно, нам удастся добиться того, чтобы эти пары проходили сквозь трубку к ее другому концу, где мы их зажжем и получим настоящее пламя свечи на некотором расстоянии от нее самой. Ну вот, поглядите. Разве это не изящный опыт? Вы слышали о газопроводах, а тут мы устроили настоящий «свечепровод». На этом опыте вы видите, что есть два четко различимых процесса: один это возникновение паров, а другой это их сгорание, и каждый из этих процессов происходит в разных частях свечи.
Из того участка, где сгорание уже осуществилось, мне не удается получить пары. Я передвину кончик трубки в верхнюю часть пламени, и как только из трубки уйдут находившиеся в ней пары, она будет выводить из пламени нечто такое, что уже не будет горючим: оно уже сгорело. Каким образом сгорело?
А вот как. В середине пламени вокруг фитиля имеются горючие пары; пламя окружено воздухом, который, как мы увидим, необходим для горения свечи, и между ними происходит интенсивное химическое взаимодействие, при котором воздух и горючее воздействуют друг на друга, и в то самое время, как получается свет, разрушаются пары, находившиеся внутри пламени. Если вы станете выяснять, где находится самое горячее место в пламени, вы узнаете, что оно расположено очень любопытно. Вот я ввожу лист бумаги прямо в пламя, где самое горячее место? Вам видно, что не внутри. Оно расположено кольцом, как раз там, где, как я вам сказал, происходит химическая реакция; даже если ставить опыт так грубо, всегда получается кольцо (если только пламя не слишком будет колебаться от движения воздуха). Этот опыт каждый может легко повторить у себя дома. Возьмите полоску бумаги, выберите комнату, где нет сквозняка, и поместите полоску прямо в середину пламени. Вы увидите, что бумага прогорит в двух местах, а в середине только слегка будет тронута огнем. Когда вы раз-другой удачно проделаете этот опыт, вы легко определите, где наиболее горячая часть пламени; вы сами убедитесь в том, что она там, где встречаются воздух и топливо.
Это в высшей степени важно для того, чтобы вы могли разобраться в дальнейшем. Воздух совершенно необходим для горения; мало того: вы должны понять, что необходим свежий воздух, иначе наши рассуждения и наши опыты не дадут правильного результата. Вот банка, в ней воздух; я опрокидываю банку и накрываю ею свечу; сперва свеча под банкой горит вполне благополучно и тем самым доказывает справедливость того, что я только что сказал. Однако скоро наступит перемена. Вот смотрите, как пламя вытягивается вверх, затем меркнет и наконец гаснет. А почему же оно гаснет? Не потому, что ему нужен просто воздух ведь банка и сейчас так же полна воздуха, как вначале, а потому, что пламя нуждается в чистом, свежем воздухе. Банка полна воздуха, частично измененного, частично не измененного; но в ней недостаточно того свежего воздуха, который необходим для горения свечи. Все эти факты, которые вам, юным химикам, надо собирать и сопоставлять. Обдумав их, мы сможем сделать дальнейшие шаги, которые приведут нас к интересным результатам.
Вот, например, масляная лампа, которую я вам уже показывал. Это старинная лампа Аргана[15 - В масляной лампе, изобретенной швейцарским химиком Э. Арганом, фитиль имеет вид цилиндра, так что воздух поступает внутрь пламени (примеч. ред.).], очень удобная для наших опытов. Сейчас я увеличу ее сходство со свечой. (Лектор закрывает отверстие в середине фитиля, через которое воздух проникает внутрь пламени.) Вот фитиль; вот масло, которое по нему поднимается; а вот и пламя конусообразной формы. Оно плохо горит, потому что доступ воздуха уменьшен. Я ограничил доступ воздуха к пламени только его внешней стороной, и вот пламя заметно уменьшилось. Снаружи я не могу увеличить доступ воздуха, потому что фитиль и так большой; но если (как это хитроумно устроил Арган) я открою для воздуха проход в середину пламени, вы увидите, насколько лучше и светлее станет гореть лампа. Если же прекратить доступ воздуха, смотрите, как лампа коптит, а почему?
Теперь у нас накопилось несколько очень интересных фактов, в которых надо разобраться: во-первых, горение свечи; во-вторых, ее угасание от недостатка воздуха; в-третьих, теперь к этому прибавилось неполное сгорание, а оно для нас настолько интересно, что я хочу, чтобы вы в нем разобрались так же досконально, как и в том случае, когда свеча горит наилучшим образом. Теперь я устрою большое пламя, так как нам нужны иллюстрации как можно более крупные. Вот фитиль большого размера. (Лектор зажигает комок ваты, пропитанный скипидаром.) В конечном счете все это та же свеча. Если у нас фитили крупнее, то и снабжение воздухом должно быть больше, иначе сгорание будет менее совершенным. Вот смотрите, как от этого пламени в воздух летят хлопья горючего вещества. Чтобы эта не полностью сгоревшая часть не причиняла вам неудобства, я устроил вытяжную трубу, куда она и уносится. Посмотрите на сажу, летящую от пламени. До чего здесь неполное сгорание ведь у нас пламя не получает достаточного воздуха. Так что же тут происходит? Дело в том, что отсутствует нечто, необходимое для горения свечи, и это приводит к очень плохим результатам. А что происходит со свечой, когда она горит в чистом воздухе, мы уже видели. Когда я вам показывал одну сторону бумажки, обожженную кольцом пламени, я мог бы, перевернув этот листок, показать вам, что от горения свечи получается такая же сажа, то есть уголь, или, иначе говоря, углерод.
Но прежде чем это показать, давайте я объясню вам кое-что совершенно необходимое для понимания всего вопроса. Хотя в качестве основного предмета лекций я взял свечу и для иллюстрации общего понятия «горение» показываю вам ее горение в форме пламени, мы все-таки должны выяснить, всегда ли горение происходит именно в этой форме и бывают ли и другие виды пламени. Мы скоро убедимся, что они действительно бывают и что они для нас в высшей степени важны.
Пожалуй, лучший способ убедить молодежь, это продемонстрировать разительный контраст. Вы знаете, что порох сгорает с пламенем; мы вполне можем называть это пламенем. Порох содержит углерод и другие вещества, которые в совокупности заставляют его сгорать с пламенем. А вот немного железных опилок. Я хочу сжечь эти два вещества вместе. У меня тут есть деревянная ступка, в которой я их смешаю. (Прежде чем перейти к этим опытам, разрешите мне высказать надежду, что никто из вас не наделает беды, пытаясь их повторить для забавы. Ведь все это можно хорошо проделать, только если соблюдать осторожность, а небрежность может очень плохо кончиться.) Так вот, стало быть, тут у меня немножко пороху, который я кладу на дно этой маленькой деревянной ступки и смешиваю с ним железные опилки. Цель моя состоит в том, чтобы от пороха опилки загорелись и на воздухе, а тем самым была бы наглядно показана разница между веществами, сгорающими с пламенем и без пламени. Вот полученная смесь; теперь, когда я ее подожгу, вы должны будете следить за процессом горения, и вы увидите, что горение будет двоякое. Вы увидите, как порох будет гореть с пламенем, а железные опилки будут взлетать в воздух. Вы увидите, что и они тоже будут гореть, но не давая пламени. Каждая частичка железа будет гореть отдельно. (Лектор поджигает смесь.) Смотрите: порох горит с пламенем, а вот железные опилки – они горят совсем иначе. Итак, вы воочию убедились в существовании двух различных типов горения, и именно на них основаны все практические применения и вся красота пламени, используемого нами в качестве источника света. Повторяю: будем ли мы для освещения пользоваться маслом, газом или свечами, пригодность всех их зависит от тех различий в процессе горения, которые вы только что наблюдали.
Бывают такие своеобразные виды пламени, что без некоторого хитроумия и умения подмечать тонкие различия невозможно определить, какой тут наблюдается тип горения. Возьмем, например, вот этот порошок. Он очень горючий; он состоит из массы отдельных зернышек. Порошок этот называется ликоподий[16 - Ликоподий – желтоватый порошок, споры плауна. Используется в пиротехнике (примеч. В. Крукса).].
Каждая из его пылинок может дать пары и вспыхнуть отдельным огоньком. Сейчас я зажгу немножко ликоподия, и вы увидите, что произойдет… Мы увидели целое облако пламени, как будто единое, нераздельное; однако это потрескивание (лектор обращает внимание на звук, возникающий при горении) доказывает, что сгорание было не непрерывным и не равномерным. Это и есть искусственная молния, которую вы видели в пантомимах, и надо сказать, что она очень хорошо имитирует настоящую. (Лектор дважды проделывает этот опыт, продувая ликоподий из стеклянной трубки сквозь пламя спиртовки.) Это пример горения, отличающийся от горения опилок, к которым мы еще вернемся.
Возьму теперь свечу и буду исследовать ту часть ее пламени, которая на глаз кажется самой яркой. Оказывается, там-то я и нахожу черные частицы, возникновение которых из пламени вы уже несколько раз наблюдали; сейчас я добуду их иначе. Вот я очищаю свечу от наплывов воска, получившихся из-за ветра. Теперь я беру стеклянную трубочку, которой мы уже пользовались в одном из предыдущих опытов, и вставляю ее в пламя, но на этот раз повыше, так, чтобы ее кончик был едва погружен в яркую часть пламени. Вы видите, каков результат: вместо белых паров, которые получались раньше, теперь из трубочки выходит копоть, черная как чернила. Безусловно, это нечто совершенно иное, чем те белые пары; поднесем к концу трубочки горящую лучинку, и мы увидим, что выходящие пары и сами не горят и лучинку гасят. Так вот, эти частицы, как я уже и раньше вам говорил, это всего-навсего копоть свечи. Недаром Свифт советовал лентяям развлекаться, расписывая на потолке узоры с помощью свечи. Так что же это за черное вещество? Это тот же самый углерод, который имеется в свече. Как же он возникает из свечи? Очевидно, он был в свече, ведь откуда бы ему взяться иначе?
Теперь слушайте внимательно и следите за ходом моего объяснения. Вам вряд ли приходило в голову, что вещество, летающее в лондонском воздухе в виде частиц копоти и сажи, это как раз то, что придает самую красоту и жизнь пламени, в котором оно сгорает точно так же, как у нас сгорали железные опилки. Вот тонкая проволочная сетка, не пропускающая пламени. Я думаю, вам почти сразу будет видно, что когда я ее опущу на пламя таким образом, чтобы она касалась той его части, которая обычно бывает самой яркой, сетка придавит пламя, и пламя начнет коптить.
Теперь мне нужно, чтобы вы поняли следующий пункт моего рассуждения. Всякий раз, когда какое-нибудь вещество горит так, как горели железные опилки в пламени пороха, т. е. не переходя в парообразное состояние, а либо становясь жидким, либо оставаясь твердым телом, оно чрезвычайно ярко светится. Чтобы наглядно доказать вам это, я отвлекусь от свечи и приведу несколько других примеров. Ведь то, что я вам должен рассказать, применимо ко всем веществам, горючим и не горючим, они интенсивно светятся, если остаются в твердом состоянии; именно присутствием твердых частиц в пламени свечи и объясняется ее яркий свет.
Вот платиновая проволочка – тело, которое от нагревания не изменяется. Я ее раскалю на этом пламени: смотрите, до чего она ярко светится. Я сделаю пламя малосветящимся, и хотя платиновая проволочка получит от него мало тепла, вы все же увидите, что этого нагрева будет достаточно, чтобы довести накал проволочки до гораздо большей яркости, чем яркость самого пламени. В этом пламени содержится углерод; а теперь я возьму такое пламя, в котором углерода нет.
