Фрэнсис Ролт-Уилер - Как мальчик Хюг сам построил радиостанцию
— В два месяца?
— Да! Это было бы, пожалуй, слишком скоро. Ну, я постараюсь дать ему некоторое представление. Слушай, Хюг, знаешь какая разница между галонной жестянкой и квартой?
— Конечно. Одна содержит галон, другая — кварту.
— Которая больше?
— Галонная.
— Очень хорошо. Не величина может относиться не только к объему, но и к энергии. Не всегда самый толстый человек будет и самым сильным. Скажи, отчего движется твое водяное колесо?
— Потому, что вода падает на кружки.
— Если бы вода падала с высоты одного дюйма, могла бы она вертеть колесо?
— Нет, если б только ее не было бы гораздо больше.
— Хорошо, я вижу, ты это понимаешь. Ты видишь, что движение колеса обусловливается высотой падения воды. Такое же значение имеет количество. Если ты поставишь десятигалонный чан с краном в дне на скамейку на высоте десяти футов, когда будет сильнее струя, если чан будет полон, или если в нем будет воды только на дне?
— Когда он будет полон, конечно.
— Верно. Давление будет больше, и потому будет больше движущая сила. Не забывай этого! В больших городах так устроен водопровод.
Бак ставится в месте более высоком, чем уровень города, и давление воды в нем гонит воду по трубам, подымая ее даже на верхние этажи высоких домов. Это давление можно измерить.
Всякий конденсатор, как твоя лейденская банка, мой мальчик, является резервуаром электричества. Между двумя пластинками существует разность потенциалов. Эта разность потенциала создает напряжение. Оно может быть измерено в вольтах[3], как расстояние измеряется ярдами или вес фунтами.
Вольт назван по имени одного итальянского ученого Вольта, который после некоторых опытов с лягушачьими лапками изобрел первый электрический элемент или электрическую батарею. Когда я приеду в Фолджэмбвилль, я тебе пришлю оттуда батарею и книгу об электричестве.
— О, спасибо!
— Не благодари меня, благодари самого себя. Если бы ты не доказал, что стоишь этого, я не стал бы с тобой возиться. Но если ты в самом деле хочешь добиться чего-нибудь с электричеством, тебе надо серьезно заняться арифметикой. Если б мисс Фергюсон до своего отъезда дала тебе некоторое представление об алгебре, было бы еще лучше.
— Это я, пожалуй, смогу, доктор, — сказала учительница. — Конечно, только самое начало.
— Больше он и не усвоит, вероятно. Тебе надо, Хюг, как можно скорее научиться измерить емкость твоей лейденской банки. Глупо уметь пустить в ход прибор, не зная причины, по которой он работает.
Я видел парней с беспроволочным аппаратом, — ты не знаешь, что это такое, — которые думали, что если они умеют немного обращаться с выключателями и с рычагами, так они уже все знают. Это так же глупо, как если бы человек, который умеет налить капли из пузырька, думал, что он врач, хотя он не знает, что именно в бутылке и какое имеет действие.
Я постараюсь дать тебе понятие об электрических измерениях. Видел ли ты велосипедную шину?
— Да.
— И знаешь как она накачивается?
Мальчик кивнул.
— Давление воздуха в этом случае измеряется, исходя из фунта на квадратный дюйм. Я тебе объясню это на примере, хотя и не совсем точно.
Представь себе, что в шине есть отверстие в квадратный дюйм величиной и что есть хорошо подходящая к нему пробка весом в один фунт. Ты понимаешь, что если шина не вполне наполнена, давление будет недостаточное, чтобы вытолкнуть пробку. Таким образом можно измерить давление воздуха или упругость шины. Мощность конденсатора вроде твоей лейденской банки может также быть измерена, но только несколько иным способом. Результаты измерения выражаются в единицах, называемых «фарадами», по имени знаменитого английского физика Фарадея. Для лейденской банки эта единица слишком велика, и лучше считать в миллионных долях фарады[4], или в микрофарадах.
Мне сейчас некогда заняться определением напряжения и мощности твоей банки, потому что, чтобы быть точным, надо проделать довольно много вычислений. Но если ты говоришь, что она дает искру длиной приблизительно пол-дюйма, я думаю, что в ней должен быть вольтаж около 10.000 вольт или более, что ее мощность около 1/500 микрофарада и что ее энергия около трех восьмых джоуля. Поэтому при искре в пол дюйма она может дать несколько тысяч колебаний, из которых каждое заняло бы около трех восьмых миллионной доли секунды. Если бы ты мог сейчас приспособить ее к механической работе, при отсутствии потери энергии на вредные сопротивления, она могла бы поднять фунт на три дюйма от земли, или три фунта на один дюйм.
— Впоследствии, — продолжал доктор, улыбаясь удивлению мальчика перед цифрами, — ты сумеешь вычислить все это сам. Это не так трудно, как кажется. Кстати, ты умеешь писать?
— Он хорошо пишет, доктор, — гордо заявила учительница.
— Очень хорошо.
Доктор вынул бумажник и дал мальчику несколько марок.
— Продолжай свои опыты и пиши мне.
Хюг жестом отклонил.
— У меня нет денег, чтобы заплатить за них, доктор.
Доктор втайне посмеялся над этим проявлениемгордости и ответил серьезно:
— Наоборот, я должен тебе деньги. Я прописал м-с Берк лечение электричеством и ты дал ей восемь сеансов.
— Да, она была здесь восемь раз.
— Обычная плата за лечение электричеством пять долларов сеанс, но ты не очень опытен, не правда ли? Двух долларов будет достаточно.
— Я и не думал брать плату, — сказал несколько возмущенный Хюг.
— А я думал. Я, как ты знаешь, с этого живу. Если я что-нибудь прописываю, больным приходится платить. Я должен тебе шестнадцать долларов, которые я поставлю Уоту Берку в счет.
Хюг смотрел недоверчиво, так как в глубине души был убежден, что все это сказано только для того, чтобы успокоить его, но он не мог сказать доктору, что не верит ему.
— Если так, доктор, — сказал он, — вы можете взять эти деньги в уплату за книгу и батарею, о которых вы говорили.
— Отлично, — ответил доктор, пожимая мальчику руку и садясь в тележку. Он обернулся назад, чтобы сказать Хюгу:
— Я тебе вышлю батарею, как только приеду в Фолджэмбвилль, а книгу — как только она прибудет из Нью-Йорка. Займись хорошенько математикой.
Электрические определения, которые вдруг посыпались на него, не мало озадачили Хюга, но у него было легко воспринимавшая голова, и он стал над ними думать.
После обеда он взял свое ружье и пошел провожать мисс Фергюсон домой. Было решено, что она никогда не будет ходить одна и без оружия. Он задал ей массу вопросов, из которых она ответила лишь на немногие. Он повторил ей, что понял из разговора с доктором. В обоих случаях, когда он испытал сильное потрясение и когда получилась искра, между внутренней и наружной жестянкой очевидно был ток. Этот ток должен быть измерен амперами. Мальчик начал понимать также, что такое сопротивление, и понял, что сопротивляющаяся проволока может нагреваться, хотя он никогда не видел электрического света.
Хюг и мисс Фергюсон.
На самом деле, употребляемая Хюгом гальванизированная проволока все же не была хорошим проводником электричества. Другими словами, электроны в своем стремлении по мосту между двумя соединенными жестянками встречали на своем пути значительные препятствия. Атомы металлической проволоки противились переходу электронов, и это сопротивление могло быть измерено омами. Ярким примером может служить сопротивление водопроводной трубы давлению воды. Если труба слишком длинна или диаметр ее слишком мал, вода может перестать течь, так как трение воды о стенки пересилит давление. Точно так же длинная проволока оказывает большее сопротивление электрическому току, чем короткая, и тонкая, чем толстая.
Такое сопротивление, как всякое трение, производит теплоту. В электрической лампочке сопротивление атомов тонкой угольной нити или металлической проволоки переходу электронов (электрическому току) производит так много теплоты, что проволока накаляется до бела и дает свет.
Во всех телах, лежащих на пути электрического тока есть особый род инерции, называемый электрической инерцией. Инерция есть свойство, затрудняющее начало движения, а также и прекращение его. Паровоз употребляет больше силы на то, чтобы тронуть с места поезд, чем на то, чтобы тащить его; точно так же, чтобы остановить поезд даже после прекращения пара, нужны сильные тормоза.
Точно так же электрическая цепь, т. е. комбинация всевозможных электрических проводников, включенная между положительным и отрицательным полюсами какого-нибудь производящего электричество аппарата, будь это электростатическая машина, батарея или генератор, сопротивляется возникновению проходящего через нее тока так же, как и прекращению его. Некоторые цепи, в зависимости от их длины и вида включенных в них проводников (приборов), имеют большую инерцию, чем другие, и часто для увеличения инерции, если встречается необходимость, устраиваются различные приспособления. Инерция оказывает громадную пользу в работе с радио. Она измеряется единицей, называемой «генри», по имени американского физика Джозефа Генри. Доктор Камерон упомянул о лягушачьих лапках, и это напомнило мисс Фергюсон о том, что она учила в школе относительно открытия электрического тока. Стараясь ответить на вопросы Хюга, заданные им ей по дороге к дому Берка, ей пришло в голову рассказать ему о Гальвани; она думала, что сильное стремление мальчика к знанию даст ему возможность извлечь из этого рассказа что-нибудь ценное, чтобы он мог применить на практике.
