Майкл Фарадей - История свечи
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 2-3 дюймов[ 9 ], 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.
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[ 10 ]; дело в том, что если взять чистый спирт, его пламя вряд ли будет достаточно хорошо видно, чтобы вы могли проследить за ним.
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.
