Удивительные опыты Гастона Планте - человека, придумавшего свинцовый аккумулятор

0 Пользователей и 1 Гость просматривают эту тему.

BlueArm

  • Гость
Advertisement
Сегодня почти никто не вспоминает о Гастоне Планте, а между тем без его изобретения не обходится ныне ни один автомобиль. Речь идет о свинцовом аккумуляторе.

     Первоначально аккумулятор Планте был предельно прост: две свинцовые пластины в сосуде с серной кислотой. Идею вскоре подхватили и начали совершенствовать. В то время единственным накопителем электроэнергии была лейденская банка, и даже простейший аккумулятор Г. Планте превосходил ее по емкости в сотни тысяч раз. Изобретатель лишь снисходительно радовался успехам продолжателей своей идеи: для него самого аккумулятор был всего лишь этапом на пути к иной величественной цели - поставить на службу человеку энергию молнии. Именно для того, чтобы накопить ее заряд, Планте и изобрел свой аккумулятор. Но прежде следовало изучить свойства самой молнии.


     Планте понимал: если сидя ждать грозы, изучение затянется на целую вечность. Поэтому он решил создать модель молнии в своей лаборатории.
     На первый взгляд эту задачу трудно назвать новой. Немало ученых того времени, пользуясь электростатическими машинами, получали искры до полуметра в длину, которые по всему своему виду походили на линейную молнию. Но в природе есть молнии и других типов, например, шаровые. Их-то Гастон Планте и попытался воспроизвести.


     Напомним, что и сегодня шаровые молнии для нас загадка. Сотни гипотез пытаются объяснить их форму и энергию, опираясь на свойства пыли и окислов, электромагнитных волн и вихрей, термоядерной энергии и энергии мирового вакуума. Порою идеи очень остроумны, но итог всегда один - шаровую молнию получить не удается... Но похоже, что Планте это сделал.
     О своей работе он во всех подробностях сообщил французской Академии наук, и его доклад был опубликован в 1875 году. Для тех, кому интересно, помещаем выходные данные доклада "Comptes rendus de L'Academie, t. LXXX, S. 1133, 3 мая, 1875 г.". Возможно доклад каким-то образом можно найти в Интернете. Кроме того, существует русский перевод доклада, сделанный А.Анисимовым. "Электрические явления в атмосфере. Гастона Планте, лауреата Академии наук". С.-Петербург, 1891 г.


     В докладе автор рассказал о своих экспериментах с тем, чтобы можно было их повторить. Главный вывод доклада: шаровая молния - особая, первичная форма устойчивого состояния электрической энергии. Линейная же молния является попросту комбинацией шаровых!
     А теперь расскажем все по порядку. Начнем с главного - источников тока, которые позволяли делать такие эксперименты. Их было два типа. Одни предназначались для получения очень сильных, в тысячи ампер, токов при напряжении 4 - 7 вольт. Другие давали высокое импульсное напряжение до 10 000 В при токах в десятки ампер. В любом случае Планте получал уникальное сочетание силы тока, напряжения и времени их действия. Оно резко отличалось от того, что давали источники энергии, применявшиеся другими учеными. Более наглядно это поясняет график (рис. 1).

1 - электростатические машины. Напряжение до 500 кВ, ток - один микроампер, время действия не более 0,001 секунды;
2 - гальванические батареи. Напряжение - десятки вольт, ток - десятки ампер, время действия - сутки;
3 - батарея Планте. Напряжение - более 10 000 В, сила тока - десятки ампер, время действия - до 10 секунд

 Для получения больших токов ученый применял аккумуляторную батарею, содержавшую до 4000 небольших свинцовых аккумуляторов, соединенных параллельно (рис. 2). Заряжалась она, по словам Планте "мгновенно" от 2 - 3 гальванических элементов, способных давать напряжение не более 7,5 В при токе максимум 10 А. Если под мгновением подразумевалось 2 - 3 секунды, то энергия заряда аккумуляторной батареи не превышала 220 Дж. Но разряд ее носил особый характер. Батарея имела ничтожно малое внутреннее сопротивление, поэтому практически вся ее энергия выделялась на нагрузке. Это напоминает режим короткого замыкания. Отметим, что современные свинцовые аккумуляторы в результате этого приходят в негодность. Аккумуляторы Планте в их первоначальной форме режим короткого замыкания переносили прекрасно и поэтому были удобны в экспериментах, где требовались сильные токи.
Для получения высоких напряжений Планте изменял характер соединения уже заряженных аккумуляторов с параллельного на последовательное. В результате их электродвижущие силы (ЭДС) складывались. Делал он это одним поворотом рукоятки специального механического переключателя "реостатической машины".
     Опишем несколько опытов, в которых, по убеждению Планте, при ЭДС батареи 2000 - 4000 В получались крохотные шаровые молнии.
    Опыт 1. Сосуд наполнен водным раствором поваренной соли. В него погружен платиновый электрод, соединенный с минусом батареи. Сверху плавно опускаем другой платиновый электрод, соединенный с плюсом батареи. В момент соприкосновения с поверхностью жидкости на конце его возникает светящийся шарик. Если начать электрод аккуратно поднимать, то шарик увеличивается, достигая сантиметра в диаметре. В этом случае он начинает представлять собою устойчивое вращающееся образование (рис. 2). Направление вращения непредсказуемо. (Читателя не должно смущать применение платины. В то время она считалась весьма недорогим химически стойким металлом.)
     Опыт 2. При увеличении силы тока в 2 - 3 раза, что достигалось включением 2 - 3 батарей параллельно, удавалось создать огненный шарик в дистиллированной воде. Он был прозрачен, а в месте его соприкосновения с водой была видна светящаяся пластинка. Если электрод немного приподнимался, шарик принимал форму яйца. Становилось отчетливо заметно его вращение. Нижняя часть шарика покрывалась множеством фиолетовых светящихся нитей и блесток (рис. 3). Направление вращения и здесь было случайно, что говорит о том, что оно не связано с действием электрического тока. В то же время при перемещении электрода сферическое образование следовало за ним. Это говорит о том, что оно получало энергию от батареи. Вообще же Планте видел в этих образованиях, как и в шаровых молниях, проявление особого вида материи, созданной электричеством. Каким же образом на основе этих и многих подобных опытов (которые мы за неимением места опускаем) объяснял Планте природный феномен шаровой молнии?

Это схема образования шаровых молний на конце смерча. Заряды почвы и облаков противоположны по знаку. Наполненный водяными струями и брызгами "хобот" смерча выполняет роль проводника.

 Стекающие по нему токи зажигают на залитой водою поверхности земли огненные шары.

     Планте отмечал, что во многих случаях во время грозы смерч слаб и почти не виден. Но его электропроводности и в этом случаи достаточно для образования шаровых молний. От себя добавим (Планте этого знать не мог), что подобный электропроводящий столб в соединении с облаками может служить антенной, концентрирующей возникающие при грозовых разрядах электромагнитные волны. (В годы Великой Отечественной войны советский профессор Г.Бабат получил высокочастотный разряд, внешне похожий на шаровую молнию.)
     Многочисленные наблюдения свидетелей отмечают у шаровой молнии наличие большой энергии. Но попытки соотнести эту энергию с массой шаровой молнии нередко ставили исследователей в тупик. Получалось, что энергоемкость ее вещества настолько велика, что необъяснима без привлечения ядерных процессов... Теория Планте объясняет этот феномен тем, что шаровая молния получает энергию извне. И еще. В книге Планте утверждается, что огненные шары можно наблюдать практически в каждую грозу. Нужно лишь внимательно смотреть...
     Если вас заинтересовали опыты Планте, отметим, что и сегодня нет готовых источников электроэнергии с характеристиками батареи Планте. Их можно создать на основе специальных электрогенераторов с маховиками или батарей ионных конденсаторов. Но проще всего, наверное, воссоздать батарею Планте.

Электрические фонтаны Гастона Планте.

 Проводники с током, напомним, создают вокруг себя магнитное поле, в результате чего отталкиваются или притягиваются друг к другу. В обычных случаях, например в комнатной электропроводке, токи и вызываемые ими силы сравнительно малы, а поскольку сами проводники достаточно жестки, никаких изменений их формы мы не замечаем. Лишь при авариях токи короткого замыкания достигают тысяч ампер на квадратный миллиметр, и тогда магнитные силы завязывают проводники толщиною в руку узлами.
     Зато, пропуская по жидкости относительно небольшие токи, Г.Планте обнаружил, что порою при этом возникают довольно неожиданные эффекты.

     Вот самый простой для повторения опыт Планте. В сосуде с раствором медного купороса (чайная ложка на литр воды) два медных электрода. При подаче на них напряжения всего в 2 - 3 В на всем протяжении положительного электрода возникают пузырьки кислорода. Если же к электродам подключалась батарея из 15 - 20 элементов Бунзена, развивавшая напряжение 45 - 50 В, возникала иная картина. Кислород хлестал, в основном, на конце электрода шипящей струей, которая расплывалась в виде хлопьев. Если в этот момент к оконечности электрода приближали полюс намагниченного стального стержня (рис. 1), облачко водорода приходило в быстрое вращательное движение. Его направление менялось на противоположное при смене магнитного полюса.
Объяснить причину движения нетрудно. В воде под действием электрического поля, создаваемого электродами, движутся ионы растворенной соли. Ион - заряженная частица. При их движении в магнитном поле на ионы действует сила Лоренца, искривляющая траекторию потока и закручивающая его в спираль Архимеда.
     Бывают случаи, когда на жидкость с протекающим в ней током действует не внешнее магнитное поле, а ее собственное. Тогда картина становится сложнее. Поле меняет форму траектории движения ионов, а она в свою очередь меняет конфигурацию поля.
     Этим и объясняются необычные эффекты в других опытах.

     Таков, например, электрический прилив (рис. 2). В сосуд с солоноватой водой погружались проводники, соединенные с батареей из 400 пар свинцовых аккумуляторных пластин. Если один из электродов касался стенки, то возле него наблюдался вихрь, на 1,5 - 2 см выходящий над поверхностью воды и сопровождающийся появлением светящихся полос. Получить источник с параметрами батареи Планте сложно. Ориентировочный расчет на основе параметров энерговыделения, найденных из рисунков к книге, говорит о возможности применить для этой цели батарею конденсаторов емкостью в одну фараду при напряжении 600 - 800 В. Однако опыт, чисто внешне схожий с электрическим приливом, получается в ванне с вазелиновым маслом. Погруженные в нее электроды следует соединить со школьной электростатической машиной.

 На рисунке 3 изображен опыт с дистиллированной водой. Положительный электрод выполнялся в виде полоски фильтровальной бумаги. При напряжении около 1600 В, прежде, чем произойдет искровой разряд, жидкость поднимается в виде конуса на 2 - 3 см. Аналогичный конус высотой в несколько миллиметров можно наблюдать, используя масло и электростатическую машину.

  Наконец, самый красивый опыт - электрический фонтан, вольтаическая помпа, как назвал его сам автор (рис. 4).
В слабосоленую воду опускается стеклянная трубочка со вставленным в нее проволочным электродом, соединенным с плюсом батареи, дающей напряжение 400 В. Минусовый провод опускается в чашу с водой. При подаче напряжения вода быстро поднимается по каналу трубки и, вырываясь на высоту 20 - 30 см, рассыпается на тысячи блестящих черточек и брызг пара. При более высоком напряжении фонтан возрастает, но процесс начинает идти почти без выделения тепла.
     Планте обращал особое внимание на сходство явлений, наблюдавшихся в его опытах, с такими атмосферными явлениями, как смерчи и циклоны. Он полагал, что вращение смерча происходит благодаря взаимодействию атмосферного электричества, стекающего по столбу влажного воздуха (с водяными каплями), и земного магнетизма. В подтверждение этому есть множество наблюдений, когда смерчи сопровождаются канонадой линейных и шаровых молний. Особенно сильные электрические явления, сопровождающиеся оранжево-красным свечением волн, отмечаются в районе ока тайфуна - места его зарождения.
     Одно время точка зрения Планте на эти грозные явления была популярна среди ученых. Но энергия электричества в них была измерена и сопоставлена с энергией воздушных масс. Оказалась, что доля ее ничтожна, и ее вообще перестали принимать во внимание. Лишь в последние десятилетия на атмосферное электричество стали смотреть иначе. Ему отводится тонкая организующая роль, примерно роль пальца, спускающего курок грандиозных природных процессов. В Аргентине, например, ведутся опыты по электрическому управлению погодой. Похоже, что идеи Гастона Планте живут и побеждают. Но это тема отдельного разговора...