После открытий Франклина изучение электричества пошло по пути исследования количественных характеристик сил электрического притяжения и отталкивания, а также связи электричества с магнетизмом и химическими процессами. В дальнейшем мы подробнее остановимся на этих вопросах, а сейчас обратимся лишь к открытиям, связанным с явлением электрического разряда в разреженных газах и пустом пространстве (вакууме).
Самый известный и наиболее впечатляющий вид электрического разряда — молния. Хотя еще в 1752 г. в знаменитом опыте, предложенном Франклином, было показано, что природа молнии связана с электрическим током, сама молния столь случайна и неконтролируема, что ее изучение мало что могло сказать о свойствах электричества. Но к XVIII в. появилась возможность исследовать другой, более управляемый вид электрического разряда.
В 1709 г. Хоксби заметил, что если из стеклянного баллона откачать воздух до 1/60 нормального атмосферного давления и присоединить баллон к электрической машине, то в нем возникает странное свечение. Подобные вспышки света наблюдали еще ранее в парциальном вакууме, существующем в барометре над ртутным столбиком. В 1748 г. Ватсон описал свет, появляющийся в 32-дюймовой (~80 см) вакуумированной трубке, как «дугу колеблющегося пламени». О наблюдениях подобного рода сообщали также Нолле, Готтфрид Генрих Груммонт (1719—1776) и великий Майкл Фарадей, о котором мы расскажем позднее.
Сначала природу этого свечения не удавалось объяснить, однако теперь мы знаем, что вторичное явление. Когда электрический ток протекает в газе, электроны соударяются с атомами газа и передают им часть своей энергии, которую атомы затем излучают в виде света. Современные люминесцентные источники света и неоновые рекламы действуют по тому же принципу, при этом их цвет определяется характером света, который преимущественно излучают атомы заполняющего трубку газа: оранжевый цвет дает неон, розовато-белый — гелий, зеленовато-голубой — ртуть и т. д. Однако с точки зрения истории науки об электричестве значение этого явления связано не со светом, который создает электрический разряд, а с самим электрическим током. Когда электрический заряд накапливается на янтарном стержне или когда электрический ток протекает по медному проводнику, свойства самого электричества неразделимо переплетаются со свойствами твердой поверхности янтаря или меди. Даже современными методами невозможно определить массу данного количества электричества (электрических зарядов), взвешивая янтарный стержень до и после его электризации, ибо общая масса электронов на стержне ничтожно мала по сравнению с массой самого стержня. Чтобы определить массу электричества, его необходимо получить «в чистом виде», вне твердого или жидкого вещества, которое обычно является его носителем. В этом смысле исследование электрических разрядов явилось первым шагом в нужном направлении, но даже при давлении в 1/60 атмосферного воздух слишком сильно влияет на поток электронов, что препятствует исследованию их природы. Истинный прогресс стал здесь возможным только после того, когда научились откачивать газ из сосуда и исследователи получили возможность изучать в чистом виде поток электричества через почти пустое пространство.
Поворотным моментом в этих исследованиях стало изобретение эффективных вакуумных насосов. В самых первых насосах происходила утечка газа через прокладки, окружающие поршни. В 1885 г. немецкий физик и изобретатель Генрих Иоганн Гейсслер (1715—1879) сконструировал насос, в котором роль поршня играл ртутный столб и, следовательно, отсутствовали прокладки. Насос Гейсслера позволял откачивать воздух из стеклянной трубки до давления в несколько десятитысячных долей нормального атмосферного давления на уровне моря. В 1858— 1859 гг. насос Гейсслера был использован в серии экспериментов по исследованию электрической проводимости газов при очень низком давлении; эти эксперименты проводил профессор физики Боннского университета Юлиус Плюккер (1801—1868). В установке Плюккера металлические пластины внутри стеклянной трубки присоединялись проводниками к мощному источнику электричества. [Следуя терминологии Фарадея, пластину, соединенную с источником положительного электричества (с положительным полюсом источника), называют анодом, а пластину, соединенную с источником отрицательного электричества,— катодом.] Плюккер обнаружил, что, когда воздух из трубки выкачан почти полностью, свечение в большей части объема трубки исчезает, но вблизи катода на поверхности стеклянной трубки возникает зеленоватое свечение. Его место, по-видимому, не зависело от того, где находился анод. Наблюдаемая картина позволяла предположить, что из катода что-то испускается, распространяется в прилегающей области почти пустого пространства внутри трубки, соударяется со стеклом трубки, а затем собирается на аноде. Несколько лет спустя Эуген Гольдштейн (1850—1930) дал название этому таинственному явлению: Kаthoden-strahlen, что означает «катодные лучи».
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.