Бруно Донат - Физика в играх
Напряжение тока такого элемента очень невелико. Оно примерно в 10 ООО раз меньше напряжения небольшой электрической машины. Зато сила тока нашего гальванического элемента гораздо больше силы тока электрической машины. Но напряжение тока можно увеличить, соединив несколько гальванических элементов вместе так, чтобы цинк одного соприкасался с медью другого (рис. 122). Напряжение увеличится во столько раз, сколько элементов вы возьмете.
Кстати, такое соединение гальванических элементов называется последовательным. Соединение элементов носит название батареи элементов.
В нашей батарее на одном ее конце будет свободной медная пластинка, на другом — цинковая. Медная будет заряжена положительно. Говорят также, что она имеет положительный потенциал; цинковая же пластинка имеет отрицательный потенциал, то есть заряжена отрицательно.
Рис. 122
Если бы вы соединили в батарею несколько тысяч гальванических элементов, вы увидели бы те же явления, что и при опытах с электрической машиной. Оба конца батареи, ее «полюсы», светились бы в темноте, проволоки при сближении давали бы огромные искры. Эта батарея могла бы заряжать лейденские банки. Все подтвердило бы, что вы имеете дело с электричеством очень большого напряжения.
Если концы проволок от полюсов гальванической батареи, составленной из 3–4 элементов, присоединить к маленькой лампочке карманного фонаря, нить лампочки ярко засветится.
Для других опытов, которые мы опишем, достаточно иметь батарею, составленную из четырех элементов. Только помните, что, когда кончите опыты, нужно вынуть полоски из раствора и промыть их под краном. Это делается потому, что даже тогда, когда элемент не работает, раствор кислоты или соли разъедает металлы.
Для различных опытов с электрическим током вы можете купить готовые элементы. Есть наливные элементы системы Лекланше. Для очень многих опытов лучше всего пользоваться готовыми, так называемыми «сухими» элементами. В них вместо раствора помещена похожая на вазелин, невыливающаяся масса.
У нас на рисунках всюду показаны простейшие элементы в стаканах, но это изображено условно. На самом деле для опытов нужно брать хорошие, долго действующие элементы, а наши элементы — стаканы — быстро ослабевают.
Проволока. Для различных соединений элементов вам нужно иметь немного проволоки. Лучше всего достать так называемую звонковую проволоку диаметром 0,8 миллиметра. Она изготовлена из меди и обмотана двумя слоями хлопчатобумажной изоляции. Конечно, когда вы будете присоединять проволоку к элементам или к батарее элементов, в местах соединений она должна быть очищена от изоляции. Если вы захотите удлинить проволоку, можно зачистить концы и хорошенько скрутить их.
Разложение воды электрическим током. Когда ток проходит через металлы, они не изменяются, кроме тех случаев, когда по тонкой проволоке пропускается ток большой силы. Тогда проволока раскаляется и может даже расплавиться.
Жидкости проводят электрический ток не так, как металл. Жидкости разлагаются электрическим током, и вы можете легко произвести опыт разложения воды.
Достаньте два обрезка тонкой платиновой проволоки. Расплющите их немного и припаяйте к концам медных проволок. Платиновые проволоки воткните в пробку на небольшом расстоянии друг от друга так, чтобы места спаек с медными проволоками оказались в пробке. Этой пробкой заткните стеклянную воронку, как показано на рис. 123, и залейте еще сверху сургучом или стеарином, чтобы не просачивалась вода.
Воронку укрепите на подставке, налейте в нее воды и прибавьте немного серной кислоты. Теперь соедините медные проволоки с батареей из 2–4 элементов, и вы увидите, что платиновые проволоки покроются пузырьками, которые начнут отрываться и всплывать на поверхность. Вместо оторвавшихся пузырьков появятся новые, и наконец вода как будто «закипит». Это ток разлагает воду на составные части.
Рис. 123
Вода состоит из двух газов: водорода и кислорода. Образующиеся вокруг проволок пузырьки газа — это и есть водород и кислород. Газы эти легко собрать и, исследуя их, убедиться, что мы получили действительно водород и кислород.
Налейте в две пробирки воды, подкисленной серной кислотой, заткните одну из пробирок пальцем и опустите ее в воронку отверстием вниз. Когда отверстие пробирки будет в воде, отнимите палец. Вода из пробирки не потечет, — вы, наверное, помните, каким физическим законом объясняется это явление. Наденьте теперь пробирку на одну из платиновых проволок; маленькие пузырьки газа, поднимаясь кверху, будут скопляться у дна и постепенно вытеснят воздух из пробирки. Когда пробирка наполнится газом, снимите ее и быстро заткните пальцем, чтобы не выпустить газ. Таким же образом можно собрать газ с другой проволоки.
Уже в самом начале разложения воды можно заметить, что вокруг одной платиновой проволоки образуется вдвое больше пузырьков, чем вокруг другой. Зная, что вода состоит из двух частей водорода и одной части кислорода, вы легко догадаетесь, что в той пробирке, где пузырьков вдвое больше, выделяется водород, а в другой, следовательно, кислород. Заметим, что водород выделяется проволокой, соединенной с цинком батареи, значит, с отрицательным полюсом ее. Если вы поднесете зажженную спичку к пробирке, снятой с этой проволоки, послышится слабый взрыв, и газ загорится голубоватым пламенем. Значит, это действительно водород.
Кислород не горит, но зато прекрасно поддерживает горение. Дерево гораздо сильнее разгорается в кислороде, чем в воздухе. Вы можете это сейчас же проверить. Опустите в пробирку, наполненную кислородом, тлеющую спичку, и она вспыхнет ярким пламенем.
В конце книги вы прочтете о том, как получить водород и кислород химическим способом и произвести с ними много интересных опытов.
Гальванопластика. С помощью электрического тока можно покрывать одни металлы другими или снимать точные копии предметов. Для опытов нужно очень немного материалов и приспособлений. Нужен медный купорос. Он в виде красивых сине-зеленых кристаллов продается во всех аптекарских магазинах.
Возьмите стеклянную банку, наполните ее водой и разводите в ней медный купорос до тех пор, пока на дне не останутся нерастворяющиеся большие кристаллы. Такой раствор называется насыщенным. Затем положите на банку на некотором расстоянии друг от друга две медные хорошо вычищенные проволоки и соедините с полюсами батареи из двух элементов. Одну проволоку соедините с положительным, другую с отрицательным полюсом (рис. 124). К положительной проволоке, то есть к проволоке, соединенной с медной полоской батареи, подвесьте кусок листовой меди, а к другой проволоке тот предмет, который вы хотите покрыть медью, например железный ключ.
Рис. 124
Полоска меди и ключ должны быть опущены в раствор купороса, но не соприкасаться между собою. Ток будет разлагать медный купорос. Выделяющаяся из него чистая медь будет оседать на отрицательном проводе — на ключе. А в это же время взамен меди, извлеченной таким способом из раствора, на положительном проводе идет разрушительная работа: медная пластинка разъедается и пополняет медью раствор.
Для того чтобы этот опыт прошел удачно, нужно, чтобы покрываемый предмет был хорошим проводником электричества и чтобы он был совершенно чистым, без всяких следов жира на поверхности. Медная пластинка тоже должна быть до опыта тщательно вычищена наждачной бумагой и обезжирена. Отложения меди появятся на отрицательном проводе уже через несколько секунд после включения батареи, а через полчаса он уже весь покроется толстым слоем меди. Только надо поворачивать в сторону медной пластинки покрываемый предмет постепенно всеми сторонами, иначе он покроется неравномерно.
Очень красивыми получаются покрытые медью цветы и листья, только трудно сделать их хорошими проводниками электрического тока. Для этого их покрывают самым тщательным образом очень мелким порошком графита, хорошо проводящего электрический ток. Покрытая порошком графита поверхность цветов и листьев становится хорошим проводником электричества, и тогда осаждение меди идет успешно. Понятно, обработанные таким образом предметы опускают в ванну на медной проволоке отрицательного провода.
Можно также никелировать, серебрить, золотить разные вещи, только для этого, конечно, нужны другие жидкости, способные выделять эти металлы. Большая отрасль промышленности основана на этом действии электрического тока, и тысячи рабочих занимаются этим делом.
Но с помощью электричества можно не только покрывать разные вещи металлическим слоем; можно делать копии предметов, которые так сходны с оригиналом, как две капли воды похожи друг на друга. Попробуйте, например, сделать с помощью электрического тока медную копию какой-нибудь медали. Никаких новых приборов для этого не нужно. Можно, конечно, получить осадок меди непосредственно на самой медали и потом отделить его, но тогда все выпуклости на медали будут на копии углублениями. Если бы на этой копии стал вторично оседать слой меди, получилась бы уже точная копия. Но это двойная работа и двойная трата купороса. Можно сделать вот как.
