Электрический «вечный двигатель»

В 1799 итальянский физик, химик и физиолог Алессандро Вольта сконструировал первый в истории техники источник электрического (тогда говорили — гальванического) тока. Это был так называемый вольтов столб, состоявший из двух десятков серебряных и медных кружков, которые были разделены картонными кружками, смоченными раствором щелочи (потом Вольта заменил дорогие серебряные пластинки цинковыми, значительно увеличив силу своей батареи). Это изобретение вдохновило изобретателей «вечных двигателей»: в вольтовом столбе они увидели неиссякаемый источник энергии. Действительно, если электрохимический источник тока сделан качественно и не совершает работы (не включен ни в какую электрическую цепь), то напряжение на нем может не меняться буквально веками.

Кстати, сам Вольта считал, что источником электричества в его столбе является контакт разнородных металлов, которые при этом сами никак не изменяются. Но в таком случае получался настоящий вечный двигатель, что противоречило опыту: любой гальванический элемент рано или поздно прекращает работу. И чем больше его нагрузка, тем быстрее он «выдыхается». Это каждый знает по собственному опыту: время работы сильного электрического фонарика измеряется минутами, тогда как электрические настенные часы могут работать от точно такой же батарейки годами.

В начале XIX века большинство физиков уже интуитивно понимало, что вечного двигателя быть не может. Так, в изданном в 1829 году «Трактате о гальванизме» английский врач и ученый Питер Марк Роже писал по поводу работ Вольты: «Все силы и источники движения, причины которых нам известны, при совершении ими свойственных им действий иссякают в той же мере, в какой эти действия возникают, а отсюда вытекает невозможность непрерывного образования ими эффекта, или, другими словами, они не могут вызывать непрерывно возникающего движения. Однако электродвижущая сила, которую Вольта приписывает находящимся в контакте металлам и которая, пребывая в свободном состоянии, является источником электрического движения, никогда не иссякает и продолжает использоваться с неуменьшающейся интенсивностью, производя непрекращающееся действие. Справедливость такого положения можно опровергнуть бесчисленными действиями» (цит. по книге: Артур Орд-Хьюм. Вечное движение. М.: Знание, 1980, с. 29–30).

Однако откроем знаменитую Книгу рекордов Гиннесса. В ней среди прочего можно прочитать удивительные строчки о том, что самый долгоживущий гальванический элемент — серноцинковая сухая батарея, изготовленная в Лондоне в 1840 году. Подключенный к этой батарее звонок работает уже полтора столетия в Кларендонской лаборатории в Оксфорде. Чем не вечный двигатель?

Этот звонок хранится в музее физических приборов Кларендонской физической лаборатории в английском университетском городе Оксфорде. Устроен он просто. Под стеклянным колпаком вертикально расположены две большие гальванические батареи. В каждой из них около двух тысяч обычных марганцево-цинковых гальванических пар, последовательное соединение которых дает напряжение около 2000 вольт. Для герметичности обе батареи залиты расплавленной серой — это препятствует их высыханию и проникновению в них кислорода, который реагирует с цинком. Вверху к каждой батарее (к разным их полюсам) присоединены металлические чашечки звонка, а между ними на тонкой нити колеблется металлический шарик. Таким образом, на каждой чашечке имеется электрический заряд разных знаков. Притянувшись к одной чашечке под действием электростатических сил, шарик получает высоковольтный заряд того же знака и потому отталкивается от этой чашечки и притягивается к другой, заряд которой противоположен по знаку. Так шарик попеременно ударяет в чашечки, вызывая тихое позвякивание.

Кто и когда изготовил этот звонок, никто не знает. В записях музея есть лишь информация о том, что «вечный звонок» был куплен в 1840 году оксфордским профессором физики Робертом Уокером в лавке научных приборов в Лондоне. Однако историкам науки известно, что еще в 1815 году в «Еженедельном вестнике искусств и ремесел королевства Баварии» появилось сообщение о новом perpetuum mobile — «вечном двигателе», построенном неким Рамисом из Мюнхена. Конструкция Рамиса приницпиально не отличалась от описанного «вечного звонка». Источником тока в ней служил «замбониевый столб» (другое его название — «сухой столб»), который был описан в 1812 году итальянским физиком Джузеппе Замбони. В отличие от Вольта, Замбони в своем столбе вместо фланелевых или картонных кружков использовал сухую бумагу; однако, как и любая бумага, она содержала небольшое количество влаги, поглощенной из воздуха. Бумажные прокладки разделяли металлические кружки из разных металлов, а весь столб, состоящий из множества таких пар, был помещен в стеклянную трубку. Замбониев столб мог давать очень слабый ток в течение десятков лет.

Каждый раз шарик «вечного двигателя» переносит очень малый заряд; это соответствует ничтожно малому току разряда двух батарей, которые таким образом могут работать буквально «вечно», то есть веками (и все же не бесконечно долго) — при условии хорошей изоляции гальванических батарей от атмосферы.

Кандидат химических наук
И.А. Леенсон