Диалектика природы (Энгельс)/Глава 13
| ← Глава 12 | Диалектика природы — ЭЛЕКТРИЧЕСТВО | Глава 14 → |
| Оригинал: нем. Dialektik der Natur. — Перевод созд.: 1873—1876, опубл: 1925. Источник: Энгельс Ф. Диалектика природы. М.: Партиздат, 1934; ilhs.narod.ru. • Текст, озаглавленный как Диалектика природы, был впервые опубликован по рукописи Энгельса в 1925 году акад. Д. Б. Рязановым, упоминание участия последнего сохранялось в изданиях, вышедших до 1931 года. Текст приводится по изданию 1934 года. Исправлена орфография. |
- Википроекты
.jpg){kind=link}
Электричество, подобно теплоте, только в другом виде <хотя и в более высокой степени>, в своем роде вездесуще. На земле не происходит почти ни одной перемены, не сопровождаемой каким-нибудь электрическим явлением. При испарении воды, при горении пламени, при соприкосновении двух различных или разно нагретых металлов, при соприкосновении железа и раствора медного купороса и т. д. происходят, наряду с видимыми для глаза физическими и химическими явлениями, одновременно и электрические процессы. Чем тщательнее мы изучаем различные процессы в природе, тем чаще наталкиваемся при этом на следы электричества. Но несмотря на эту вездесущность электричества, несмотря на то, что за последние полвека оно все больше и больше становится на службу человеческой промышленности, оно является именно той формой движения, насчет существа которой царит еще величайшая неясность. Открытие гальванического тока произошло почти за 25 лет до открытия кислорода <несколько лет спустя после открытия атомных весов> и имело для учения об электричестве по меньшей мере такое же значение, как открытие кислорода <и атомных весов> для химии. Однако какое огромное различие наблюдается еще и в наше время между обеими этими областями! В химии, благодаря в особенности дальтоновскому открытию атомных весов, мы находим порядок, относительную устойчивость раз полученных результатов и систематический, почти планомерный натиск на неизведанные еще области, похожий на правильную осаду какой-нибудь крепости. В учении же об электричестве мы имеем перед собой хаотическую массу старых, ненадежных, ни подтвержденных окончательно, ни опровергнутых окончательно экспериментов, какое-то неуверенное топтание во мраке, плохо связанные друг с другом исследования и опыты многих отдельных ученых, атакующих неизвестную область врассыпную, подобно кочевьм племенам. В самом деле, в области электричества еще предстоит только сделать открытие, подобное открытию Дальтона, которое даст всей науке средоточие, а исследованию — прочную <количественную> основу. Благодаря этому рыхлому, разлезлому состоянию учения об электричестве, делающему пока невозможным установление какой-нибудь всеобъемлющей теории, и возможно то, что в этой области царит одно-
163
сторонний эмпиризм, тот эмпиризм, который запрещает даже себе, самому мышление, который именно поэтому не только мыслит ошибочно, но и оказывается не и состоянии верно следовать за фактами или хотя бы только верно излагать их, и который следовательно превращается в нечто противоположное действительной эмпирии.
Можно было бы вообще порекомендовать господам естествоиспытателям, не перестающим злословить по поводу нелепых априорных спекуляций немецкой натурфилософии, чтение произведений физиков эмпирической школы, современных работам натурфилософов или даже более поздних. Но в особенности это относится к учению об электричестве. Возьмем относящуюся к 1840 г. работу: An Outline of the Sciences of Heat and Electricity by Thomas Thomson [166]. Автор ее был в свое время авторитетом; кроме того в его распоряжении была уже значительная часть трудов величайшего до настоящего времени исследователя в области электричества Фарадея. И однако в его книге содержится по меньшей мере столько же нелепостей, сколько и в соответствующем отделе гораздо более ранней по времени гегелевской натурфилософии. Так например описание электрической искры можно было бы принять просто за перевод соответствующего места у Гегеля [167]. И у Томсона и у Гегеля рассказываются те удивительные вещи, которые находили в электрической искре до познания действительной природы и многообразия форм ее и в которых теперь видят по большей части частные случаи или же заблуждения. Мало того, Томсон приводит на стр. 446 самым серьезным образом сказки Дессеня, будто в случае поднимания барометра и опускания термометра стекло, смола, шелк и т. д. заряжаются при погружении в ртуть отрицательным образом, в случае же опускания барометра и поднимания термометра — положительным образом; будто золото и некоторые другие металлы становятся летом, при согревании, электроположительными, а при охлаждении — электроотрицательными, зимою же наоборот; будто при высоком давлении и северном ветре они сильно электризуются — положительным образом при повышении температуры, отрицательным при падении ее и т. д. Таковы факты, приводимые в книге Томсона. Что же касается априорной спекуляции, то Томсон преподносит нам следующую теорию электрической искры, автором которой является не кто иной, как Фарадей: "Искра это — разряд, или ослабление поляризованного индукционного состояния многих диэлектрических частиц, благодаря своеобразному действию некоторых из этих частиц, занимающих крайне небольшое и ограниченное пространство. Фарадей допускает, что те немногие частицы, в которых происходит разряд, не только сдвигаются друг относительно друга, но и принимают временно некоторое особенное, весьма активное (highly exalted) состояние, то есть что все окружающие их силы одна за другой набрасываются на них, и благодаря этому они приходят в состояние, интенсивность которого может быть равновелика интенсивности химически соединяющихся атомов; что затем они разряжают эти силы, подобно тому как те атомы разряжают свои силы, — неизвестным нам до сих пор способом, — и это конец всего (and so the end of the whole). Заключительное действие в точности таково, как если бы на место разрядившейся частицы появилась некоторая металлическая частица, и не невозможно, что способ действия в
164
обоих случаях окажется когда-нибудь тожественным[168] "Я здесь передал, — прибавляет Томсон, — это объяснение Фарадея его собственными словами, ибо я его не совсем понимаю. Это смогут несомненно сказать и другие лица, точно так, как когда они читают у Гегеля, что в электрической искре «особая материализация (Ма-teriatur) напряженного тела еще не входит в процесс, а только определена в нем элементарным и душевным образом» и что электричество — это «собственный гнев, собственное бушевание тела», его «гневное я», которое «проявляется в каждом теле, когда его раздражают» (Naturphil. § 324, Zusatz). Основная мысль у Гегеля и Фарадея тожественна. Оба восстают против того представления, будто электричество есть не состояние материи, а некоторая особенная, отдельная материя; а так как в искре электричество выступает повидимому самостоятельным, свободным образом, отделен- ное от всякого чуждого материального субстрата и однако в чувственно воспринимаемом виде, то при тогдашнем состоянии науки они неизбежно должны были притти к мысли о том, что искра есть мимолетная форма проявления некоторой «силы», освобождающейся на мгновение от всякой материи. Для нас загадка конечно решена с тех пор, как мы знаем, что при искровом разряде между металлическими электродами действительно перескакивают «металлические частицы» и что следовательно «особая материализация напряженного тела» действительно «входит в процесс».
Как известно, электричество и магнетизм принимались первоначально, подобно теплоте и свету, за особые невесомые материи. В случае электричества можно, как известно, представлять себе две противоположные материи, две «жидкости» — положительную и отрицательную, — которые нейтрализуют друг друга в нормальном состоянии до тех пор, пока они отделены друг от друга так называемой «электрической разъединительной силой». Благодаря этому можно из двух тел одно зарядить положительным электричеством, другое — отрицательным. Если соединить оба эти тела при помощи третьего, проводящего тела, то происходит выравнивание напряжений, совершающееся в зависимости от обстоятельств или внезапно, или же через посредство длительного тока. Явление внезапного выравнивания казалось очень простым и понятным, но зато объяснение тока представляло ряд трудностей. В противоположность наипростейшей гипотезе, что в токе движется каждый раз либо чисто положительное, либо чисто отрицательное электричество, Фехнер и, более подробно, Вебер выдвинули тот взгляд, что в сомкнутой цепи всегда движутся рядом друг с другом два равных, текущих в противоположном направлении, тока положительного и отрицательного электричества по каналам, которые лежат между молекулами весомых тел. При более подробной математической разработке этой теории Вебер приходит под конец к тому, чтобы помножить некоторую — здесь не важно, какую — функцию на величину 1/r, где это 1/r означает от
ношение единицы электричества к миллиграмму (Wiedemann, Lehre vom Galvanismus etc., 2. Aufl., III, стр. 569)[2] [169]. Но отношение к весомой массе может, разумеется, быть только весовым отношением.
165
Односторонний эмпиризм, увлекшись своими выкладками <потерял всякий смысл>, настолько отучился от мышления, что невесомое электричество становится у него здесь уже весомым и вес его входит в математические выкладки.
Выведенные Вебером формулы имели значение только в известных границах; и вот несколько лет назад Гельмгольц пришел на основании их к результатам, которые противоречат закону сохранения энергии. Веберовской гипотезе о двояком токе, направленном в противоположные стороны, К. Науман противопоставил в 1871 г. другую гипотезу, а именно: что в токе движется только одно из электричеств, — например положительное, — а другое, отрицательное, неразрывно связано с массой тела. В связи с этим мы встречаем у Видемана следующее замечание: "Эту гипотезу можно было бы соединить с гипотезой Вебера, если к предполагаемому
им двойному току текущих в противоположных направлениях масс ± 1/2e присоединить еще не действующий наружу ток нейтрального электричества, увлекающего с собой в направлении положительного тока количество электричества ± 1/2e " (III, стр. 577).
Это утверждение опять-таки характерно для так <называемого> одностороннего эмпиризма <который кроме наблюдения знает только вычисление и из-за вычисления разучился думать>. Для того чтобы электричество могло вообще течь, его разлагают на положительное и отрицательное. Но все попытки объяснить ток, исходя из обеих этих материй, натыкаются на трудности. И это относится одинаково как к гипотезе, что в токе имеется лишь .один из этих видов материи, так и к гипотезе, что оба вида ее текут одновременно друг с другом и наконец <вообще довольно вероятно также и к той гипотезе, что один вид материи течет, а другой остается в покое. Если мы станем придерживаться этой последней гипотезы, то как мы объясним себе тот факт, что отрицательное электричество, которое достаточно подвижно в электрической машине и в лейденской банке, оказывается в токе неизменно связанным с массой тела? Очень просто. Наряду с положительным током + e, который течет в цепи направо, и отрицательным током - e, который течет налево, мы принимаем еще третий ток нейтрального электричества ± 1/2e , который течет направо. Таким образом мы сперва допускаем, что оба электричества могут вообще течь лишь в том случае, если они отделены друг от друга, а для объяснения получающихся при течении раздельных электрических явлений мы допускаем, что они могут течь и не отделенными друг от друга. Сперва мы делаем известное допущение, чтобы объяснить определенное явление, а при первой трудности, на которую мы натыкаемся, делаем другое предположение, прямо противоположное первому. Какова должна быть та философия, на которую имели бы право жаловаться эти господа?
Но наряду с этим взглядом на материальный характер электричества вскоре пробила себе дорогу и другая точка зрения, согласно которой оно является простым состоянием тел, «силой», или, как мы сказали бы теперь, особой формой движения. Мы выше видели, что Гегель, а впоследствии Фарадей, разделяли эту точку зрения. С тех пор как благодаря открытию механического эквивалента теплоты было окончательно преодолено представление о каком-то особом «теплороде», и теплота стада рассматриваться как молекулярное
166
движение, естественно было также подойти с новым методом к изучению электричества и попытаться определить его механический эквивалент. Это удалось вполне. В особенности опыты Джоуля, Фавра и Рауля не только установили механический и термический эквиваленты так называемой «электродвижущей силы» гальванического тока, но и доказали ее полную <количественную> эквивалентность освобожденной химическими процессами в элементе или потребленной в электрической ванне энергии. Благодаря этому делалась все более шаткой гипотеза о том, будто электричество есть какая-то особая материальная жидкость.
Однако аналогия между теплотой и электричеством была неполной. Гальванический ток все еще отличался в очень существенных пунктах от теплопроводности. Все еще нельзя было указать, что собственно движется в электрически заряженных телах. Предположение о простых молекулярных колебаниях, как в случае теплоты, оказалось недостаточным. При колоссальной скорости электричества, превосходящей даже скорость света, казалось, нельзя было отказаться от представления, что между молекулами тела здесь движется нечто вещественное. Здесь-то и выступают новейшие теория Клерк-Максвелля (1864 г.), Ганкеля (1865 г.), Реньяра (1870 г.) и Эдлюнда (1872 г.) в согласии с высказанной уже впервые в 1846 г. Фарадеем гипотезой, что электричество — это движение некоей, заполняющей все пространство, а следовательно и проникающей все тела упругой среды, отдельные частицы которой отталкиваются обратно пропорционально квадрату расстояния; иными словами, что электричество — это движение эфирных частиц и что молекулы тел принимают участие в этом движении. Различные теории различно изображают характер этого движения; теории Максвелля, Ганкеля и Реньяра, примыкая к новейшим исследованиям о вихревом движении, видят в нем — каждая по-своему — тоже вихревое движение. И таким образом вихри старого Декарта снова находят почетное место в новых областях знания. Мы здесь не будем вдаваться в рассмотрение подробностей этих теорий. Они сильно отличаются друг от друга и наверное испытают еще не одну перемену. Но в лежащей в основе всех их концепции заметен решительный прогресс. Представление о том, что электричество есть воздействующее на материальные молекулы движение частиц проникающего всю весомую материю светового эфира, примиряет между собою обе прежние концепции. Согласно этому представлению в случае электрических явлений имеется налицо движение чего-то вещественного, отличного от весомой материи, но это вещественное не есть вовсе электричество, которое, наоборот, обнаруживается в виде особой формы движения, хотя и не непосредственного, прямого движения весомой материи. Эфирная теория указывает, с одной стороны, путь, как преодолеть грубое первоначальное представление о двух противоположных электрических жидкостях; с другой же стороны, она дает надежду объяснить, что такое собственно вещественный субстрат электрического движения, что собственно за вещь вызывает своим движением электрические явления.
У эфирной теории можно уже отметить один бесспорный успех. Как известно, существует один пункт, в котором электричество прямо влияет на движение света: оно вращает плоскость поляризации его.
167
Клекрк-Максвелл, опираясь на свою вышеприведенную теорию, вычислил, что удельная диэлектрическая постоянная какого-нибудь тела равна квадрату его показателя преломления света. Больцман исследовал различные непроводники для определения их диэлектрической постоянной и нашел, что для серы, канифоли и парафина квадратный корень из этой постоянной равен их показателю преломления света. Наибольшее наблюдавшееся при этом отклонение — в случае серы — равнялось только 4 %. Таким образом специально максвеллевская эфирная теория была подтверждена экспериментальным образом. <Оставим пока эти все еще витающие в небесах гипотезы и спустимся на твердую почву фактов.>
Но потребуется еще немало времени и труда, пока с помощью новых опытов не удастся вылущить твердое ядро из этих противоречащих друг другу гипотез. До тех же пор или же до того времени, пока эфирная теория не будет вытеснена какой-нибудь совершенно новой теорией, учение об электричестве находится в неприятном положении, ибо оно должно пользоваться терминологией, которую само называет неверной. Вся его терминология еще основывается на представлении о двух электрических жидкостях. Оно еще говорит самым спокойным образом об «электрических массах, текущих в телах», о «разделении электричеств в каждой молекуле» и т. д. Это зло, которое, как было сказано, неизбежно вытекает из современного переходного состояния науки, но которое также при господствующем именно в этой области знания одностороннем эмпиризме немало содействует сохранению царившей до сих пор идейной путаницы.
Что касается противоположности между так называемым статическим электричеством (или электричеством от трения) и динамическим электричеством (или гальванизмом), то ее можно считать устраненной, с тех пор как научились получать при помощи электрической машины длительные токи и, наоборот, производить при помощи гальванического тока так называемое статическое электричество, заряжать лейденские банки и т. д. Мы оставим здесь в стороне статическое электричество, и точно так же магнетизм, рассматриваемый теперь тоже как некоторая разновидность электричества. Теоретического объяснения относящихся сюда явлений придется во всяком случае искать в теории гальванического тока, поэтому мы остановимся преимущественно на последней. Длительный ток можно получить различными способами. Механическое, молярное движение производит прямо, путем трения, сперва лишь статическое электричество; для получения таким путем длительного тока нужна огромная затрата энергии; чтобы движение это превратилось в большей своей части в электрическое движение, оно нуждается в посредстве магнетизма, как в известных электромагнитных машинах Грамма, Сименса и т. д. Теплота может превращаться прямо в электрический ток, в частности — в месте спайки двух различных металлов. Освобожденная химическим действием энергия, проявляющаяся при обычных обстоятельствах в форме теплоты, превращается при определенных условиях в электрическое движение. Наоборот, последнее превращается при наличии соответственных условий во всякую другую форму движения: в молярное движение, в незначительной мере непосредственно в элект-
168
родинамическом притяжении и отталкивании; в крупных же размерах, опять-таки посредством магнетизма, в электромагнитных двигательных машинах; в теплоту повсюду в цепи тока, если только не происходит других превращений; в химическую энергию во включенных в цепь электролитических ваннах и вольтаметрах, где ток разлагает соединения, с которыми иным путем ничего нельзя поделать.
Во всех этих превращениях имеет силу основной закон о количественной эквивалентности движения при всех его переменах или, как выражается Видеман, «согласно закону сохранения силы, работа, употребленная каким-нибудь образом для получения тока, должна быть эквивалентна работе, употребленной для произведения всех действий тока» [170]. При переходе молярного движения или теплоты в электричество[3] здесь не представляется никаких трудностей: доказано, что так называемая «электродвижущая сила» равна в первом случае потраченной для движения работе, а во втором случае «в каждом месте спайки термоцепи прямо пропорциональна ее абсолютной температуре» (Wiedemann, III, стр. 482), то есть пропорциональна опять-таки имеющемуся в каждом месте спайки измеренному в абсолютных единицах количеству теплоты. Закон этот, как доказано, применим и к электричеству, получающемуся из химической энергии. Но здесь дело не так просто, — по крайней мере с точки зрения ходячей в наше время теории. Поэтому присмотримся несколько внимательнее к этому случаю.
Фавру принадлежит один из прекраснейших опытов насчет превращений форм движения, происходящих в гальваническом столбе (1857—1858 гг.). Он ввел в калориметр батарею Сми из пяти элементов; в другой калориметр он ввел маленькую электромагнитную двигательную машину, главной осью и шкивом которой можно было свободно распоряжаться. Всякий раз при получении одного грамма водорода resp. растворении 32,6 грамм цинка (выраженного в граммах прежнего химического эквивалента цинка, равного половине принятого теперь атомного веса 65,2) в батарее наблюдались следующие явления.
A. Батарея в калориметре замкнута в себе самой, с выключением двигательной машины: теплоты получено 18 682 resp. 18 674 единицы.
B. Батарея и машина сомкнуты в цепь, но машина лишена возможности двигаться: теплоты в батарее 16 448, в машине 2219, вместе — 18 667 единиц теплоты.
C. Как B, но машина двигается, не поднимая однако груза: теплоты в батарее 13 888, в машине 4 769, вместе-18 657 единиц.
D. Как C, но машина поднимает груз и производит при этом механическую работу = 131,24 килограммометра: теплоты в батарее 15 427, в машине 2947, вместе-18374 единицы; разница по сравне--нию с вышеприведенной цифрой в 18 682 составляет 308 единиц теп-
169
лоты. Но произведенная механическая работа в 131,24 килограммо-метра, помноженная на 1 000 (чтобы перевести граммы химического результата в килограммы) и разделенная на механический эквивалент теплоты = 423,5 килограммометра, дает 309 единиц теплоты, то есть почти в точности вышеприведенную разницу, как тепловой эквивалент произведенной механической работы.
Таким образом и для электрического движения убедительно доказана — в пределах неизбежных погрешностей опыта — эквивалентность движения при всех его превращениях. И точно так же доказано, что «электродвижущая сила» гальванической цепи есть не что иное, как превращенная в электричество химическая энергия <Как происходит это превращение? Действует ли цепь как простое орудие превращения одной формы движения в другую, не прибавляя от себя никакой новой энергии, как действует например паровая машина, которая также лишь превращает теплоту в механическое движение? Или же цепь обладает особой, ей присущей энергией, так называемой «разъединительной силой», без работы которой не может произойти превращение химической энергии в электрическую?
Этот вопрос в той или иной форме занимал всех электриков со времени Вольты, и до сих пор он не получил окончательного разрешения. Вольта и те ученые, которые выступили вскоре после него, видели в простом соприкосновении двух разнородных тел - прежде всего двух металлов - источник электричества: недаром Вольта был обязан своим великим открытием сокращениям лягушечьей ножки под влиянием такого прикосновения. Тут они пытались найти объяснение тока и создали свою теорию контакта. Но чем больше исследовали образование тока, тем яснее становилась необходимость признать существование химического превращения в цепи, и на этом основана была химическая теория> и что сама цепь есть не что иное, как приспособление, аппарат, превращающий освобождающуюся химическую энергию в электричество, подобно тому как паровая машина превращает производимую в ней теплоту в механическое движение, причем в обоих случаях совершающий превращение аппарат не производит сам собою новой энергии.
Но здесь, если исходить из традиционных воззрений, возникает трудность. Эти воззрения приписывают цепи, на основании происходящих в ней явлений контакта между жидкостями и металлами, некоторую «разъединительную электрическую силу», которая пропорциональна электродвижущей силе и которая следовательно представляет для некоторой данной цепи определенное количество энергии. Как же относится этот — присущий, согласно трацидионным взглядам, цепи как таковой, помимо всякого химического действия — источник энергии, как относится эта электрическая разъединительная сила к освобожденной химическим действием энергии? И если она является независимым от химического действия источником энергии, то откуда получается доставляемая ею энергия?
Вопрос этот, поставленный в более или менее ясной форме, образует пункт раздора между контактной теорией Вольты и вскоре вслед за этим возникшей химической теорией гальванического тока.
Контактная теория объясняла ток из электрических напряжений, возникающих в цепи при контакте металлов с одной или несколькими жидкостями или же жидкостей между собой, из их вы-
170
равнивания, resp. из выравнивания в сомкнутой цепи напряже-
ний разделенных таким образом противоположных электричеств.
Возникающие при этом химические изменения рассматривались чистой контактной теорией как ничто совершенно побочное. В противоположность этому Риттер утверждал уже в 1805 г., что ток может возникнуть лишь тогда, когда возбудители его действуют химически друг на друга еще до замыкания. Вообще Видеман (том I, стр. 784)[171] резюмирует эту более раннюю химическую теорию таким образом, что согласно ей так называемое контактное электричество «может обнаружиться лишь тогда, когда проявляется в то же время действительное химическое воздействие друг на друга соприкасающихся тел или же некоторое, хотя и не непосредственно связанное с химическими процессами, нарушение химического равновесия, тенденция к химическому действию».
<После того как было доказано, что химическое превращение в цепи есть единственный источник электродвижущей силы тока, вопрос свелся к вышеприведенной формулировке. Исследуем прежде всего, обладает ли цепь - в силу имеющихся в ней и следовательно образующихся контактных отношений - «электрической разъединительной силой», отличной от химического превращения и приводящей последнее в движение; другими словами — является ли она источником энергии еще до начала химического превращения.>
Мы видим, что вопрос об источнике энергии ставится обеими сторонами совершенно косвенным образом, что впрочем и не могло быть в те времена иначе. Вольта и его преемники находили вполне естественным, что простое соприкосновение разнородных тел порождает длительный ток, то есть что это соприкосновение может вызвать определенную <химическую, термическую, магнетическую или механическую> работу без соответственной затраты энергии. Риттер же и его приверженцы также мало разбираются в вопросе о том, как химическое действие способно вызвать в цепи ток и его работу. Но если для химической теории пункт этот давно выяснен трудами Джоуля, Фавра, Рауля и т. д., то контактная теория, наоборот, все еще находится в прежнем положении. Поскольку она сохранилась, она в существенном все еще не покинула своего исходного пункта <где еще был Вольта>. Таким образом в современном учении об электричестве все еще продолжают существовать представления, которые принадлежат давно прошедшему времени, когда приходилось довольствоваться тем, чтобы указывать для любого действия какую-нибудь ближайшую видимую причину, хотя бы при этом движение возникало из ничего, то есть продолжают существовать представления, прямо противоречащие законам сохранения энергии. Дело нисколько не улучшается от того, что у этих представлений отнимают их самые отрицательные стороны, что их ослабляют, разжижают, оскопляют, прикрашивают: путаница от этого становится только хуже.
Как мы видели, даже более старая химическая теория тока признает явления контакта в цепи совершенно необходимыми для образования тока; она утверждает только, что контакт этот не способен никогда создать длительного тока без одновременного химического действия. И в наше время само собою разумеется, что контактные приспособления цепи представляют тот аппарат, при по-
171
мощи которого освобожденная химическая энергия переходит в электричество <-как, этого мы еще не знаем ->, и что от этих контактных приспособлений существенным образом зависит то, перейдет ли действительно химическая энергия в электрическое движение и какое именно количество ее перейдет.
В качества одностороннего эмпирика Видеман старается спасти от старой контактной теории все, что только можно. Последуем за ним по этому пути.
«Хотя действие контакта химически безразличных тел, — говорит Видеман, т. I, стр. 799, -например металлов, -не необходимо, как это раньше думали, для теории гальванического столба[4], а также не доказывается тем, что Ом вывел из него свой закон — который может быть выведен без этого допущения:- и что Фехнер, который экспериментально подтвердил этот закон, также защищал эту теорию, — но все же нельзя отрицать — по крайней мере считаясь с имеющимися опытами.-возбуждения электричества путем контакта металлов[5], если бы даже получающиеся при этом результаты страдали с количественной стороны неизбежной ненадежностью из-за невозможности сохранить в абсолютной чистоте поверхности соприкасающихся тел».
Мы видим, что контактная теория стала очень скромной. Она соглашается с тем, что она вовсе не необходима для объяснения тока, а также с тем, что она не была доказана ни теоретически Омом, ни экспериментально Фехнером. Она даже готова признать, что так называемые основные опыты, на которые она может еще опереться, с количественной стороны приводят всегда лишь к ненадежным результатам, и требует в конце концов от нас лишь одного: чтобы мы признали, что вообще благодаря контакту — хотя бы только металлов!-получается возбуждение электричества.
<Если Видеман под возбуждением электричества посредством контакта металлов понимает то же, что и возбуждение электричества при контакте металлов, то с ним вообще можно согласиться.>
Если бы контактная теория ограничивалась только этим, то против нее нельзя было бы возразить ни слова. Действительно, приходится безусловно признать, что при контакте двух металлов возникают электрические явления, при помощи которых можно привести в сокращение препарированные мускулы лягушки, зарядить электроскоп и вызвать другие движения. Нерешенным остается только вопрос: откуда получается потребная для этого энергия?
Чтобы ответить на этот вопрос, мы должны, по Видеману (I, стр. 14), «указать примерно на следующие соображения: если разнородные металлические пластинки А и В сблизить между собою до незначительного расстояния, то они начинают притягивать друг друга благодаря силам прилипания. В случае соприкосновения, они теряют живую силу движения, сообщенную им этим притяжением. (При допущении того, что молекулы металлов находятся в непрерывном колебании, может произойти изменение их колебаний с потерей живой силы, если при контакте разнородных металлов прикасаются друг к другу разновременно колеблющиеся молекулы). Потерянная жи-
172
вая сила превращается в большей своей части в теплоту. Незначительная же часть ее уходит на то, чтобы перераспределить иным образом неразделеннын до этого электричества. Как было уже выше упомянуто, сближенные между собою тела заряжаются равными количествами положительного и отрицательного электричеств, в силу например неравного притяжения для обоих электричеств».
Скромность контактной теории становится все больше. Сперва она признает, что огромная электрическая разъединительная сила, которая призвана совершить впоследствии такую колоссальную работу, не обладает сама в себе никакой собственной энергией и что она не может функционировать, пока ей не будет сообщена энергия извне, а затем ей приписывается какой-то карликовый источник энергии — живая сила прилипания, которая обнаруживается на крохотных, едва доступных измерению расстояниях и которая заставляет тела проходить столь же крохотный путь. Но это неважно:
она бесспорно существует и столь же бесспорно исчезает при контакте. Но и этот минимальный источник дает еще слишком много энергии для нашей цели: значительнейшая часть последней превращается в теплоту, и лишь ничтожная доля ее служит для того, чтобы вызвать к жизни электрическую разъединительную силу. Хотя, как известно, в природе ке мало примеров того, что крайне ничтожные поводы вызывают колоссальнейшие действия, по здесь как будто сам Видеман начинает понимать, что его сочащийся капельками источник энергии совершенно недостаточен, и вот он пытается отыскать второй возможный источник ее, принимая за него интерференцию молекулярных колебаний обоих металлов на поверхностях их соприкоснования. Но не говоря <о том, что мы, как признает сам Видеман, принимаем здесь в расчет движение в довольно гипотетической форме, следует еще доказать, что при контакте двух металлических пластинок молекулы с обеих сторон настолько приближаются друг к другу, что они попадают в их взаимные сферы колебаний. Как обыкновенно принято думать, возможность этого собственно исключена: неизбежное покрытие металлических пластинок слоем воздуха и влаги говорит против этого> о прочих встречающихся нам здесь трудностях, Грове и Гассио доказали, что для возбуждения электричества вовсе не необходим реальный контакт, как об этом нам рассказывает сам Видеман страницей раньше. Словом, чем больше мы вглядываемся в источник энергии для электрической разъединительной силы, тем больше он иссякает.
И однако до сих пор мы не знаем другого источника для возбуждения электричества при контакте металлов.
<Так как допущение, что> <Химические явления на поверхности металлов во всяком случае представили бы более обильный источник энергии, даже при ограничении их микроскопическими местами этих поверхностей. А эти последние кроме того, как уже было указано, покрыты неустранимым нашими средствами тонким слоем воздуха и влаги (т. е. нечистой воды), благодаря которому беспрестанно происходят химические явления, например слабое окисление, даже и без непременного контакта с другими металлами. Таким образом можно было бы допустить, что при контакте эти покрывающие поверхности металлических пластинок оба слоя пред-
173
ставляют активный электролит. Это допущение и сведение таким образом энергии электрической разъединительной силы при контакте металлов к химическому источнику предполагает однако, что при соединении не соприкасающихся друг с другом мест обоих металлов в сомкнутую цепь в последней возникает длительный ток. На самом деле однако это не имеет места. Наоборот, в таком случае при замыкании цепи электрические напряжения немедленно выравниваются, и все электрические явления исчезают. Закон вольтова ряда, который охватывает вообще все электрические явления, обнаруживающиеся при контакте металлов, непременно этого требует.
Контактное электричество как таковое не способно таким образом породить ток. Более того, мы увидим, что Видеман выдвинул особую гипотезу, чтобы устранить деятельность его там, где оно могло бы вдруг обнаружиться в токе.
«Закон вольтова ряда металлов (Wiedemann., I, стр. 44) гласит, что при расположении ряда металлов A, B, C, D разность потенциалов свободного электричества на одном пункте внутри конечных членов этого ряда равна разности потенциалов на внутренней стороне непосредственно прилегающих друг к другу конечных членов». Если мы таким образом присоединим следующий за вольтовым рядом. >
По Науману (Allg. u phys. Chemie, Heidelberg 1877, стр. 675)[172], «контактно-электродвижущие силы превращают теплоту в электричество»; он находит «естественным допущение, что способность этих сил вызывать электрическое движение основывается на наличном количестве теплоты или является, иными словами, функцией температуры», что доказано экспериментально Леру. И здесь мы находимся в области неизвестного. Закон вольтова ряда металлов решительно запрещает нам обращаться к химическим процессам, происходящим непрерывно в незначительной мере на поверхностях соприкосновения, покрытых тонким, не устранимым нашими средствами, слоем воздуха и нечистой водой, то есть он запрещает нам объяснять возбуждение электричества из наличия невидимого активного электролита между поверхностями соприкосновения. Электролит должен был бы вызвать в сомкнутой цепи длительный ток; электричество же простого контакта металлов изчезает, лишь только цепь замкнута. Здесь именно мы приходим к самому существенному пункту: способна ли объяснить образование длительного тока путем контакта химически безразличных тел «электрическая разъединительная сила», которую сам Видеман ограничил сперва металлами, признал неработоспособной без притока извне энергии, а затем свел в конце концов к совершенно микроскопическому источнику энергии, и если она способна объяснить это, то каким образом? В вольтовом ряде металлы расположены таким образом, что каждый из них электроотрицателен по отношению к предыдущему и электроположителен по отношению к последующему. Поэтому, если мы расположим в этом порядке ряд металлических кружков — скажем, цинк, олово, железо, медь, платину, — то сможем получить на обоих концах электрические напряжения. Но если мы сомкнем этот ряд металлов, так что в соприкосновение придут и цинк с платиной, то напряжение немедленно выравняется и исчезнет. «Таким образом, в замкнутом круге тел, принадлежащих к вольтову ряду,
174
невозможно образование длительного тока электричества»[173]. Видеман подтверждает это положение еще следующими теоретическими соображениями: «Действительно, если бы в круге возник ток электричества, то в металлических проводниках он породил бы теплоту, которая могла бы быть нейтрализована разве охлаждением в местах соприкосновения металлов. Во всяком случае получилось бы неравномерное распределение теплоты; и точно так же ток мог бы, без притока извне энергии, непрерывно приводить в движение электромагнитную машину и совершать таким образом работу, что невозможно, так как при неизменном соединении металлов — например путем спайки их — невозможны никакие перемены в местах контакта, которые компенсировали бы эту работу».
Но не довольствуясь этим теоретическим и экспериментальным доказательством того, что само по себе контактное электричество металлов неспособно породить ток, Видеман, как мы увидим, считает необходимым выдвинуть особую гипотезу, чтобы устранить деятельность его даже там, где оно могло бы вдруг обнаружиться в токе. Поищем поэтому другого пути, чтобы добраться от контактного электричества < которое является исходным пунктом для опыта > к току. Вообразим себе вместе с Видеманом[174] «два металла, — скажем, цинковый и медный стержни, — спаянные между собою в одном конце; вообразим далее, что их свободные концы соединены при посредстве третьего тела, которое не действует электродвижущим образом по отношению к обоим металлам, а только проводит скопившиеся на их поверхностях противоположные электричества, так что они в нем нейтрализуют друг друга. В таком случае электрическая разъединительная сила непрерывно восстанавливала бы прежнюю разницу напряжений, создавая таким образом в цепи длительный ток электричества, который мог бы совершать без всякого возмещения работу, что опять-таки невозможно. Поэтому не может быть никакого тела, которое только проводило бы электричество, не обнаруживая электродвижущего действия по отношению к другим телам». Мы таким образом оказываемся на старом месте: невозможность творить движение закрывает нам снова путь. Мы никогда не создадим тока при помощи контакта химически безразличных тел, то есть при помощи собственно контактного электричества. Повернем же еще раз назад и попробуем пойти по третьему указываемому нам Видеманом пути.
«Погрузим наконец цинковую и медную пластинки в жидкость, которая содержит так называемое бинарное соединение и которая следовательно может распасться на две химически различных составных части, вполне насыщающих друг друга, — например на разведенную соляную кислоту (H+Cl) и т. д. В таком случае, согласно § 27, цинк заряжается отрицательным образом, а медь — положительным. При соединении металлов эти электричества выравниваются через посредство мест соприкосновения, через которые следовательно течет ток положительного электричества от меди к цинку. Но так как и появляющаяся при контакте этих двух металлов разъединительная сила уносит с собой положительное электричество в том же направлении, то действия электрических сил не уничтожают друг друга, как в замкнутой металлической цепи. Таким образом здесь возникает
175
длительный ток положительного электричества, который течет в замкнутой цепи от меди через место ее соприкосновения с цинком к последнему, а от цинка через жидкость к меди. Вскоре (в параграфе 34 и сл.) мы вернемся к вопросу о том, насколько действительно содействуют образованию этого тока имеющиеся в цепи отдельные электрические разъединительные силы. Комбинацию из проводников, дающую подобный гальванический ток, мы называем гальваническим элементом, или гальванической цепью» (т. I, стр. 45)[6].
Итак чудо совершено. Благодаря простой электрической разъединительной силе контакта, которая, согласно самому Видеману, не способна действовать без притока энергии извне, здесь получился длительный ток. И если бы для объяснения его у нас не было ничего другого, кроме вышеприведенного места из Видемана, то это было бы действительно настоящим чудом. Что узнаем мы здесь о рассматриваемом явлении?
1. Если цинк и медь погружены в какую-нибудь жидкость, содержащую в себе так называемое бинарное соединение, то, согласно § 27, цинк заряжается отрицательным образом, а медь — положительным. Но во всем § 27 нет ни звука о каком нибудь бинарном соединении. В нем описывается только простой вольтов элемент из цинковой и медной пластинок, между которыми положена смочен- ная какой-нибудь кислой жидкостью суконка, и рассматриваются — без упоминания о каких бы то ни было химических процессах — получающиеся при этом статически-электрические заряды обоих металлов. Таким образом так называемое бинарное соединение вводится здесь контрабандным путем.
2. Остается совершенно невыясненным, что собственно должно здесь делать это бинарное соединение. То обстоятельство, что оно «может распасться на две химически различных составных части, вполне насыщающих друг друга» (вполне насыщающих другу друга, после того как они распались?!), могло бы научить нас чему-нибудь новому лишь в том случае, если бы оно действительно распалось. Но об этом нам не сообщается ни слова, и мы должны поэтому пока допустить, что оно не распадается[7].
3. После того как <с помощью § 27> цинк зарядился в жидкости отрицательным образом, а медь положительным, мы приводим их (вне жидкости) <что опять-таки не указано> в соприкосновение. Тотчас же «эти электричества выравниваются через посредство мест соприкосновения, через которые, следовательно, течет ток положительного электричества от меди к цинку». Мы опять-таки не узнаем, почему течет только ток «положительного» электричества в одном направлении, а не также и ток «отрицательного» электричества в противоположном направлении. Мы вообще не узнаем, что происходит с отрицательным электричеством, которое однако было до сих пор столь же необходимым, как и положительное: ведь действие электрической разъединительной силы заключалось именно в том, чтобы освободить и противопоставить их друг другу. Теперь вдруг ее устраняют, как будто бы утаивают, и делают такой вид, точно существует одно только положителькое электричество. Но вот на
176
стр. 51 мы опять читаем нечто совершенно противоположное, ибо здесь «электричества соединяются в один ток» и следовательно течет как отрицательное, так и положительное электричество! Кто поможет нам выбраться из этой путаницы?
4. «Но так как и появляющаяся при контакте этих двух метал- лов электрическая разъединительная сила уносит с собой положи- тельное электричество в том же направлении, то действия электрических разъединительных сил не уничтожают друг друга, как в замкнутой металлической цепи. Таким образом здесь возникает длительный ток» и т. д. Это сказано несколько сильно. Ибо, как мы увидим, Видеман несколькими страницами далее (стр. 52) пока- зывает нам, что при "образовании длительного тока… электрическая разъединительная сила в месте контакта металлов… должна быть недеятельной[8]; что не только имеется ток, даже если она дейст- вует в противном току направлении, вместо того чтобы уносить положительное электричество в том же направлении, но что она и в этом случае не компенсируется определенной долей разъедини- тельной силы цепи и значит опять-таки недеятельна. Каким же образом Видеман может считать на стр. 45 электрическую разъединительную силу необходимым фактором образования тока (пользуясь при этом специально придуманной для этой цели гипотезой), если на стр. 52 он признает ее деятельность во время тока?
5. «Таким образом здесь возникает длительный ток положитель- ного электричества, который течет в замкнутой цепи от меди через место ее соприкосновения с цинком к последнему, а от цинка через жидкость к меди». Но при подобном длительном токе электричества «им порождается в самих проводниках теплота», благодаря ему же «может быть приведена в движение электромагнитная машина и произведена таким образом работа», что однако невозможно без притока энергии. Но так как Видеман до сих пор ни звуком не обмолвился насчет того, происходит ли подобный приток энергии и откуда он происходит, то длительный ток попрежнему остается чем-то невозможным, как и в обоих разобранных выше случаях.
Никто этого не понимает лучше, чем сам Видеман. Поэтому он благоразумно торопится обойти многочисленные щекотливые пункты этого удивительного объяснения образования тока, вознаграждая зато читателя на нескольких страницах всякого рода элементарными сведениями насчет термических, химических, магнитных и физиологических действий этого все еще таинственного тока, причем иногда впадает в тон совершенно популярного рассказчика. Затем вдруг он продолжает (стр. 49):
«Теперь мы должны исследовать, как обнаруживают свое действие электрические разъединительные силы в замкнугой цепи из двух металлов в одной жидкости, например из цинка, меди, соляной кислоты». <(Но мы уже это исследовали на стр. 45).>
«Мы знаем, что составные части содержащегося в жидкости бинарного соединения (HCl) разделяются при протекании тока таким образом, что одна из них (Н) освобождается на меди, а эквивалентное количество другой (Cl) освобождаются на цинке, причем последняя соединяется с эквивалентным количеством цинка в ZnCl».
177
Мы знаем! Если это мы и знаем, то во всяком случае не от Видемана, который, как мы видели, не обмолвился до сих пор ни звуком насчет этого процесса. И далее, если мы и знаем что-нибудь насчет этого процесса, то лишь то, что он происходит не так, как это описывает Видеман <но что сперва хлор отделяется от водорода, а затем соединяется с цинком. Но это следует установить позднее. Пока что далее... >
При образовании молекулы HCl из водорода и хлора освобождается количество энергии=22 000 единиц теплоты (Юлиус Томсон). Поэтому, чтобы освободить хлор из его соединения с водородом, надо доставить каждой молекуле HCl извне такое же количество энергии. Откуда же дает цепь эту энергию? Из изложения Виде-
мана это совершенно не видно. Потому постараемся разобраться
в этом сами.
Когда хлор соединяется с цинком в "хлористый цинк, то при этом выделяется значительно большее количество энергии, чем необходимо для отделения хлора от водорода. (Zn, Cl2) развивает 97210,
2 (H,Cl) — 44 000 единиц теплоты (Юлиус Томсон). Это и объясняет нам происходящий в цепи процесс. Таким образом дело не происходит так, как рассказывает Видеман, будто водород просто освобождается на меди, а хлор на цинке, «причем», далее, цинк случайным образом соединяется с хлором. Напротив того: соединение цинка с хлором является существенным, основным условием всего процесса, и, пока это соединение не произошло, мы станем тщетно ждать появления водорода на меди.
Избыток энергии, выделяющейся при образовании молекулы ZnCI2, над энергией, необходимой для выделения двух атомов H из двух молекул HCl, превращается в цепи в электрическое движение и дает всю обнаруживающуюся в токе «электродвижущую силу». Таким образом источником энергии, отделяющей водород от хлора, является не какая-то таинственная «электрическая разъединительная сила»; происходящий в цепи совокупный химический процесс снабжает все «электрические разъединительные силы» и «электродвижущие силы» в цепи необходимой для их существования энергией.
Итак мы должны пока констатировать, что и второе объяснение тока у Видемана так же мало помогает нам, как и первое; а теперь пойдем дальше.
«Этот процесс доказывает, что роль бинарного соединения между металлами не ограничивается только простым избыточным притяжением всей его массы к тому или другому электричеству, как это наблюдается у металлов, но что здесь к этому присоединяется еще особенное действие его составных частей. Так как Cl выделяется там, где в жидкость входит ток положительного электричества, а H там, где в нее входит отрицательное электричество, то мы допускаем[9], что каждый эквивалент хлора в соединении HCl заряжен определенным количеством отрицательного электричества, обусловливающим его притяжение вступающим положительным электричеством. Это — электроотрицательная составная часть соединения. Точно так же эквивалент должен быть заряжен положительным электричеством, представляя таким образом электроположительную часть соеди--
178
нения. Заряды эти могли бы представиться при соединении H и Cl совершенно так, как при контакте цинка и меди. Так как соединение HCl само по себе неэлектрическое, то в соответствии с этим мы должны допустить, что атомы положительной и отрицательной его частей содержат равные количества положительного и отрицательного электричества.
Теперь, если в разведенную соляную кислоту погрузить цинковую и медную пластинки, то мы можем, предположить *, что цинк обладает более сильным притяжением к электроотрицательной составной части ее (Cl), чем к электроположительной (H). Благодаря этому прикасающиеся к цинку молекулы соляной кислоты должны расположиться таким образом, что они повернут свои электроотрицательные составные части к цинку, а электроположительные — к меди. Так как расположенные таким образом составные части воздействуют своим электрическим притяжением на последующие молекулы HCl, то весь ряд молекул между цинковой и медной пластинками примет такой вид, как указано на фигуре 10:
- Цинк | | Медь+
— + — + — + — + — +
- Cl H Cl H Cl H Cl H Cl H +
Если бы второй металл действовал на положительный водород так, как цинк действует на отрицательный хлор, то это только спо- собствовало бы возникновению указанного расположения. Если бы он действовал в противоположном направлении, но более слабым образом, то все же направление осталось бы неизменным. Благодаря индуцирующему действию отрицательного электричества прилегающего к цинку электроотрицательного хлора, электричество в цинке распределилось бы[10] таким образом, что те части его, которые лежат ближе к хлору ближайшего атома соляной кислоты зарядились бы положительным образом, а расположенные дальше зарядились бы отрицательным образом. Точно так же и в меди, в той части, которая лежит ближе к электроположительной части (H) молекулы соляной кислоты, накопилось бы отрицательное электричество, положительное же было бы отнесено в более далекие части. Вслед за этим положительное электричество в цинке соединилось бы с отрицательным электричеством ближайшего атома Cl, а последний — сам соединился бы с цинком. Электроположительный атом H, который прежде был соединен с этим атомом хлора, соединился бы с обращенным к нему атомом Cl второго атома HCl, при одновременном соединении друг с другом заключенных в этих атомах электричеств. Точно так же H второго атома HCl соединился бы с Cl третьего атома и т. д., пока наконец на меди не освободился бы атом H, положительное электричество которого соединилось бы с отрицательным электричеством меди, так что он выделился бы в нейтральном неэлектрическом состоянии». — Этот процесс «стал бы повторяться до тех пор, пока отталкивательное действие накопленных в металлических пластинках электричеств на электричества обращенных к ним составных частей соляной кислоты неуравновесило бы действия химического притяжения последних металлами. Но если металличе--
179
ские пластинки будут соединены друг с другом при помощи проводников, то свободные электричества металлических пластинок соединятся между собой и снова могут начаться вышеупомянутые процессы. Таким образом возникло бы постоянное течение электричества. Ясно, что при этом происходит постоянная потеря живой силы, ибо направляющиеся к металлам составные части бинарного соединения движутся к ним с известной скоростью и затем приходят в покой, либо образуя соединение ZnCl2, либо свободно выделяясь в виде H. (Примечание [Видемана]: так как выигрыш в живой силе при отделении составных частей Cl и H выравнивается потерей живой силы при соединении их с составными частями ближайших атомов, то влиянием этого процесса можно пренебречь.) Эта потеря в живой силе эквивалентна количеству теплоты, которое развивается при происходящем явно химическом процессе, то есть по существу при растворении эквивалента цинка в разведенной кислоте. Работа, произведенная при распределении электричеств, должна равняться этой величине. Поэтому, если эти электричества соединяются в токе, то во время растворения эквивалента цинка и выделения эквивалента водорода из жидкости в цепи должна обнаружиться работа в форме ли теплоты или в форме произведенных вовне действий, которая также эквивалентна количеству теплоты, соответствующему этому химическому процессу»[11][175].
«Допустим — могли бы — мы должны допустить — мы можем предположить—распределилось бы—зарядились бы»—и т. д. и т. д. Перед нами сплошные догадки и сослагательные наклонения, из которых можно выудить определенным образом лишь три фактических изъявительных наклонения: во-первых, что соединение цинка с хлором признается теперь условием выделения водорода;
во-вторых, как мы узнаем теперь в самом конце и, так сказать, мимоходом, что выделенная при этом энергия является источником — и притом единственным источником — всей потребной для образования тока энергии и, в-третьих, что это объяснение образования тока так же резко противоречит приведенным выше двум другим объяснениям его, как они противоречили друг другу. <Там достаточно было электрического напряжения между медью и цинком и того обстоятельства, что при комбинации этих двух металлов вне жидкости положительное электричество протекало в одинаковом направлении; здесь химический процесс, совершающийся в цепи, наступает как необходимый член, и уже нет речи о токе в одинаковом направлении. Там ток возникал чудесным образом, без такого источника энергии, который можно было бы констатировать; здесь, хотя и не без смущения, упоминается, что этим источником является химический процесс, и таким образом совершенно отвергается вышеупомянутое объяснение образования тока.
Затем Видеман доказывает, что электрическая разъединительная сила и пропорциональная ей электродвижущая сила гальванического элемента «должна быть прямо пропорциональна теплоте, порождаемой при разложении одного эквивалента бинарного соединения и растворения одного эквивалента цинка», и затем продолжает:>
180
«Таким образом при образовании длительного тока действует одна только электрическая разъединительная сила, происходящая от неравного притяжения и поляризации металлическими электродами атомов бинарного соединения в жидкости цепи; электрическая же разъединительная сила в месте контакта металлов, в котором не могут происходить никакие механические изменения, должна быть недеятельной. Вышеупомянутая полная пропорциональность всей электрической разъединительной силы (и электродвижущей силы) в сомкнутой цепи упомянутому тепловому эквиваленту химических процессов доказывает, что разъединительная сила контакта, если она действует в направлении противоположном электродвижущему возбуждению металлов жидкостью (как в случае погружения олова и цинка в раствор цианистого калия), не компенсируется определенной долей разъединительной силы в последней. Поэтому она должна быть нейтрализована иным способом. Это может произойти проще всего при допущении, что при контакте возбуждающей жидкости с металлами электродвижущая сила порождается двояким образом:
во-первых, благодаря неодинаковому притяжению массы жидкости, взятой в целом, тем или другим электричеством: во-вторых, неодинаковому притяжению металлов составными частями жидкости, заряженными противоположными электричествами… Благодаря пер-| вому, неравному притяжению, массы жидкости будут вести себя г согласно закону вольтова ряда металлов, и в замкнутом токе наступит полная, до нуля, нейтрализация электрических раъединительных сил (и электродвижущих сил); второе же, химическое, действие даст одно всю необходимую для образования тока электрическую разъединительную силу и соответствующую ей электродвижущую силу» (т. I, стр. 52, 53)[12].
Таким путем благополучно устраняется последний остаток контактной теории образования тока, а также и последний остаток пер- вого данного Видеманом на стр. 45 объяснения тока, согласно кото- рому гальваническая цепь есть простой аппарат для превращения освобождающейся химической энергии в электрическое движение, в так называемую электрическую разъединительную силу и электродвижущую силу, подобно тому как паровая машина есть аппарат для превращения тепловой энергии в механическое движение. И в том, и в другом случае аппарат дает только условия, необходимые для освобождения и дальнейших превращений энергии, не доставляя сам по себе никакой энергии. Установив это, нам остается теперь только более тщательно рассмотреть третий вариант видемановской теории тока. <Прежде всего таким образом «мы знаем, что при прохождении тока... H освобождается на меди, а эквивалентное количество другой (составной части), Cl, — на цинке, причем последний соединяется с эквивалентным количеством цинка, образуя ZnC2». Это может быть соответствует обыкновенной форме выражения, но не соответствует действительным фактам. При образовании молекулы HCl из газообразного хлора и газообразного водорода освобождается некоторое количество энергии, равное 17346 единицам тепла. (Фавр.) Чтобы опять освободить хлор из его соединения с водородом,следует таким образом опять доставить каждой молекуле
181
HCl такое же количестве энергии. И это количество энергии в данном случае может быть доставлено только посредством нового химического процесса: посредством соединения хлора с цинком. При этом соединении освобождается гораздо большее количество энергии, чем то, которое необходимо для отделения хлора от водорода. Таким образом не водород сперва освобождается на меди и при этом хлор — на цинке, как говорит Видеман, «причем» хлор и цинк случайно соединяются, а, наоборот, соединение цинка с хлором есть самое существенное основное условие всего процесса, и, до тех пор пока оно не произошло, мы напрасно стали бы ожидать появления водорода на меди.
Избыток энергии, которая освобождается при образовании одной молекулы ZnCl2, в сравнении с тем количеством, которое требуется для освобождения одной молекулы H2 из двух молекул HCl, превращается в цепи в электрическое движение и доставляет всю «электродвижущую силу», которая в ней обнаруживается. Как бы мало мы ни знали о способе этого превращения энергии и о характере электрического движения, относительно источника действующей при замыкании цепи энергии не может быть никакого сомнения.
И в дальнейшем объяснении Видемана мы находим такую же путаницу по отношению к действующей в токе энергии. Он говорит:> Как изображаются здесь превращения энергии в сомкнутой цепи?
Ясно, — говорит он, — что в цепи «происходит постоянная потеря живой силы, ибо направляющиеся к металлам составные части бинарного соединения движутся к ним с известной скоростью и затем приходят в покой, либо образуя соединения ZnCI, либо свободно выделяясь (в виде H)».
<В чем же здесь состоит потеря живой силы? В том ли, что составные части вообще переходят от своего движения к покою? Но это движение — поскольку оно не компенсируется согласно вышеприведенному примечанию к этому месту — крайне ничтожно и <<очень>> далеко от того, чтобы быть эквивалентным освобождающемуся при растворении в кислоте количеству теплоты. Или же в том, что эти составные части, с одной стороны, образуют ZnCl2, а с другой стороны, H2? Но если образование ZnCl2 может освобождать энергию в форме теплоты, то освобождение H2 из 2HCl2 требует доставления энергии. К тому же при этом освобождается потенциальная энергия, то есть живая сила; ведь шло бы вразрез даже с общепринятой формой выражения сказать, что в происходящем здесь процессе при освобождении H2 происходит потеря живой силы. Или, наконец, из всех трех? В таком случае простое химическое явление опять без всякой нужды затемняется присоединением потери живой силы при перемещении ионов. Появляющаяся в этом перемещении живая сила, подобно всякой другой, обнаруживающейся при замыкании цепи энергии, доставляется химическим процессом. По существу ей здесь нечего делать. На самом же деле она и потеря ее имеют лишь целью сделать возможным фатальный, но, к сожалению, неизбежный, переход от контактной теории к химическому объяснению тока: «Эта потеря эквивалентна количеству теплоты, которая выделяется при явно обнаруживающемся химическом процессе, то есть по существу при растворении эквивалента цинка в разведенной кислоте», — тут «потеря живой силы» сделала свое
182
дело, и ей дают отставку. Теперь, благополучно преодолев все трудности, единственным источником энергии мы можем признать химический процесс, все равно — противоречит ли это всему сказанному раньше или нет.
Что касается цитированного уже гипотетического объяснения процессов в цепи, то Видеман на стр 794 говорит, что он в нем, до известной по крайней мере степени, следовал химической теории Шенбейна, а именно, «поскольку это (химическое) возбуждение электричества создавало длительный ток в цепи». Но Шенбейн, как мы читаем на той же странице, прямо исходит из химического действия в цепи. У него атомы хлора НС1 отлагаются на цинке, потому что у них есть «стремление к химическому соединению» с ним, и только в силу этого, в сущности чисто химического, процесса развиваются электрические напряжения как вторичные явления. Описание Шенбейна таким образом прежде всего опирается на ту сторону процесса, о характере которой мы знаем нечто положительное, на химическую сторону, и поэтому оно гораздо яснее описания Видемана, у которого химический процесс обусловливается тем самым электрическим процессом, которому он еще должен доставить необходимую для его осуществления энергию, у которого следовательно <<уже совершившаяся часть процесса обусловлена будущей>> дитя рождает свою мать.
Мы видели, как Видеман посредством своего «мы знаем» обходит эту неудобную для контактной теории сторону шенбейновского развития. И <<во-вторых, Шенбейн выступил со своей теорией в такое время (1838—1844), когда положение о количественной неуничтожаемости движения было еще неизвестно в физике во всех превращениях его формы>> затем все шенбейновское описание процесса гораздо яснее, — именно потому, что оно просто объясняет его химически, —описания Видемана, который запутался в неразрешимых противоречиях, потому что хочет перенести в новую теорию остатки оставленной уже контактной теории.
Шенбейн конечно не ответственен за те особенные противоречия, в которых запутывается Видеман при описании происходящих в токе превращений энергии. Он писал в 1838—1844 гг., следовательно в такое время, когда в физике теория о количественной неизменяемости движения во всех превращениях его формы или совсем еще не была высказана, или же была высказана еще в своей самой примитивной формулировке.>
«Эта потеря эквивалентна количеству теплоты, которая выделяется при происходящем явно химическом процессе, т. е, по существу при растворении эквивалента цинка в разведенной кислоте».
Во-первых, если процесс совершается в чистом виде, то в цепи вовсе не выделяется теплота при растворении цинка; освобождающаяся энергия превращается как раз в электричество и лишь потом из последнего, благодаря сопротивлению всей сомкнутой цепи, превращается в теплоту.
Во-вторых, живая сила есть полупроизведение из массы на квадрат скорости. В таком случае вышеприведенное положение означает следующее: освобождающаяся при растворении эквивалента цинка в разведенной кислоте энергия — столько-то и столько-то калорий — эквивалентна полупроизведению массы ионов на квадрат
183
скорости, с которой они направляются к металлам. Формулированное таким образом это положение очевидно ложно; появляющаяся при движении ионов живая сила далеко не равна освобождающейся благодаря химическому процессу энергии[13]; а если бы она была ей равна, то не осталось бы энергии для тока в остальной части сомкнутой цепи. Поэтому-то и преподносится нам замечание, что ионы приходят в покой «либо образуя соединение, либо свободно выделяясь». Если же потеря живой силы должна включать в себя превращения энергии, происходящие также в обоих этих процессах, то мы оказываемся в совершенно безвыходном положении: ведь этим именно двум процессам, взятым вместе, мы обязаны всей освобождающейся энергией, так что здесь абсолютно не может быть речи о потере живой силы, а только о выигрыше ее.
Ясно таким образом, что Видеман, высказывая это положение, не связывал с ним ничего определенного; можно скорее думать, что «потеря живой силы» играла у него роль своего рода deus ex machina, облегчающего ему роковой прыжок из старой контактной теории в химическую теорию объяснения тока. Действительно, после того как потеря живой силы сделала свое дело, ей дают отставку; отныне единственным источником энергии при образовании тока является бесспорно химический процесс в цепи, и наш автор теперь озабочен только тем, чтобы каким-нибудь приличным образом избавиться от последнего остатка возбуждения электричества при контакте химически безразличных тел, чтобы избавиться от разделительной силы, обнаруживающейся в месте контакта обоих металлов.
Когда читаешь вышеприведенное видемановское объяснение образования тока, то кажется, что имеешь перед собой образец той <теологической> апологетики, с которой выступали лет сорок назад против <немецкой> филологически-исторической библейской критики Штрауса, Вильке, Бруно Бауэра и других теологов разных степеней правоверия. В обоих случаях пользуются одинаковым методом. И это неизбежно, ибо в обоих случаях дело идет о том, чтобы спасти старую традицию от рационального знания. Исключительный эмпиризм, позволяющий себе мышление в лучшем случае разве лишь в форме математических вычислений, воображает себе, будто он оперирует только бесспорными фактами. В действительности же он оперирует преимущественно традиционными представлениями, устаревшими большею частью продуктами мышления своих предшест-
184
венников, вроде положительного и отрицательного электричества, электрической разъединительной силы, контактной теории. Последние кладутся им в основу бесконечных математических выкладок, в которых из-за строгости математических формул легко забывается гипотетическая природа предпосылок. Насколько скептически этот эмпиризм относится к результатам современной ему научной мысли, настолько же суеверно относится он к результатам мышления своих предшественников. Даже экспериментально установленные факты связываются у него мало-помалу неразрывным, образом с соответственными традиционными толкованиями их; в описание даже самого простого электрического явления вносится фальсификация при по-мощи например контрабандного протаскивания теории о двух электричествах. Этот эмпиризм не в состоянии изображать правильно факты, ибо в изображение их у него неизбежно входит традиционное толкование фактов. Одним словом, здесь, в области учения об электричестве, мы имеем столь же развитую традицию, как и в области теологии. И так как в обеих этих областях результаты новейшего исследования, установление неизвестных до того или же оспаривавшихся фактов и неизбежно вытекающие отсюда теоретические выводы безжалостно противоречат старой традиции, то защитники этой традиции попадают в затруднительнейшее положение. Они должны искать спасения во всякого рода уловках, безнадежных увертках, должны затушевывать непримиримые противоречия и в конце концов забираются сами в такой лабиринт противоречий, из которого для них нет никакого выхода. Вот эта-то вера в старую теорию электричества и запутывает Видемана в самые жестокие противоречия с самим собою, когда он делает безнадежную попытку примирить старое объяснение тока, исходящее из «силы контакта», с новой теорией, основывающейся на освобождении химической энергии.
Может быть, скажут, что приведенная выше критика видемановского объяснения тока сводится к словесным придиркам и что если Видеман выражается вначале несколько небрежно и неточно, то в конце концов он все же дает правильное, согласующееся с принципом сохранения энергии объяснение; что значит все у него обстоит благополучно. В ответ на это мы приведем здесь другой пример, его описание процесса в следующей цепи: цинк, разведенная серная кислота, медь.
«Если соединить проволокой обе пластинки, то возникает гальванический ток… Благодаря электролитическому процессу из воды разведенной серной кислоты высвобождается на меди один эквивалент водорода, выделяющийся в виде пузырьков. На цинке образуется один эквивалент кислорода, окисляющий цинк в окись цинка, которая растворяется в окружающей кислоте в сернокислый цинк» (1, стр. 593)[14].
При выделении водородного и кислородного газов из воды требуется для каждой молекулы воды энергия, равная 68 924 единицам теплоты. Откуда же получается в вышеуказанной цепи эта энергия?
«Благодаря электролитическому процессу». А где же берет ее электролитический процесс? На это мы не получаем никакого ответа.
185
Но далее Видеман рассказывает нам — и не один раз, а по крайней мере два раза (т. l, стр. 472 и 614) [176], — что вообще «согласно новейшим опытам сама вода не разлагается»; в нашем случае дело происходит следующим образом: серная кислота H2SO4 распадается, с одной стороны, на H2, с другой на SOз +O, причем H2 и O могут при известных обстоятельствах выделяться в виде газов. Но благодаря этому изменяется характер всего процесса. H2 в H2SO4 заменяется прямо двухвалентным цинком, образуя цинковый купорос ZnSO4. На одной стороне остается H2, а на другой SO3+O. Оба газа выделяются в той пропорции, в которой они образуют воду; SO3 соединяется с водой раствора H2O снова в H2SO4, то есть в серную кислоту. Но при образовании ZnSO4 развивается количество энергии, не только достаточное для вытеснения и освобождения водорода серной кислоты, но и дающее еще значительный избыток, который употребляется в нашем случае для образования тока. Таким образом цинк не ожидает того, чтобы электролитический процесс доставил ему свободный кислород, который <по устаревшим представлениям об образовании соли> <как здесь утверждает> даст ему возможность сперва окислиться, а потом раствориться в кислоте. Наоборот: он прямо вступает в процесс, который вообще становится возможным только благодаря этому вступлению цинка.
Мы видим здесь, как на помощь устарелым представлениям о контакте приходят устарелые химические представления. Согласно новейшим воззрениям соль есть кислота, в которой водород замещен каким-нибудь металлом. Расматриваемый нами здесь процесс подтверждает это воззрение: прямое вытеснение водорода кислоты цинком вполне объясняет превращение энергии. Прежнее воззрение, которого придерживается Видеман, считает соль соединением окиси и металла с какой-нибудь кислотой и поэтому говорит не о цинковом купоросе, а о сернокислой окиси цинка. Но для получения в нашей цепи из цинка и серной кислоты сернокислой окиси цинка необходимо, чтобы цинк сперва окислился. Для достаточно быстрого окисления цинка мы нуждаемся в свободном кислороде. Чтобы получить свободный кислород, мы должны допустить — так как на меди по-является водород, — что вода разлагается. Для разложения воды мы нуждаемся в огромном количестве энергии. Откуда же она получается? Попросту «благодаря электролитическому процессу», который в свою очередь <есть нечто невозможное> не может иметь места, пока не стал образовываться его конечный химический продукт, «сернокислый цинк». <Здесь дело обстоит так же, как и выше.> Дитя рождает свою мать,
Таким образом и здесь у Видемана весь процесс извращен и по-ставлен на голову, и это потому, что Видеман, не задумываясь, смешивает два диаметрально противоположных процесса — активный и пассивный электролизы, рассматривая их как электролиз просто.
До сих пор мы рассматривали только то, что происходит в цепи, то есть процесс, при котором благодаря химическому действию освобождается избыток энергии, превращающийся при помощи приспособлений цепи в электричество. Но, как известно, этот процесс можно обратить: получившееся в цепи из химической энергии электричество длительного тока может быть обратно превращено в химическую энергию во включенной в цепь электролитической ванне. Оба про-
186
цесса как будто противоречат друг другу; если мы станем рассматривать первый как химически-электрический, то второй является электро-химическим <и это различение так же необходимо, как и различение электро-магнетического и магнетически-электрического>. Оба они могут происходить в одной и той же сомкнутой цепи с одними и теми жи веществами. Так например столб из водорода и кислорода с платиной, то есть из газовых элементов, ток которых порождается благодаря соединению водорода и кислорода в воду, может дать во включенной в цепь электролитической ванне водород и кислород в той пропорции, в которой они образуют воду. Обычная концепция рассматривает оба эти противоположных процесса под одним общим названием электролиза и не проводит различия между активным и пассивным электролизом, между возбуждающей жидкостью и пассивным электролитом. Так Видеман на 143 страницах рассматривает электролиз вообще, прибавляя затем в заключение несколько замечаний об «электролизе в цепи», где происходящие в действительных цепях процессы занимают к тому же только ничтожнейшую часть 17 страничек этого отдела. И в следующей затем «теории электролиза» совсем не упоминается эта противоположность между цепью и электролитической ванной, и тот, кто пытался бы отыскать в примыкающей сюда главе «Влияние электролиза на сопротивление проводников и на электродвижущую силу в сомкнутой цепи» <и «Теория контактного электричества»> какие-нибудь замечания насчет превращения энергии в сомкнутой цепи, жестоко бы разочаровался[15].
Рассмотрим же этот непреодолимый «электролитический процесс», который способен без видимого притока энергии отделить H2 от O и который играет в рассматриваемых отделах книги ту же роль, какую прежде играла таинственная «электрическая разъединительная сила».
«Наряду с первичным, чисто электролитическим процессом[16] отделения ионов появляется еще масса вторичных, совершенно независимых от него чисто химических процессов благодаря воздействию выделенных током ионов. Это воздействие может производиться на вещество электродов и на разложенное тело, а в растворах также на растворитель» (т. I, стр. 481) [177]. Вернемся к приведенной выше цепи: цинк и медь в разведенной серной кислоте. Здесь, по собственным словам Видемана, разделенные ионы — это Hз и O воды. Следовательно для него окисление цинка и образование ZnSO4 есть вторичный, независимый от электролитического процесса, чисто химический процесс, хотя только благодаря ему становится возможным первичный процесс. Рассмотрим несколько подробнее ту путаницу, которая неизбежно получается из этого извращения реального хода вещей.
<Причем замечательно, что Видеман в III томе рассказывает нам, как этот процесс, происходящий позднее и независимо от электролитического процесса, отдает всю энергию этого процесса, и описывает нам приведенный (стр. [214]) прекрасный опыт Фавра, согласно которому он сам доставляет и эту энергию.
187
<<Но перейдем к пассивному электролизу, к исследованию процессов в разложившемся элементе.>>
Впрочем совершенно ясно, что во многих цепях в самом деле могут происходить вторичные химические процессы. <<Вторичными они являются потому, что они потребляют часть освобожденной в первичном процессе энергии и таким образом уменьшают количество энергии, которое может быть превращено в электричество. >> Например выделение элементов воды в необычных формах: озона (Oз), перекиси водорода (H2O2). Эти процессы могут в чрезвычайно различной форме затрагивать происходящие в цепи превращения энергии <<они могут не затронуть энергии, предназначенной для превращения в электричество, если они взаимно компенсируют друг друга, они могут уменьшить ее, но они могут также и увеличить ее. Если например в цепи Грове (цинк, разбавленная серная кислота, концентрированная азотная кислота, платина) разложение находящейся в токе азотной кислоты>> <<если бы мы стали здесь подробно рассматривать, это завело бы нас слишком далеко>>, к чему мы вернемся впоследствии.>
Посмотрим прежде всего на так называемые вторичные процессы в электрической ванне. У Видемана мы встречаем несколько примеров этого[17] (стр. 481—482):
I. Электролиз Na2SO4 в растворе воды. Он «распадается… на 1 эквивалент SO3+O… и 1 эквивалент Na… Но последний реагирует на воду растворителя и выделяет из нее 1 эквивалент H, в то время как образуется 1 эквивалент едкого натра, растворяющийся в окружающей воде. Уравнение пишется следующим образом:
Na2SO4+2H2O==O+SO2+2NaOH+2H [18].
В этом примере можно было бы действительно рассматривать разложение
Na2SO4==Na2 +SO3+O
как первичный, электро-химический, а дальнейшее превращение
Na2+2H2O=2NaOH+2H
188
как вторичный, чисто химический процесс. Но этот вторичный процесс совершается непосредственно на электроде, где появляется во-дород; поэтому освобождающееся здесь весьма значительное количество энергии (111 810 единиц теплоты для Na, O, H, Aq. по Юлиусу Томсону) превращается — по крайней мере большею частью — в электричество, и только небольшая часть переходит в элементе непосредственно в теплоту. Но последнее может произойти и с химической энергией, освобожденной прямо или первично в цепи. Но получившееся таким образом и превратившееся в электричество количество энергии вычитается из того количества ее, которое должен доставлять ток для непрерывного разложения Na2SO4… Если превращение натрия в гидрат окиси являлось в первый момент всего процесса вторичным процессом, то со второго момента оно становится существенным фактором всего процесса и перестает поэтому быть вторичным.
Но в этой электролитической ванне происходит еще третий процесс: SO3, — если оно не вступает в соединение с металлом положительного электрода, причем снова освободилась бы энергия, — соединяется с H2O в H2SO4, серную кислоту. Но это превращение не происходит непременно непосредственно на электроде, и поэтому освобождающееся при этом количество энергии (21 320 единиц теплоты по Юлиусу Томсону) целиком или в значительнейшей части в самом элементе превращается в теплоту, отдавая току в крайнем случае лишь ничтожную часть электричества. Но этот процесс образования серной кислоты является в этом элементе действительно вторичным процессом. <Образование серной кислоты в этом элементе в самом деле является следовательно вторичным процессом>. Таким образом Видеман вовсе не упоминает единственного действительно вторичного процесса, происходящего в этом элементе.
II. „Если электролизировать раствор медного купороса между положительным медным электродом и отрицательным платиновым, то на отрицательном электроде выделяется 1 эквивалент меди на 1 эквивалент разложенной воды при одновременном разложении сернокислой воды в том же токе; на положительном электроде должен был бы появиться 1 эквивалент SO4, но последнее соединяется с медью электрода, образуя 1 эквивалент CuSO4, который растворяется в воде электролизированного раствора“.
Итак мы должны, выражаясь современным химическим языком, представить себе весь процесс следующим образом: на платине осаждается Cu; освобождающееся SO4, которое не может существовать само по себе, распадается на SOз+O, причем последний свободно выделяется; SOз заимствует из воды растворителя H2O и образует H2SO4, которое снова соединяется, при выделении H2, с медью электрода в CuSO4. Строго говоря, мы имеем здесь три процесса: 1) отделение Cu и SO4; 2) SO3+O+H2O=H2SO4+O; 3) H2SO4+Cu = H2 + CuSO4. Можно было бы рассматривать первый как первичный, а оба других как вторичные. Но если мы заинтересуемся превращениями энергии, то найдем, что первый процесс целиком компенсируется частью третьего, что отделение меди от SO4 компенсируется обратным соединением обоих на другом электроде. Если мы отвлечемся от энергии, необходимой для перемещения меди от одного электрода к другому, а также от неизбежной (хотя и не определимой
189
точно) потери энергии в цепи благодаря превращению ее в теплоту, то мы окажемся перед фактом, что так называемый первичный процесс не отнимает у тока никакой энергии. Ток дает энергию исключительно для того, чтобы было возможно косвенное отделение H2 и O, оказывающееся таким образом действительным химическим результатом всего процесса, — то есть для того, чтобы сделать возможным вторичный или даже третичный процесс.
Но в обоих приведенных выше примерах, равно как и в других случаях, различение первичных и вторичных процессов имеет все же бесспорно относительное значение. Так в обоих случаях между прочими явлениями происходит повидимому и разложение воды, причем элементы воды выделяются на противоположных электродах. Но так как, согласно новейшим опытам, абсолютно чистая вода приближается максимально к идеалу непроводника, а следовательно и неэлектролита, то важно доказать, что в этих и подобных случаях разлагается прямо электрохимически не вода, а что здесь выделяются элементы воды из кислоты, для образования которых разумеется необходим здесь и водорастворитель.
III. „Если электролизировать одновременно в двух U-образных трубках… соляную кислоту и пользоваться в одной трубке положительным цинковым электродом, а в другой медным электродом, то в первой трубке растворяется количество цинка 32,53, во второй — количество меди 2х31,7“.
Оставим пока медь в стороне и обратимся к цинку. Первичным процессом является здесь разложение HCl, вторичным — растворение Zn.
Согласно этой точке зрения ток привносит в электролитическую ванну извне необходимую для разложения H и Cl энергию; после того как произошло это отделение, Cl соединяется с Zn, причем освобождается количество энергии, вычитающееся из энергии, необходимой для отделения H и Cl; таким образом току приходится доставить только разницу этих величин. Пока все идет хорошо; но если мы рассмотрим внимательнее оба эти количества энергии, то найдем, что количество энергии, освобожденное при образовании ZnCI2, больше количества ее, употребленного при отделении 2HCl, и что следовательно току не только не приходится доставлять энергию, но что, наоборот, он получает ее. Перед нами вовсе не пассивный электролит, а возбуждающая жидкость, не электролитическая ванна, а цепь, увеличивающая образующий ток столб на один лишний элемент; процесс, который мы должны были рассматривать как вторичный, оказывается безусловно первичным, становится источником энергии всего процесса, делая его независимым от доставленного нашим столбом тока.
Здесь мы ясно видим, в чем заключается источник всей путаницы, царящей в теоретическом изложении Видемана. Видеман исходит из электролиза, не интересуясь тем, активен он или пассивен, не заботясь о том, имеет ли он перед собой цепь или электролитическую ванну: „коновал есть коновал“, как сказал старый майор вольноопределяющемуся из докторов философии. А так как электролиз гораздо легче изучать в электролитической ванне, чем в цепи, то он фактически исходит из электролитической ванны и делает из происходящих в ней процессов, из отчасти правомерного разделения
190
их на первичные и вторичные, масштаб для совершенно обратных процессов в цепи, не замечая при этом вовсе, как электролитическая ванна у него под носом превращается в цепь. Поэтому он и может выставить положение: «Химическое сродство выделяющихся вещенств с электродами не имеет никакого влияния на собственно электролитический процесс» (т. I, стр. 471), — положение, которое в этой форме, как мы видели, совершенно ложно. Поэтому же у него имеется троякая теория образования тока: во-первых, старая, традиционная теория на основе чистого контакта; во-вторых, теория, основывающаяся на рассматриваемой уже совершенно абстрактным образом электрической разъединительной силе, которая доставляет непонятным образом себе или «электролитическому процессу» энергию, необходимую, чтобы оторвать друг от друга в цепи H и Cl и сверх того образовать еще ток; наконец современная химически-электрическая теория, видящая в алгебраической сумме химических действий в цепи источник этой энергии. Подобно тому как он не замечает, что второе объяснение опровергает первое, точно также он не догадывается, что третье, со своей стороны, окончательно уничтожает второе. Наоборот, у него положение о сохранении энергии присоединяется чисто внешним образом к старой традиционной теории, подобно тому как прибавляют новую геометрическую теорему к прежним теоремам. Он вовсе не догадывается о том, что это положение приводит неизбежно к пересмотру всех традиционных взглядов как в этой области естествознания, так и во всех прочих. Поэтому-то Видеман ограничивается тем, что просто констатирует его при объяснении тока, затем спокойно откладывает его в сторону, чтобы снова извлечь лишь в самом конце книги, в главе о действиях тока. Даже в теории возбуждения электричества контактом (т. I, стр. 781 и сл.) учение о сохранении энергии не играет никакой роли при объяснении главной стороны дела и приводится лищь случайным образом при объяснении побочных пунктов: оно является и остается «вторичным процессом». Но вернемся к вышеприведенному примеру III. Там один и тот же ток электролизировал в двух U-образных трубках соляную кислоту, но в одной из них положительным электродом был цинк, а в другой — медь. Согласно основному электролитическому закону Фарадея один и тот же гальванический ток разлагает в каждом элементе эквивалентные количества электролитов, и количества выделенных на обоих электродах веществ относятся друг к другу, как их эквиваленты (т. I, стр. 470). Но оказывается, что в вышеприведенном случае в первой трубке растворилось 32,53 цинка, а во второй 2х31,7 меди. «Но, — продолжает Видеман, — это вовсе не доказательство эквивалентности этих количеств. Они наблюдаются только при очень слабых токах, при образовании… с одной стороны, хлористого цинка, а с другой… хлористой меди. В случае более сильных токов количество растворенной меди при том же самом количестве растворенного цинка опустилось бы до… 31,7». Цинк, как известно, образует только одно соединение с хлором -— хлористый цинк ZnCI2, медь же — два: хлорную медь CuCl2 и хлористую медь Cu2Cl2. Явление происходит следовательно таким образом, что слабый ток отрывает от электрода на два атома хлора два атома меди, которые остаются связанными между собой при помощи
191
одной из обеих их единиц связи, между тем как обе их свободные
единицы связи соединяются с обоими атомами хлора:
Cu—Cl
|
Cu—Cl
Если же ток становится сильнее, то он отрывает совершенно атомы меди друг от друга, и каждый из них соединяется с двумя атомами хлора.
Cl ---Cu --- Cl
При токах средней силы оба эти вида соединений образуется рядом друг с другом. Таким образом образование того или другого из этих соединений зависит лишь от силы тока, и весь процесс носит по существу электро-химический характер, если это слово имеет вообще какой-нибудь смысл; между тем Видеман называет его вполне определенно вторичным, то есть не электро-химическим, а чисто химическим процессом.
Вышеприведенный опыт принадлежит Реньо (1867 г.) и относится к целому ряду аналогичных опытов, в которых один и тот же ток проводился в U-образной трубке через раствор поваренной соли (положительный электрод — цинк), а в другой ванне через различные электролиты с различными металлами в качестве положительных электродов. Здесь растворенные на один эквивалент цинка количества других металлов очень отклонялись, и Видеман приводит результаты всего ряда опытов, которые однако по большей части химически вполне понятны и не могут быть иными. Так например на 1 эквивалент цинка в соляной кислоте растворялось только 2/3 эквивалента золота. Это может казаться странным лишь в том случае, если, подобно Видеману, придерживаться старых эквивалентных весов и изображать хлористый цинк через ZnCI, где хлор, как и цинк, являются в хлористом соединении каждый только с одной единицей связи. В действительности же здесь на один атом цинка приходится два атома хлора ZnCl2, и, исходя из этой формулы, мы сейчас же замечаем, что в вышеприведенном определении эквивалентов надо принимать за единицу атом хлора, а не атом цинка. Но формулу для хлористого золота надо писать AuCl4; в этом случае ясно, что 3ZnCl2 содержат ровно столько же хлора, сколько 2AuClз. Поэтому при всех первичных, вторичных или третичных процессах в цепи или электролитической ванне на один превращенный в хлористом цинке эквивалент цинка приходится превратить в хлористом золоте ровно две трети весовых частей золота. Это имеет абсолютное значение, если только не предположить, что гальваническим путем можно получить и соединение AuCI2: в этом случае на 1 эквивалент цинка должны были бы быть растворены даже 2 эквивалента золота, и значит могли бы иметь место в зависимости от силы тока такие же колебания, какие были указаны выше на примере меди и хлора.
192
Значение опытов Реньо заключается в том, что они показывают, как закон Фарадея подтверждается и фактами, как будто бы противоречащими ему. Но неясно, какое значение они могут иметь для объяснения вторичных процессов при электролизе. Третий пример Видемана привел нас уже обратно от электролитической ванны к цени; и действительно, наибольший интерес представляет цепь, по-скольку в ней изучают электролитические процессы с точки зрения происходящих при этом превращений энергии. Так мы наталкиваемся нередко на цепи, в которых химико-электрические процессы как будто находятся в прямом противоречии с законом сохранения энергии и совершаются как будто вопреки законам химического сродства.
Согласно измерениям Поггендорфа цепь: цинк, концентрированный раствор поваренной соли, платина, дает ток силой в 134,6[19]. Мы имеем здесь довольно солидное количество электричества на l/з больше, чем в элементе Даниеля. Где же источник появляющейся здесь в виде электричества энергии? „Первичным“ процессом является здесь вытеснение цинком натрия из его соединения с хлором. Но в обычной химии не цинк вытесняет натрий из хлористых и других соединений, а наоборот, натрий вытесняет цинк. И таким образом „первичный“ процесс не только не в состоянии дать току вышеуказанного количества энергии, но наоборот, сам нуждается для своего осуществления в притоке энергии извне; с простым „первичным“ процессом мы опять-таки не двигаемся с места. Рассмотрим же, как происходит в действительности процесс. Мы находим, что происходящее превращение выражается не через
Zn+2NaCl==ZnCl2+2Na,
а через
Zn+2NaCl+2H2O==ZnCl2+2NaOH+H2.
Иными словами: натрий не выделяется свободно на отрицательном электроде, а соединяется с гидроксилом, как выше в примере 1. Для вычисления происходящих при этом превращений энергии мы имеем некоторые опорные пункты в определениях Юлиуса Томсона. Согласно им мы имеем следующее количество освободившейся энергии при соединениях:
(Zn, Cl2)=97 210,
(ZnCl2, aqua)==15630,
а вместе для растворенного хлористого цинка ==112 840 единиц теплоты.
2(Na, O, H, aqua)==223 620 един. теплоты,
а вместе с предыдущими ==336 460 един. теплоты. Отсюда надобно вычесть количество энергии, потраченное при разделениях:
2(Na, CI, аq) =193 020 един. теплоты,
2(H2, O) =136 720 един. теплоты,
а вместе—329 740 един. теплоты.
193
Таким образом получается излишек свободной энергии в 6720.
Этого количества конечно мало для указанной выше силы тока, но его достаточно, чтобы объяснить, с одной стороны, отделение натрия от хлора, а с другой — образование тока вообще.
Здесь перед нами поразительный пример того, что различие между первичными и вторичными процессами относительно и что оно приводит нас к абсурду, если мы станем его рассматривать как нечто абсолютное. Если брать первичный электролитический процесс сам по себе, один, то он не только не может породить тока, но он и сам не может совершаться. Только вторичный, якобы чисто химический процесс делает возможным первичный процесс, доставляя сверх того весь избыток энергии, необходимый для образования тока. Таким образом он оказывается в действительности первичным процессом, а „первичный“ оказывается вторичным. Когда Гегель диалектически превращал твердые различия и неизменные противоположности, которые метафизики и метафизические естествоиспытатели вбили себе в голову, в их противоположности, то его обвиняли в том, что он извращает их слова. Если же природа поступает таким же образом, как старый Гегель, то пора присмотреться внимательнее к положению вещей. <Реньо исследовал ряд цепей не особенно удовлетворительным методом, причем происходящие в них превращения заслуживают нашей более точной проверки. В качестве положительного электрода служил какой-нибудь металл: цинк, калиева амальгама и т. д. и иод, растворенный в йодистом калии; отрицательным электродом вместо угля был йодистый калий, пористый.> Мы с большим правом можем считать вторичными процессы, которые, хотя и происходят под влиянием химико-электрического процесса в цепи или электро-химического процесса в электролитической ванне, но независимо и отдельно от него, то есть которые происходят на некотором расстоянии от электродов. Поэтому совершающиеся при подобных вторичных процессах превращения энергии не вступают в электрический процесс; они ни отнимают у последнего, ни доставляют ему прямым образом энергии. Подобные процессы происходят часто в электролитической ванне; выше под № 1 мы имели пример этого в образовании серной кислоты при электролизе сернокислого натра. Но они представляют здесь меньше интереса. Зато гораздо более важно с практической стороны появление их в цепи, ибо, если они и не доставляют или не отнимают прямым образом энергии у химико-электрического процесса, то все же они изменяют сумму имеющейся в цепи энергии, воздействуя на нее благодаря этому косвенным образом.
Сюда относятся, кроме позднейших химических превращений обычного рода явления, обнаруживающиеся тогда, когда ионы выделяются на электродах в состоянии ином, чем то, в котором они обнаруживаются обычно в свободном виде, и когда они переходят в это последнее состояние лишь после того, как покинули электроды. Ионы могут при этом обнаружить другую плотность или же принять другое агрегатное состояние. Но они могут также испытать значительные изменения со стороны своего молекулярного строения, и это является наиболее интересным случаем. Во всех этих случаях вторичному, происходящему на известном расстоянии от электродов, химическому или физическому изменению ионов соответствует ана-
194
логичное изменение теплоты; по большей части теплота освобождается, в отдельных случаях она поглощается. Это изменение теплоты, само собой разумеется, ограничивается прежде всего тем местом, где оно происходит: жидкость в цепи или в электролитической ванне согревается, либо охлаждается, температура же остальной части сомкнутой цепи не изменяется. Поэтому эта теплота называется местной теплотой. Таким образом освобожденная химическая энер- гия, служащая для превращения в электричество, уменьшается или увеличивается на эквивалент этой порожденной в цепи положительной или отрицательной местной теплоты. В цепи с перекисью водорода и соляной кислотой поглощается, по Фавру, 2/3 всей освобожденной энергии в качестве местной теплоты; элемент же Грове значительно охладился после замыкания, введя таким образом в цепь путем поглощения теплоты еще энергию извне. Мы видим таким образом, что и эти вторичные процессы действуют на первичные. С какой бы стороны мы ни подошли к рассматриваемому вопросу, различие между первичными и вторичными процессами остается чисто относительным, исчезая при взаимодействии их между собой. Если забывать это, если рассматривать подобные относительные противоположности как нечто абсолютное, то в конце концов впадаешь, как мы выше видели, в безнадежные противоречия.
При электролитическом выделении газов металлические электроды покрываются, как известно, тонким слоем газа; благодаря этому сила тока убывает, пока электроды не насыщаются газом, вслед за чем ослабленный ток становится снова постоянным. Фавр и Зиберман доказали, что в подобной электролитической ванне тоже возникает местная теплота, которая может происходить лишь от того, что газы не освобождаются на электродах в том состоянии, в котором они обычно существуют, но что после своего отделения от электродов' они переходят в это свое обычное состояние лишь благодаря дальнейшему процессу, связанному с выделением теплоты. Но в каком состоянии выделяются газы на электродах? Трудно выразиться по этому поводу с большей осторожностью, чем это делает Видеман. Он называет это состояние «известным», «аллотропным», «активным», в случае кислорода иногда даже «озонированным». В случае же водорода он выражается еще более таинственным образом. Местами проглядывает воззрение, что озон и перекись водорода суть формы, в которых осуществляется это «активное» состояние. При этом озон настолько преследует нашего автора, что он объясняет даже крайние электроотрицательные свойства некоторых перекисей тем, что они может быть „содержат часть кислорода в озонированном состоянии“! (т. I, стр. 57)[20]. Конечно при разложении воды образуется как озон, так и перекись водорода, но лишь в незначительных количествах. Нет никаких оснований допускать, что местная теплота образуется в рассматриваемом случае сперва через возникновение, а затем через разложение более или менее значительных количеств обоих вышеуказанных соединений. Мы не знаем теплоты образования озона Oз из свободных атомов кислорода. Теплота образования перекиси водорода из H2O (жидкость) +O по Бертло = 21 480; следовательно образование этого соединения в более или менее значи-
195
тельных количествах предполагало бы большой приток энергии (примерно тридцать процентов энергии, необходимой для отделения H2 и O), который бросался бы в глаза и который можно было бы обнаружить. Наконец озон и перекись водорода объясняют явления, относящиеся к кислороду (если мы отвлечемся от обращений тока, при которых оба газа встретились бы на одном и том же электроде), не объясняя случая с водородом; между тем и последний выделяется в „активном“ состоянии, притом так, что в сочетании: раствор азотно-кислой соли калия между платиновыми электродами, он соединяется с выделяющимся из кислоты азотом прямо в аммиак.
В действительности все эти трудности и сомнения не существуют. Электролитический процесс не обладает вовсе монополией выделять тела в „активном состоянии“. При каждом химическом разложении происходит одно и то же. Оно выделяет освободившейся химический элемент сперва в форме свободных атомов O, H, N u т. д., которые лишь затем, после своего освобождения, могут соединяться в молекулы O2, H2, N2 и т. д., выделяя при этом соединении определенное, до сих пор еще однако неустановленное количество энергии, появляющейся в качестве теплоты. Но в тот ничтожный промежуток времени, когда атомы свободны, они являются носителями всей той энергии, которую они вообще могут содержать; обладая максимумом доступной им энергии, они способны входить в любое из представляющихся им соединений. Следовательно они находятся в „активном состоянии“ по сравнению с молекулами O2, H2, N2, которые уже отдали часть этой энергии и не могут вступить в соединения с другими элементами, если не получат обратно извне этого отданного ими количества энергии. Поэтому нам нет нужды искать спасения сперва в озоне и в перекиси водорода, которые сами являются лишь продуктом этого активного состояния. Мы можем, например допустить, что упомянутое выше образование аммиака при электролизе из азотнокислой соли калия совершается просто химическим путем и без цепи: достаточно для этого прибавить азотную кислоту или раствор азотнокислой соли к какой-нибудь жидкости, в которой водород освобождается благодаря химическим процессам. Активное состояние водорода тожественно в обоих случаях. Но в электролитическом процессе интересно то, что здесь можно, так сказать, осязать руками исчезающее существование свободных атомов. Процесс представляет здесь следующие две фазы: благодаря электролизу атомы освобождаются на электродах, но соединение их в молекулы происходит на некотором расстоянии от электродов. Как ни ничтожно это расстояние, с точки зрения наших обычных мер, его достаточно, чтобы воспрепятствовать по крайней мере израсходованию освобожденной при образовании молекул энергии на электрический процесс, а значит достаточно и для того, чтобы вызвать превращение ее в теплоту, в местную теплоту в цепи. Но этим доказывается, что элементы выделились в виде свободных атомов и существовали некоторое время в качестве свободных атомов в цепи. Факт этот, который мы можем установить в чистой химии только путем теоретической дедукции, доказывается нам здесь экспериментальным образом, поскольку можно говорить об экспериментальном доказательстве без чувственного восприятия самих атомов и молекул. И в этом заключается огромное научное значение так называемой местной теплоты в цепи.
196
Превращение химической энергии в электричество в цепи есть процесс, о ходе которого мы почти ничего не знаем и сможем узнать что-нибудь лишь тогда, когда лучше познакомимся с modus operandi[21] самого электрического движения.
Цепи приписывается некоторая „электрическая разъединительная сила“, определенная для каждой определенной цепи <и пропорциональная ее «электродвижущей силе»>. Как мы видели в самом начале, Видеман допускает, что эта электрическая разъединительная сила не является определенной формой энергии. Наоборот, она сперва не что иное, как способность, как свойство цепи превращать в единицу времени определенное количество освободившейся химической энергии в электричество. Сама эта химическая энергия никогда не принимает во всем процессе форму „электрической разъединительной силы“, а только форму так называемой „электродвижущей силы“, то есть электрического движения. Если в обыденной жизни говорят о силе какой-нибудь паровой машины в том смысле, что она способна превратить в единицу времени определенное количество теплоты в видимое движение, то это вовсе не основание для того чтобы переносить эту путаницу понятий и в науку. С таким же успехом можно было бы говорить о различной силе пистолета, карабина, гладкоствольного ружья и винтовки, потому что они при одинаковом заряде пороха и одинаковом весе пули стреляют на различное расстояние. Всем здесь бросается в глаза нелепость подобного способа выражения. Всякий знает, что пуля приходит в движение от зажигания пороха и что различная дальнобойность ружья обусловливается большим или меньшим расходом энергии, в зависимости от длины ствола, от затвора ружья и его формы. Но то же самое относится к паровой машине и к электрической разъединительной силе. Две паровые машины при прочих равных обстоятельствах, то есть при предположении, что в обеих в одинаковые промежутки времени освобождаются одинаковые количества энергии, или две гальванические цепи, рассматриваемые при таких же условиях, отличаются в отношении производимой ими работы друг от друга лишь большим или меньшим количеством расходуемой в них энергии. И если артиллерийская техника обходилась до сих пор во всех армиях без допущения особой огнестрельной силы орудия, то непростительно для науки об электричестве допускать какую-то аналогичную этой огнестрельной силе «электрическую разъединительную силу», силу, в которой нет абсолютно никакой энергии, и которая следовательно не может произвести сама по себе работы даже в миллионную долю миллиграмм-миллиметра.
То же самое относится и ко второй форме этой «разъединительной силы», к упоминаемой Гельмгольцем «электрической контактной силе металлов». Она есть не что иное, как способность металлов превращать при своем контакте имеющуюся налицо энергию дру- гого рода в электричество. Значит она опять-таки сила, несодержащая в себе и искорки энергии. Допустим с Видеманом, что источник энергии контактного электричества заключается в живой силе энергии прилипания, в таком случае эта энергия существует сперва в виде этого молярного движения и превращается при исчезнове-
197
нии его немедленно в электрическое движение, не принимая ни на секунду формы „электрической контактной силы“.
А нас сверх того уверяют еще в том, что этой „электрической разъединительной силе“, — которая не только не содержит в себе никакой энергии, но по самому существу своему и не может содержать ее, —пропорциональна электродвижущая сила, то есть появляющаяся снова в виде движения электричества химическая энергия! <Но это чистейшая бессмыслица.> Эта пропорциональность между неэнергией и энергией относится очевидно к области той самой математики, в которой фигурирует „отношение единицы электричества к миллиграмму“. Но за нелепой формой, в основе которой лежит по-нимание простого свойства как какой-то таинственный силы, скрывается весьма простая тавтология: способность определенной цепи превращать освобождающуюся химическую энергию в электричество измеряется—чем? Отношением появляющейся снова в цепи, в виде электричества, энергии к употребленной в цепи химической энергии. Это все. Чтобы получить электрическую разъединительную силу, нужно отнестись серьезно к фикции двух электрических жидкостей. Чтобы извлечь эти жидкости из их нейтральности и придать им их полярность, чтобы оторвать их друг от друга, для этого необходима известная затрата энергии — электрическая разъединительная сила. Раз оба эти электричества отделены друг от друга, то, при своем обратном соединении, они могут выделить обратно то же самое количество энергии — электродвижущую силу. Но так как в наше время ни один человек, не исключая и Видемана, не считает чем-то реальным оба этих вида электричества, то останавливаться подробнее на этих взглядах значило бы писать для по-койников.
Основная ошибка контактной теории заключается в том, что она не может освободиться от представления, будто контактная сила или электрическая разъединительная сила является источником энергии. Избавиться от этого было трудно, после того как превратили простое свойство известного аппарата помогать превращению энергии в некую силу: ведь сила является определенной формой энергии. Так как Видеман не может освободиться от этого путаного представления о силе, хотя наряду с ним у него фигурирует современное представление о неразрушимой и несотворимой энергии, то он неизбежно приходит к указанному выше бессмысленному объяснению тока № 1 и ко всем рассмотренным затем противоречиям.
Если выражение «электрическая разъединительная сила» по-просту бессмысленно, то выражение «электродвижущая сила» по меньшей мере излишне. Мы имели термомоторы до того, как получили электромоторы, и однако теория теплоты отлично обходится без особой теплодвижущей силы. Подобно тому как простое выражение «теплота» заключает в себе все явления движения, относящиеся к этой форме энергии, так можно ограничиться и выражением «электричество» в соответствующей области. И к тому же весьма многие формы проявления электричества не носят вовсе непосредственно «двигательного» характера. Таковы намагничивание железа, химическое разложение и превращение в теплоту. Наконец, во всякой области естествознания, даже в механике, делают шаг вперед, когда где-нибудь избавляются от слова сила.
198
Мы видели, что Видеман принял с известной неохотой химическое объяснение процессов в цепи. Эта неохота нигде не покидает его. Повсюду, где он может упрекнуть в чем-нибудь так называемую химическую теорию, он это делает. Так, например: «совершенно не доказано, что электродвижущая сила пропорциональна интенсивности химического действия» (т. I, стр. 791)[178]. Конечно не <является, как полагает Видеман, «веским основанием» против химической теории, но лишь доказательством> эта пропорциональность наблюдается не во всех случаях. Но там, где она не имеет места, это доказывает лишь, что цепь плохо конструирована, что в ней происходит растрата энергии. <В приведенных Видеманом для доказательства примерах фехнеровский «experimentum crucis» уже потому не имеет научной ценности, что в нем в качестве электролита фигурирует вода. Второй пример почти комичен. Фехнер в той же цепи употреблял большой и маленький элементы и с трудом получил ток, что, как не без наивности прибавляет Видеман [179], «впрочем непосредственно вытекает из закона Ома».> И потому этот же самый Видеман вполне прав, когда он в своих теоретических выводах совершенно не считается с подобными побочными обстоятельствами, искажающими чистоту процесса, а без всяких околичностей утверждает, что электродвижущая сила какого-нибудь элемента равна механическому эквиваленту химического действия, совершающегося в нем в единицу времени, если принять интенсивность тока за единицу»
В другом месте мы читаем: «Что, далее, в цепи из кислоты и щелочи соединение кислоты со щелочью не является причиной образования тока, это следует из опытов § 61 (Беккереля и Фехнера), § 260 (Дюбуа-Реймона) и § 261 (Ворм-Мюллера), согласно которым в известных случаях, когда кислота и щелочь даны в эквивалентных количествах, не происходит никакого тока, а также из приведенного в § 62 опыта (Генрици), что в случае включения раствора селитры между калийным щелоком и азотной кислотой электродвижущая сила появляется таким же образом, как и без этого включения» (т. I, стр. 791)[22].
Вопрос о том, является ли соединение кислоты со щелочью причиной образования тока, занимает очень серьезно нашего автора. В этой форме на него очень не трудно ответить. Соединение кислоты со щелочью является прежде всего, причиной образования соли, причем освобождается энергия. Примет ли эта энергия целиком или отчасти форму электричества, зависит от обстоятельств, при которых она освобождается. В цепи, состоящей например из азотной кислоты и раствора калия между платиновыми электродами, это будет иметь отчасти место, причем для образования тока безразлично, включат ли или нет селитряный раствор между кислотой и щелочью, так как это может лишь замедлить, но не помешать окончательно образованию соли. По если взять цепь, вроде ворммюллеровской, на которую постоянно ссылается Видеман, где кислота и щелочный раствор находятся посредине, а на обоих концах — раствор их соли, и притом в той самой концентрации, как и образующийся в цепи раствор, то само собою разумеется, что не может образоваться тока, ибо из-за
199
конечных членов не могут возникнуть ионы, так как повсюду образуются тожественные тела. В этом случае мы мешаем превращению освобождающейся энергии в электричество столь же непосредственным образом, как если бы вовсе не замкнули цепи; нечего поэтому удивляться тому, что мы здесь не получаем тока. Но что вообще кислота и щелочь могут дать ток, доказывает следующая цепь: уголь, серная кислота (1 на 10 воды), калий (1 на 10 воды), уголь — цепь, обладающая, по Раулю, силой тока в 73[23]; а что они при целесообразном устройстве цепи могут дать силу тока, соответствующую огромному количеству освобождающейся при их соединении энергии, следует из того, что сильнейшие из известных нам цепей состоят почти исключительно из щелочных солей, как элемент Уитстона: платина, хлористая платина, калиева амальгама, с силой тока в 230; перекись свинца, разведенная серная кислота, калиева амальгама== 326; перекись марганца вместо перекиси свинца==280; причем каждый раз, когда вместо калиевой амальгамы употреблялась цинковая амальгама, сила тока падала почта в точности на 100. Точно так же Беетс получил в цепи: твердая перекись марганца (MnO2), раствор марганцовокислого калия, калийный щелок, калий — силу тока 302; далее: платина, разведенная серная кислота, калий — 293,8; Джоуль: платина, соляная кислота, калийный щелок, калиева амальгама ==302. «Причиной» этих исключительно сильных токов является соединение кислоты и щелочи или щелочного металла и освобождающееся при этом огромное количество энергии.
Несколькими страницами далее мы снова читаем у него; «Следует однако помнить, что за меру электродвижущей силы замкнутой цепи надо принимать не прямо эквивалент работы всего химического действия, обнаруживающегося в месте контакта разнородных тел. Если например в цепи из кислоты и щелочи (iterum Cris-pinus!) Беккереля соединяются оба этих вещества; если в цепи: платина, расплавленная селитра, уголь — уголь сгорает; если в обыкновенном элементе: медь, нечистый цинк, разведенная серная кислота —цинк быстро растворяется, причем образуются местные токи, то значительная часть произведенной при химических процессах работы (следовало бы сказать: освобожденной энергии) превращается в теплоту и таким образом теряется для всего тока» (т. I, стр. 798). Все эти процессы сводятся к потере энергии в цепи; они нисколько не затрагивают того факта, что электрическое движение образуется из превращенной химической энергии, касаясь только вопроса о количестве превращенной энергии. <Поэтому все бесконечные определения «электродвижущей силы» самых различных элементов в значительной степени бесполезны. >
Электрики потратили бездну времени и сил на то, чтобы изготовить разнообразнейшие цепи и измерить их «электродвижущую силу». В накопленном благодаря этому экспериментальном материале имеется очень много ценного, но безусловно еще больше бесполезного. Какое например научное значение имеют опыты, в которых в качестве электролита берется «вода», являющаяся, как доказал Ф. Кольрауш, самым дурным проводником и следовательно самым дурным электролитом, — опыты, в которых следовательно
200
процесс образуется не водой, а неизвестными нам примесями к ней?[24] А между тем например почти половина всех опытов Фехнера основывается на подобном применении воды, и в том числе даже его experimentum crucis, при помощи которого он хотел воздвигнуть несокрушимую контактную теорию на развалинах химической теории. Как видно уже отсюда, почти во всех опытах, за исключением немногих, чуть ли не совершенно игнорировались химические процессы в цепи, являющиеся подлинным источником так называемой электродвижущей силы. Но существует целый ряд цепей, из химического состава которых нельзя сделать никакого надежного вывода о происходящих в них после замыкания тока химических превращениях. Наоборот, нельзя, как замечает Видеман (т. I, стр. 797[25]), «отрицать того, что мы еще далеко не во всех случаях знаем химические притяжения в цепи». <Еще гораздо многочисленнее те случаи, в которых одного только указания состава цепи недостаточно для формулирования происходящих в ней химических процессов. > Поэтому все подобные эксперименты не имеют цены с химической точки зрения, приобретающей все более и более важное значение, пока они не будут проверены и не будет обращено внимание на эту сторону дела.
В этих опытах лишь в виде исключения принимаются во внимание происходящие в цепи превращения энергии. Многие из них произведены были до того, как был признан закон эквивалентности движения, и, непроверенные, они по инерции переходят из одного учебника в другой. Если и верно утверждение, что электричество не обладает инерцией (утверждение, имеющее приблизительно такой же смысл, как фраза: скорость не имеет удельного веса), то этого нельзя сказать относительно учения об электричестве.
Мы до сих пор рассматривали гальванический элемент как особое приспособление, в котором благодаря установленному контакту освобождается — неизвестным нам пока образом — химическая энергия, превращающаяся в электричество. Точно так же мы рассматривали электролитическую ванну как известный аппарат, в котором происходит обратный процесс, в котором электрическое движение превращается в химическую энергию и потребляется как эта энергия. Мы должны были при этом выдвинуть на первый план столь пренебрегавшуюся электриками сторону процесса, ибо только таким путем можно было избавиться от мусора, оставшегося от старой контактной энергии и от учения о двух электрических жидкостях. После этого остается выяснять <действительно ли превращение энергии в цепи происходит таким таинственным способом, как это предполагалось до сих пор?>, происходит ли химический процесс в цепи так, как он происходит вне ее, или же при этом наблюдаются особые, зависящие от электрического возбуждения явления. В любой науке неправильные представления (если отвлечься от погрешностей наблюдения являются в конце концов неправильными представлениями о правильных фактах. Факты остаются,
201
если даже призванные для истолкования их взгляды оказываются ошибочными. Если мы и отбросили старую, контактную теорию, то все же остаются установленные факты, для объяснения которых она была создана. Рассмотрим же эти факты, а вместе с ними и собственно электрическую сторону процесса в цепи. Нет спора по поводу того, что при контакте разнородных тел происходит, вместе с химическими изменениями или без них, возбуждение электричества, которое можно показать при помощи электроскопа или гальванометра. В отдельных случаях, как мы уже видели вначале, трудно установить источник энергии этих, самих по себе крайне ничтожных явлений движения, достаточно сказать, что всеми признается существование подобного внешнего источника. Кольрауш опубликовал в 1850—1853 гг. ряд опытов, где он рассматривал попарно отдельные составные части цепи, определяя в каждом случае статически-электрические напряжения; электродвижущая сила элемента должна составиться из алгебраической суммы этих напряжений. Так, например, принимая напряжение Zn/Cu=100, он вычисляет относительные силы элементов Даниеля и Грове следующим образом. Для элемента Даниеля:
Zn/Cu+amalg. Zn/H2SO4+Cu/SO4Cu = 100 +149—21=228.
Для элемента Грове:
Zn/Pt+amalg. Zn/H2SO4+Pt/HNO = 107+149+149=405,
что приблизительно согласуется с прямым измерением силы тока обоих этих элементов. Но эти результаты не вполне надежны. Во-первых, сам Видеман обращает внимание на то, что Кольрауш приводит только конечный результат, «не давая, к сожалению, никаких числовых данных относительно результатов отдельных опытов». А, во-вторых, сам Видеман неоднократно указывает на то, что все попытки определить количественным образом электрические возбуждения, имеющие место при контакте металлов, а еще более при контакте металлов и жидкостей, очень ненадежны из-за многочисленных, неизбежных источников погрешностей. Хотя несмотря на это, он не раз оперирует цифрами Кольрауша, мы поступим лучше, если не последуем за ним в этом, тем более что имеется другой способ определения, против которого нельзя выдвинуть этих возражений.
Если погрузить обе пластинки какой-нибудь цепи в жидкость и соединить их концы с гальванометром, замкнув ток, то, согласно Видеману, «первоначальное отклонение магнитной стрелки гальванометра до того, как химические изменения изменили силу электрического возбуждения, является мерой суммы электродвижущих сил в сомкнутой цепи». Таким образом цепи различной силы дают различные первоначальные отклонения, и величина этих первоначальных отклонений пропорциональна силе тока соответствующих цепей.
Может показаться, что мы имеем здесь перед собою в осязательном виде «электрическую разъединительную силу», «контактную силу», вызывающую независимо от всякого химического действия известное движение. Так собственно думает вся контактная теория. И действительно, здесь перед нами такое отношение между электрическим возбуждением и химическим действием, которого мы до сих пор еще не разобрали. Прежде чем перейти к этому, мы рассмотрим
202
несколько внимательнее так называемый электродвижущий закон; мы убедимся при этом, что и здесь традиционные контактные представления не только не дают никакого объяснения, но закрывают дорогу для всякого объяснения. Если взять какой-нибудь элемент из двух металлов и одной жидкости — например цинк, разведенную соляную кислоту, медь —и внести в него третий металл, например платиновую пластинку, не соединяя ее однако проводником с внеш- ней частью цепи, то начальное отклонение гальванометра точно то же, как и без платиновой пластинки. Таким образом последняя не действует на возбуждение электричества. Но на языке электродви- жущей теории факт этот выражается не таким простым образом. Мы читаем следующее: «На место электродвижущей силы цинка и меди в жидкости появилась теперь сумма электродвижущих сил цинка и платины и платины и меди. Так как от включения платиновой пластинки путь электричеств не изменился заметным образом, то из равенства показаний гальванометра в обоих случаях мы можем умозаключить, что электродвижущая сила цинка и меди в жидкости равна электродвижущей силе цинка и платины плюс сила платины и меди в ней. Это соответствовало бы установленной Вольтой теории возбуждения электричества между металлами. Результат этот, справедливый в применении к любым жидкостям и металлам, выражают следующим образом: металлы при своем электродвижущем возбуждении жидко- стями следуют закону вольтова ряда. Этот закон называют также электродвижущим законом» (Видеман, I, стр. 62).
Рассматриваемый факт можно описать просто, сказав, что платина вообще не действует в этой комбинации возбуждающим электричество образом. Если же утверждают, что она действует возбуждающим электричество образом, но с равной силой в двух противоположных направлениях, так что действие остается равным нулю, то этим превращают факт в гипотезу только для того, чтобы воздать почести «электродвижущей силе». В обоих случаях платина играет роль подставного лица, фикции. <Тем не менее с этим описанием можно еще мириться, пока речь идет о первом показании гальванометра до возникновения длитель- ного тока. Совсем иначе обстоит дело, когда ток уже образовался и химические процессы в цепи уже начали действовать. Тогда уже вообще не может быть речи о возбуждении новой электрической деятельности третьего металла. Превращение химической энергии в электричество происходит на электродах, а третий металл, не свя- . занный никаким проводом с внешней цепью, не является электродом. Если даже он действует по допускаемому обыкновенной теорией способу самоуничтожения, то бывают случаи, когда такого уничтожения не происходит. Так в вышеуказанной комбинации могут образоваться три различные цепи, которые были исследованы Поггендорфом в связи с доставленным количеством электричества. Он нашел в разбавленной соляной кислоте (уд. вес= 1,113 с девятикратным весом воды): цинк (амальгама) =78,8; медь-пллатина = 74,3; цинк (амальгама)-платина = 153,7, что, следовательно, равно сумме развитого обоими первыми цепями электричества (предположив, что элемент Даниэля = 100). Если же в цепь цинк-платина поместить между электродами несвязанную медную пластинку, то нельзя по-
203
нять, почему должно было бы уничтожиться ее действие, если оно имеется и наличности. Возбуждение электричества шло бы от цинка к меди, от меди к платине, следовательно не в противоположном, а в том же самом направлении. Таким образом в этой цепи должны были бы возникнуть три тока; первый вокруг меди, непосредственно от цинка к платине с образованием ZnCl2; второй от цинка к меди с об разованием таких же самых ионов; третий от меди к платине с образованием соединения хлористой меди и газообразного водорода. Та- кое образование трех токов должно было бы получиться во всякой цепи из жидкости и двух металлов, если бы в нее был погружен в
несвязанном виде третий металл, который находится в вольтовом ряду металлов в жидкостях между обоими служащими электродами металлами. Ибо нельзя понять, как при вышеприведенных теоретических предпосылках он может остаться недеятельным, не нарушив закона вольтова ряда, а также электродвижущего закона.
Но вместе с тем трудно понять, как может произойти такое действие погруженного несвязанного металла. Многочисленные опыты Поггендорфа с тремя погруженными металлами, из которых всегда два были связаны в замкнутой цепи, третий же оставался несвязанным, должны были также доказать именно неактивность этого третьего металла. Нельзя поэтому предположить, чтобы он не обратил внимания на заметное образование на нем газа; ведь это опрокинуло бы всю общепринятую теорию.>
<По Видеману, первоначальное показание гальванометра, «прежде чем химические изменения изменят силу электрического возбуждения, служит измерением суммы электродвижущих сил в замкнутой цепи». Это опять-таки неправильная контактная традиция. Гальванометр, по предположению Видемана, может только регистрировать те электрические напряжения, которые замечаются на обоих электродах до замыкания цепи <(посредством химических изменений в жидкости)>. Ибо во время этого первого показания не существует еще никакой замкнутой цепи. Кислота, поскольку она еще не разложилась, не является проводником, она может проводить электричество лишь посредством ионов. Если таким образом платина не оказывает ни малейшего влияния на первое показание, то это просто происходит оттого, что во время этого первого показания она еще изолирована.>
Во время первого отклонения стрелки еще не существуют сомкнутой цепи. Так как кислота не разложилась, то она не является проводником; она может проводить электричество лишь посредством ионов. Если третий металл не действует на первоначальное отклонение, то это происходит просто оттого, что он еще изолирован.
Но как ведет себя этот третий металл после установления длительного тока и во время его деятельности?
В вольтовом ряде металлов в большинстве жидкостей цинк располагается после щелочных металлов на положительном конце, платина — на отрицательном, а медь—между ними. Поэтому, если поместить платину, как это сделано выше, между медью и цинком, то она отрицательна относительно обоих их; ток в жидкости — если бы платина вообще действовала — должен был бы течь от цинка и меди к платине, то есть от обоих электродов к несвязанной платине, что является contradictio In adjecto. Основное условие действия нескольких ме-
204
таллов в цепи заключается именно в том, что они связаны вовне между собою в сомкнутую цепь. Несвязанный сверхсметный металл в цепи является непроводником; он не может ни образовать ионов, ни пропускать их, а без ионов мы не знаем проводимости электролитов. Таким образом этот металл является не только подставным лицом, но оказывается даже препятствием, ибо заставляет ионы обходить его.
То же самое получится, если мы соединим цинк с платиной, а медь поместим несвязанной посредине. Здесь медь—если бы она вообще действовала—должна была бы вызвать ток от цинка к меди и другой ток от меди к платине; следовательно она должна была бы действовать в виде какого-то вторичного электрода и выделять на обращенной к цинку стороне водородный газ, что опять-таки невозможно.
Если мы отбросим традиционный способ выражения электродвижущей теории, то факты принимают очень простой вид. Гальваническая цепь, как мы видели, есть приспособление, в котором освобождаются химическая энергия, превращающаяся в электричество. Она состоит, как правило, из одной или нескольких жидкостей и двух металлов, играющих роль электродов, которые должны быть соединены между собой вне жидкости проводящим образом. В этом и состоит весь аппарат. Если же мы погрузим несвязанным образом еще что-нибудь другое в возбуждающую жидкость—будет ли это металл, стекло, смола или что-нибудь иное,—то оно не сможет принять участия в происходящем в цепи химико-электрическом процессе, то есть в образовании тока, пока оно не изменит химическим образом жидкости; в лучшем случае оно сможет только производить пертурбации в процессе. Чем бы ни была электрическая способность возбуждения третьего погруженного металла по отношению к жидкости и к одному или обоим электродам цепи, она не может действовать до тех пор пока этот металл не соединен вне жидкости с сомкнутой цепью. Согласно этому не только ложно сделанное Видеманом выведение так называемого электродвижущего закона, но ложен и смысл, который Видеман придает этому закону. Не может быть и речи о компенсирующейся электродвижущей деятельности несвязанного металла, так как эта деятельность заранее лишена того единственного условия, при котором она может проявиться; и точно так же так называемый электродвижущий закон не может быть выведен из фактов, находящихся вне сферы его компетенции. Старый Поггендорф опубликовал в 1845 г. ряд опытов, при по- средстве которых он измерял электродвижущую силу самых раз- личных цепей, то есть при которых он определял количество электри- чества, доставляемого каждой цепью в единицу времени. Среди этих опытов особенно ценны первые 27, в каждом из которых три опре- деленных металла соединялись по очереди в одной и той же жидко- сти в три различные цепи, которые исследовались и сравнивались между собой с точки зрения доставлявшегося ими количества электри- чества. В качестве правоверного приверженца контактной теории Поггендорф вставлял каждый раз невключенным и третий металл и имел таким образом удовольствие убедиться, что во всех 81 цепи этот «третий в союзе» оставался подставным лицом. Но значение
205
этих опытов заключается вовсе не в этом, а в подтверждении и в установлении правильного смысла так называемого электродвижу- щего закона.
Рассмотрим вышеприведенный ряд цепей, где соединяются между собой попарно в разведенной соляной кислоте цинк, медь и платина. Здесь, по Поггендорфу, полученные количества электричества, если принять за 100 силу элемента Даниеля, равнялись следующим величинам:
Цинк-медь 78,8
Медь-платина 74.3
Сумма 153,1
Цинк-платина 153,7
Таким образом цинк в прямом соединении с платиной дает почти в точности то же количество электричества, что цинк-медь плюс медь-платина. Это наблюдалось и во всех других цепях, какие бы при этом ни брались жидкости и металлы. Если из какого-нибудь ряда металлов образовывали в одной и той же возбуждающей жидкости цепи такого рода, что в зависимости от применимого к этой жидкости вольтова ряда второй, третий, четвертый и т. д. металлы являлись отрицательными электродами для предыдущего и положительными электродами для следующего металла, то сумма полученных при помощи всех этих цепей количеств электричества равнялась количеству электричества, доставлявшегося прямой цепью из обоих конечных членов всего ряда металлов. Так например количество электричества, доставлявшееся в разведенной соляной кислоте цепями: цинк-олово, олово-железо, железо-медь, медь-серебро, серебро-платина, равнялось бы количеству электричества, доставленному цепью цинк-платина; столб, составленный из всех элементов вышеприведенного ряда, нейтрализировал бы при прочих равных условиях элемент цинк-платина, ток которого двигался бы в противоположном направлении.
Рассматриваемый в этом виде так называемый электродвижущий закон приобретает реальное и крупное значение. Он обнаруживает новую сторону связи между электрическим и химическим действием. До сих пор при преимущественном интересе к изучению источники энергии гальванического тока этот источник, химическое превращение <именно, по существу соединение>, представлялся на первый взгляд активной стороной, а порождавшееся электричество пассивной стороной процесса. Теперь отношение изменяется. Электрическое возбуждение, обусловленное свойствами разнородных тел цепи, приведенных между собой в соприкосновение, не может ни прибавить, ни отнять энергии у химического действия (за исключением случая превращения освобождающейся энергии в электричество); но в зависимости от устройства цепи оно может либо ускорить, либо замедлить это действие. Если цепь: цинк—разведенная соляная кислота—медь дает для тока в единицу времени только половину того количества электричества, которое дает цепь: цинк — разведенная соляная кислота—платина, то, выражаясь химически, это означает, что первая цепь дает в единицу времени лишь половину количества хлористого цинка и водорода, доставляемого второй цепью. Таким образом химическое действие удвоилось, хотя чисто химические условия остались неизменными. Электрическое возбуждение стало регу-
206
лятором химического действия; теперь оно оказывается активной стороной всего процесса, а химическое действие — стороной пассивной.
С этой точки зрения становится понятным, если целый ряд процессов, признававшихся раньше чисто химическими, рассматрива- ются теперь как электрохимические. Разведенная кислота действует лишь очень слабо — если она вообще действует — на химически чи- стый цинк, но зато обыкновенный, продажный цинк быстро растворяется в ней с образованием соли и выделением водорода; он содержит в себе примеси других металлов и угля, неравномерно распределенные на разных местах его поверхности. Между ними и самим цинком образуются в кислоте местные токи, причем части цинка образуют положительные электроды, а другие металлы — отрицательные электроды, на которых выделяются пузырьки водорода. Точно так же теперь признается электрохимическим то явление, что железо, погруженное в раствор медного купороса, покрывается слоем меди, ибо это вызывается токами, происходящими между разнородными местами поверхности железа.
В соответствии с этим мы находим, что и вольтовы ряды металлов в жидкостях соответствуют в общем тем рядам, в которых происходит вытеснение металлами друг друга из их соединений с галлоидами и кислотными радикалами. На крайнем левом конце вольтовых рядов мы обыкновенно находим металлы золотой группы: золото, платину, палладий, родий, которые с трудом окисляются, на которые с трудом или почти совсем не действуют кислоты и которые легко вытесняются из своих солей другими металлами. На крайнем правом конце находятся щелочные металлы, обнаруживающие диаметрально противоположные свойства: их можно выделить из их окисей лишь с большим трудом, при затрате огромнейшего количества энергии; они встречаются в природе почти исключительно в форме солей и обладают между металлами максимальным сродством с галоидами и радикалами кислот. Между обоими расположены остальные металлы в изменяющейся последовательности, но так, что в целом их электрические и химические проявления соответствуют друг другу. Последовательность отдельных из этих металлов меняется в зависимости от жидкостей и вряд ли окончательно установлена хотя бы для какой-нибудь одной жидкости. Позволительно даже сомневаться, существует ли вообще подобный абсолютный вольтов ряд металлов для какой-нибудь отдельной жидкости. Если ввять подходящие цепи и электролитические ванны, то два куска одного и того же металла могут быть как положительным, так и отрицательным электродами, то есть один и тот же металл может быть по отношению к самому себе как положительным, так и отрицательным. В термоэлементах, превращающих теплоту в электричество, ток в обоих местах спайки при значительных различиях температуры <а следовательно изменяется также обусловливающая их квалификация одного металла положительным, а другого отрицательньш> изменяет свое направление: положительный прежде металл становится отрицательным, и наоборот. Точно так же не существует абсолютного ряда, согласно которому металлы вытесняют друг друга из своих химических соединении с каким-нибудь определенным галлоидом или кислотным радикалом; во многих случаях мы можем почти по про-
207
изволу изменять расположение ряда, причем для обычной температуры, путем доставления энергии в виде теплоты.
Таким образом мы находим здесь своеобразное взаимодействие между химизмом и электричеством <характерное сродство обеих форм движения>. Химическое действие в цепи, доставляющее электричеству всю энергию, необходимую для образоиания тока в свою очередь обнаруживается во многих случаях, а количественно регулируется во всех случаях лишь благодаря вызванным в цени электрическим напряжениям. Если прежде процессы в цепи казались нам химикоэлектрическими, то теперь мы видим, что они в этой же мере и электрохимические. С точки зрения образования длительного тока химическое действие казалось первичным моментом, с точки же зрения возбуждения тока оно кажется вторичным, побочным фактором. Взаимодействие исключает всякие абсолютно первичные и абсолютно вторичные моменты; оно представляет двусторонний процесс, природу которого можно рассматривать с двух различных точек зрения и даже, чтобы понять его в его целокупности и уразуметь общий результат, надо его рассматривать по очереди с обеих точек зрения. Если же мы начинаем противопоставлять односторонним образом одну точку зрения, как нечто абсолютное, другой или если мы перескакиваем произвольно, в зависимости от потребностей данного момента, с одной точки зрения на другую, то мы оказываемся в плену односторонности метафизического мышления; от нас ускользает тогда связь целого, и мы запутываемся в одном противоречии за другим. <Об этом в конце дать еще пример.>
Мы выше видели, что, согласно Видеману, первоначальное отклонение гальванометра, — непосредственно после погружения металлических пластинок в жидкость цепи и до того еще, как химические изменения изменили силу электрического возбуждения, — «является мерой суммы электродвижущих сил в сомкнутой цепи».
До сих пор так называемая электродвижущая сила представлялась нам как особая форма энергии, которая в нашем случае возникала в эквивалентном количестве из химической энергии и в дальнейшем процессе снова превращалась в эквивалентные количества теплоты, молярного движения и т. д. Здесь же мы узнаем вдруг, что «сумма электродвижущих сил в сомкнутой цепи» существует еще до того, как химические изменения освободили эту энергию, иными словами, узнаем, что электродвижущая сила есть не что иное, как способность определенной цепи освобождать в единицу времени определенное количество химической энергии и превращать ее в электрическое движение. Электродвижущая сила является здесь, как прежде электрическая разъединительная сила, силой, не содержащей в себе и искры энергии. Таким образом Видеман понимает под «электродвижущей силой» две совершенно различные вещи: с одной стороны, способность цепи освобождать определенное количество данной химической энергии и превращать ее в электрическое движение, а с другой — само произведенное количество электрического движения. То, что они пропорциональны друг другу и что одна из них является мерой для другой, нисколько не уничтожает их различия. Химическое действие в цепи, произведенное количество электричества и возникшая из него в сомкнутой цепи — если не произведено никакой работы — теплота не только пропорциональны
208
между собой, а даже эквивалентны; но это нисколько не устраняет их различия. Способность какой-нибудь паровой машины, имеющей цилиндр определенного диаметра и определенный ход поршня, производить определенное количество механического движения из доставленной теплоты, при всей своей пропорциональности этому механическому движению, резко отлична от него. И если подобная терминология была еще терпима в эпоху, когда в естествознании не было речи о сохранении энергии, то ясно, что со времени признания этого основного закона нельзя больше смешивать действительной, живой энергии в какой-нибудь ее форме со способностью какого-нибудь аппарата придавать освобождающейся энергии эту форму. Это смешение является следствием смешения силы и энергии в случае электрической разъединительной силы; в них обеих гармонически разрешаются три диаметрально противоречащих друг другу видемановских объяснения тока, и вообще они-то и лежат в конце концов в основе всей его теоретической путаницы по поводу так называемой «электродвижущей силы».
Помимо рассмотренного уже своеобразного взаимодействия между химизмом и электричеством имеется еще другое общее свойство, тоже указывающее на более тесное родство обеих этих форм движения. Обе они могут существовать лишь в своем исчезновении. Химический процесс совершается для каждой вступающей в него группы атомов мгновенно. Он может быть продлен только благодаря наличию нового материала, непрерывно всё вновь вступающего в него. То же самое относится к электрическому движению. Едва лишь оно произошло из какой-нибудь формы движения, как снова превращается в третью форму движения; только непрерывный приток свежей энергии может дать длительный ток, в котором в каждое мгновение новые количества движения принимают и снова теряют форму электричества.
Понимание этой тесной связи между химическим и электрическим действием, и обратно, приведет к крупным результатам в обеих этих областях исследования. Оно становится уже достоянием все более и более широких кругов. Среди химиков Лотар Мейер, а за ним Кекуле уже высказали тот взгляд, что предстоит воскрешение в обновленной форме электрохимической теории. И среди физиков, занимающихся исследованием электричества, начинает наконец, — как это показывают последние работы Ф. Кольрауша, — одерживать верх убеждение, что только точное изучение химических процессов в цепи и в электролитической ванне может вывести их науку из тупика старых традиций.
И действительно, учение о гальванизме, а за ним и учение о магнетизме и статическом электричестве могут получить твердую основу только в химически точной генеральной ревизии всех традиционных, непроверенных, основывающихся на оставленной наукой точке зрения опытов и в тщательном исследовании превращений энергии, с устранением на время всех традиционных теоретических представлений об электричестве.
14 Ф. Энгельс. Диалектика природы.
- ↑ В фактической стороне изложения мы опираемся в этой главе преиму-щественно на Видемана, Lehre vom Galvanismus und Elektromagnetismus, 2 Bd in 3 Abt., 2 Aufl., Braunschweig 1874. В Nature [165] от 15 июня 1882 г. отмечен этот «замечательный трактат, который в выходящем теперь издании, с приложением об электричестве, представляет собой самый значительный из существующих экспериментальных трактатов по электричеству». [Первый абзац этого примечания Энгельс зачеркнул, но впоследствии изменил решение и добавил второй абзац.]
- ↑ [Подчеркнуто Энгельсом.]
- ↑ Я употребляю слово «электричество» в смысле электрического движения с тем самым правом, с каким употребляется слово «теплота» при обозначении той формы движения, которая обнаруживается для наших чувств в качестве теплоты. Это не может вызвать никаких недоразумений, тем более что здесь заранее и сознательно исключено всякое смешение с состоянием напряжения элсктрачества.
- ↑ [Подчеркнуто Энгельсом.]
- ↑ [Подчеркнуто Энгельсом.]
- ↑ [Подчеркнуто Энгельсом.]
- ↑ [Карандашом добавлено: «Например парафин».]
- ↑ [Подчеркнуто Энгельсом.]
- ↑ [Подчеркнуто Энгельсом.]
- ↑ [ Подчеркнуто Энгельсом. ]
- ↑ [Подчеркнуто Энгельсом.]
- ↑ [Подчеркнуто Энгельсом.]
- ↑ Недавно Ф. Кольрауш (Wiedemanns Ann. VI, 206) вычислил, что необходимы «колоссальные силы», чтобы переместить ионы в водном растворе. Чтобы 1 мг мог сделать путь в 1 мм, необходима сила, равная для H — 32 500 кг, для Cl — 5 200 кг, значит для HCl — 37 700 кг. — Если бы эти цифры были даже безусловно правильны, то они нисколько не опровергали бы вышесказанного. Но само это вычисление содержит в себе еще неизбежные в учении об электричестве гипотетические факторы и поэтому нуждается в опытной проверке. Последняя, кажется, возможна. Во-первых, эти «колоссальные силы» должны снова появиться в качестве определенного количества теплоты там, где они употреблены, то есть в вышеуказанном случае — в цепи. Во-вторых, потребленная ими энергия должна быть меньше энергии, произведенной химическими процессами цепи, и притом на определенную величину. В-третьих, эта величина должна быть потреблена в остальной части сомкнутой цепи, и она может быть там тоже установлена количественным образом. Вышеуказанные вычисления Кольрауша можно будет считать окончательными только после такой опытной проверки. Еще легче, кажется, произвести эту проверку в электричсской ванне.
- ↑ [Подчеркнуто Энгельсом.]
- ↑ [Этот абзац первоначально в рукописи предшествовал абзацу, помещенному на стр. 235: «может быть, скажут, что...» но впоследствии был перенесен сюда.]
- ↑ [Подчеркнуто Энгельсом J
- ↑ Заметим раз навсегда, что Видеман употребляет повсюду старые химические значения эквивалентов и пишет: HO, ZnCI и т. д. У меня же повсюду даны современные атомные веса, так что я пишу: H2O, ZnCI2 и т. д.
- ↑ [Следовавшее первоначально в рукописи продолжение зачеркнуто Энгельсом и заменено новой формулировкой на правой половине страницы. Затем эта вторая формулировка также была зачеркнута, и над первой было наклеено приведенное теперь (следовательно третья формулировка) продолжение. Ниже мы даем вторую формулировку: <[.?.] будет указан третий процесс, а именно соединение SO с водой H2O и образование серной кислоты H2SO4. Как бы ни было правильно это различие для известных целей, оно все же не оказывает большого влияния на превращение энергии в ванне. Количество энергии, которое должен доставить ток, чтобы отделить Na от SO4, уменьшается на часть освобожденной при соединении Na2 с 2H2O энергии. Это количество энергии затем уменьшается, по крайней мере, на часть освобождающейся при другом происходящем в цепи химическом процессе соединения SO3 с H2O и образования серной кислоты H2SO4 энергии. Та часть освобождающейся энергии, которая не служит для облегчения работы тока, в цепи сама превращается в теплоту. Имеющая быть доставленной … >|.
- ↑ [На полях приписка карандашом вероятно рук Arons`a: «Если пред- полагается, что 1 Daniell= 100»
- ↑ [Подчеркнуто Энгельсом.]
- ↑ [Процесс совершения — Прим. Ред]
- ↑ [Взятые в скобки слова добавлены Энгельсом]
- ↑ В дальнейшем повсюду сила тока элемента Даниеля принимается = 100.
- ↑ Столб из чистейшей, употребленной Кольраушем воды, длиной в 1 мм оказал такое же сопротивление, какое представляла бы медная проволока той же толщины, длиной приблизительно в размер лунной орбиты. Naumann, Allg.Chemie, p.729 [180]
- ↑ [Энгельс ошибочно пишет: стр 796.]