История свечи. Гореть, чтобы жить

По-моему, это прекрасная иллюстрация теории пламени. Во-первых, вот блюдо; заметьте, что если играть в эту игру по всем правилам, надо заранее хорошенько прогреть блюдо. Изюм тоже должен быть прогрет, а также и бренди (которого, впрочем, у меня здесь нет). Наливая спирт на блюдо, вы получаете чашечку и горючее те необходимые условия, о которых у нас шла речь, а разве изюминки не играют роль фитилей? Вот я бросаю изюм на блюдо, зажигаю спирт, и вы видите прекрасные язычки пламени, о которых я говорил. Эти язычки образуются вследствие того, что воздух струится, как бы вползает в блюдо через его края. Почему же так получается? Потому, что сила тяги и неравномерность действия пламени не дают воздуху течь вверх равномерным потоком. Он вторгается в блюдо так неравномерно, что пламя, которое при других условиях имело бы единообразную форму, оказывается разбитым на многочисленные отдельные язычки, каждый из которых существует независимо от других. Право, можно сказать, что здесь перед вами множество независимых свечек.

Но, видя одновременно все эти язычки, не думайте, будто пламени свойственна именно эта форма. В действительности в каждый данный момент это пламя не имеет такой формы. Сильное пламя, какое вы только что видели на комке ваты, смоченной спиртом, никогда не имеет той формы, в которой вы его воспринимаете. Дело в том, что оно состоит из множества различных форм, сменяющих друг друга с такой быстротой, что глаз способен воспринять их только слитно.

Некоторое время назад я задался целью разобраться в строении такого пламени – и вот вам схема, показывающая его составные части. Они существуют не одновременно, но кажутся нам одновременными потому, что мы видим весьма быструю смену этих форм.

Пора кончать лекцию. Как жаль, что приходится оборвать ее на игре в изюм, но задерживать вас я ни в коем случае не могу. Это мне будет уроком строже придерживаться теоретической стороны дела и не тратить так много вашего времени на показ опытов.

Лекция II Свеча. Яркость пламени. Для горения необходим воздух. Образование воды

На прошлой лекции мы рассмотрели общие свойства и расположение жидкой части свечи, а также и то, каким образом эта жидкость попадает туда, где происходит горение. Вы убедились, что когда свеча хорошо горит в спокойном воздухе, пламя всегда имеет форму вытянутого вверх язычка, т. е. форму более или менее постоянную и притом очень интересную. А теперь я обращу ваше внимание на то, какими средствами мы можем выяснить, что происходит в той или иной части пламени, почему это происходит, какое действие оно при этом оказывает и, наконец, куда девается вся свеча; ведь вы же прекрасно знаете, что зажженная свеча (если она хорошо горит) на наших глазах, сгорая, исчезает целиком, не оставляя в подсвечнике никаких следов, а это весьма любопытное обстоятельство. Чтобы тщательно исследовать свечу, я собрал несколько приборов, с применением которых вы познакомитесь по ходу лекции. Вот свеча; кончик этой стеклянной трубки я сейчас помещу в середину пламени, т. е. в ту часть его, которая на рисунке старины Гукера изображена сравнительно темной и которую вы всегда можете увидеть, если внимательно посмотрите на пламя (и при этом не будете колыхать его своим дыханием). Эту темную часть мы исследуем прежде всего.

Вот я беру ту согнутую стеклянную трубку, ввожу один конец ее в темную часть пламени, и вы сразу видите, как нечто, находившееся в пламени, входит в трубку и выходит из нее с другого конца. Если я введу другой конец трубки на некоторое время в колбу, вы увидите, как это нечто постепенно высасывается из средней части пламени, проходя через трубку в колбу, и там ведет себя совершенно иначе, чем на открытом воздухе. Оно не только выходит из конца трубки, но падает на дно колбы, как тяжелое вещество. И действительно, оказывается, что это не газ, а воск свечи, перешедший в парообразное состояние. Запомните разницу между газом и парами: газ остается газом, а пары – это нечто такое, что конденсируется [13] .

13

Во времена Фарадея считалось, что не все газы могут быть сконденсированы (примеч. ред.).

Кончик стеклянной трубки помещен в середину пламени свечи

Когда вы задуваете свечу, вы ощущаете противный запах, получающийся от конденсации этих паров. Они сильно отличаются от того, что находится вне пламени, и чтобы вам это стало яснее, я собираюсь получить большее количество таких паров и поджечь их: ведь чтобы до конца изучить то, что есть в нашей свече в небольшом количестве, и иметь возможность исследовать его составные части, мы, как настоящие исследователи, должны научиться добывать его и в более значительных количествах. Теперь мистер Андерсон [14] даст мне горелку, и я покажу вам, что собой представляют эти пары.

14

Ассистент Фарадея (примеч. ред.).

Вот в этой склянке я нагрею воск, чтобы он стал таким же горячим, как внутренность пламени этой свечи и вещество, окружающее фитиль. (Лектор кладет в склянку немного воска и нагревает его над горелкой.) Теперь, пожалуй, колба нагрета достаточно. Вы видите, что воск, который я туда положил, стал жидким и от него идет дымок. Сейчас будут подниматься пары. Продолжаю нагревание; теперь паров получается больше, вот я даже могу перелить пары из колбы в эту чашку и там их поджечь. Стало быть, это в точности те же пары, как в середине пламени свечи. Чтобы вы могли убедиться, что это действительно так, давайте выясним, не собраны ли у нас вот в этой колбе настоящие горючие пары из середины пламени свечи. (Лектор берет колбу, в которую была проведена трубка от свечи, и вводит в нее зажженную лучинку.) Видите, как эти пары горят? Итак, это у нас пары из середины пламени свечи, возникшие благодаря его собственному жару. Это один из первых фактов, которые вы должны продумать в связи с продвижением воска в процессе его горения и с теми переменами, которым он подвергается.

Помещение кончика трубки в середину пламени. Пары проходят сквозь трубку к ее другому концу, где зажигается настоящее пламя свечи

Сейчас я осторожно помещу в пламя кончик другой трубки. Действуя очень осторожно, нам удастся добиться того, чтобы эти пары проходили сквозь трубку к ее другому концу, где мы их зажжем и получим настоящее пламя свечи на некотором расстоянии от нее самой. Ну вот, поглядите. Разве это не изящный опыт? Вы слышали о газопроводах, а тут мы устроили настоящий «свечепровод». На этом опыте вы видите, что есть два четко различимых процесса: один это возникновение паров, а другой это их сгорание, и каждый из этих процессов происходит в разных частях свечи.

Из того участка, где сгорание уже осуществилось, мне не удается получить пары. Я передвину кончик трубки в верхнюю часть пламени, и как только из трубки уйдут находившиеся в ней пары, она будет выводить из пламени нечто такое, что уже не будет горючим: оно уже сгорело. Каким образом сгорело?

А вот как. В середине пламени вокруг фитиля имеются горючие пары; пламя окружено воздухом, который, как мы увидим, необходим для горения свечи, и между ними происходит интенсивное химическое взаимодействие, при котором воздух и горючее воздействуют друг на друга, и в то самое время, как получается свет, разрушаются пары, находившиеся внутри пламени. Если вы станете выяснять, где находится самое горячее место в пламени, вы узнаете, что оно расположено очень любопытно. Вот я ввожу лист бумаги прямо в пламя, где самое горячее место? Вам видно, что не внутри. Оно расположено кольцом, как раз там, где, как я вам сказал, происходит химическая реакция; даже если ставить опыт так грубо, всегда получается кольцо (если только пламя не слишком будет колебаться от движения воздуха). Этот опыт каждый может легко повторить у себя дома. Возьмите полоску бумаги, выберите комнату, где нет сквозняка, и поместите полоску прямо в середину пламени. Вы увидите, что бумага прогорит в двух местах, а в середине только слегка будет тронута огнем. Когда вы раз-другой удачно проделаете этот опыт, вы легко определите, где наиболее горячая часть пламени; вы сами убедитесь в том, что она там, где встречаются воздух и топливо.

Это в высшей степени важно для того, чтобы вы могли разобраться в дальнейшем. Воздух совершенно необходим для горения; мало того: вы должны понять, что необходим свежий воздух, иначе наши рассуждения и наши опыты не дадут правильного результата. Вот банка, в ней воздух; я опрокидываю банку и накрываю ею свечу; сперва свеча под банкой горит вполне благополучно и тем самым доказывает справедливость того, что я только что сказал. Однако скоро наступит перемена. Вот смотрите, как пламя вытягивается вверх, затем меркнет и наконец гаснет. А почему же оно гаснет? Не потому, что ему нужен просто воздух ведь банка и сейчас так же полна воздуха, как вначале, а потому, что пламя нуждается в чистом, свежем воздухе. Банка полна воздуха, частично измененного, частично не измененного; но в ней недостаточно того свежего воздуха, который необходим для горения свечи. Все эти факты, которые вам, юным химикам, надо собирать и сопоставлять. Обдумав их, мы сможем сделать дальнейшие шаги, которые приведут нас к интересным результатам.

Вот, например, масляная лампа, которую я вам уже показывал. Это старинная лампа Аргана [15] , очень удобная для наших опытов. Сейчас я увеличу ее сходство со свечой. (Лектор закрывает отверстие в середине фитиля, через которое воздух проникает внутрь пламени.) Вот фитиль; вот масло, которое по нему поднимается; а вот и пламя конусообразной формы. Оно плохо горит, потому что доступ воздуха уменьшен. Я ограничил доступ воздуха к пламени только его внешней стороной, и вот пламя заметно уменьшилось. Снаружи я не могу увеличить доступ воздуха, потому что фитиль и так большой; но если (как это хитроумно устроил Арган) я открою для воздуха проход в середину пламени, вы увидите, насколько лучше и светлее станет гореть лампа. Если же прекратить доступ воздуха, смотрите, как лампа коптит, а почему?

15

В масляной лампе, изобретенной швейцарским химиком Э. Арганом, фитиль имеет вид цилиндра, так что воздух поступает внутрь пламени (примеч. ред.).

Теперь у нас накопилось несколько очень интересных фактов, в которых надо разобраться: во-первых, горение свечи; во-вторых, ее угасание от недостатка воздуха; в-третьих, теперь к этому прибавилось неполное сгорание, а оно для нас настолько интересно, что я хочу, чтобы вы в нем разобрались так же досконально, как и в том случае, когда свеча горит наилучшим образом. Теперь я устрою большое пламя, так как нам нужны иллюстрации как можно более крупные. Вот фитиль большого размера. (Лектор зажигает комок ваты, пропитанный скипидаром.) В конечном счете все это та же свеча. Если у нас фитили крупнее, то и снабжение воздухом должно быть больше, иначе сгорание будет менее совершенным. Вот смотрите, как от этого пламени в воздух летят хлопья горючего вещества. Чтобы эта не полностью сгоревшая часть не причиняла вам неудобства, я устроил вытяжную трубу, куда она и уносится. Посмотрите на сажу, летящую от пламени. До чего здесь неполное сгорание ведь у нас пламя не получает достаточного воздуха. Так что же тут происходит? Дело в том, что отсутствует нечто, необходимое для горения свечи, и это приводит к очень плохим результатам. А что происходит со свечой, когда она горит в чистом воздухе, мы уже видели. Когда я вам показывал одну сторону бумажки, обожженную кольцом пламени, я мог бы, перевернув этот листок, показать вам, что от горения свечи получается такая же сажа, то есть уголь, или, иначе говоря, углерод.