Это и происходит в нашем опыте. По обе стороны поверхности соприкосновения двух металлов возникает разность электрических потенциалов (электрическое напряжение), которая называется контактной разностью потенциалов, или гальвани-потенциалом.
Отчего она подергивалась?
Наличие гальвани-потенциала можно установить с помощью простого опыта. На стержне электроскопа укрепляют металлический диск, затем тонкую изолирующую прокладку и второй диск из другого металла, снабженный ручкой. Диски соединяют между собой проволочкой, например из первого металла. Составленный из двух дисков конденсатор заряжается до величины контактной разности потенциалов. Заряд сохраняется в конденсаторе и после того, как проволочку убирают. Однако контактная разность потенциалов очень мала, поэтому листочки электроскопа заметно не разойдутся.
А если поднять за ручку верхний диск? Расстояние между дисками увеличится, емкость конденсатора уменьшится. При неизменном заряде это повлечет за собой увеличение напряжения между обкладками. Листочки электроскопа разойдутся. Сейчас доказано, что в подобном опыте действует много необычных факторов. Истинную величину контактной разности потенциалов измерить невозможно — ее пока не умеют и вычислить.
Похоже, что наш рассказ, которому вполне подошло бы заглавие «Тайна лягушачьей лапки», подходит к концу. Мы не только подтвердили тот факт, что в месте соединения двух металлов возникает электрическое напряжение, но и объяснили, почему так получается. Пришлось немного погрузиться в глубины физики твердого тела, но, как говорил А. Эйнштейн: «Мы хотим не только знать, как устроена природа (и как происходят природные явления), но по возможности достичь цели, может быть, утопической и дерзкой на вид,— узнать, почему природа является именно такой, а не другой. В этом ученые находят наивысшее удовлетворение. В этом состоит и прометеевский элемент научного творчества».
Значит, Вольта оказался прав, а Гальвани — нет? Что ж, конец истории? Нет, не станем торопиться. Для того чтобы произошло какое-то событие (в том числе и подергивание лягушачьей лапки), необходимо затратить хоть ничтожное, но все же конечное количество энергии. В электрических цепях энергия пропорциональна произведению величины напряжения на силу тока. Следовательно, одного напряжения недостаточно, нужно еще, чтобы в цепи протекал ток.
Составьте последовательную электрическую цепь из металла А, металла Б и какого-нибудь проводника В. Пусть металл А имеет электрохимический потенциал а, металл Б — электрохимический потенциал б, проводник В — электрохимический потенциал в. Проводник В — совсем не обязательно металл, поскольку электрохимическим потенциалом обладает любое вещество.
Посчитайте теперь сумму гальвани-потенциалов. На границе между металлами Л и £ он равен а минус б. Пойдем дальше вдоль последовательной цепи. На границе между Б и В гальвани-потенциал равен б минус в и на границе между В и А он равен в минус а. А в сумме? В сумме нуль. Такой же результат получится, сколько бы проводников вы ни брали и какие бы сложные разветвленные цепи из них ни составляли.
Величина электрохимического потенциала не зависит от того, что происходит с веществом. Она зависит от распределения энергетических уровней, т. е. в конечном итоге от структуры атома. Если бы разность электрохимических потенциалов могла служить причиной протекания тока, такой ток протекал бы всегда и получился бы вечный двигатель. Нет, не контактная разность потенциалов была причиной подергивания лягушачьей лайки в опытах Гальвани! Понадобилось еще что-то. И поскольку ничего, кроме лапки, медного крюка и железных перил, в опыте не было, это «еще что-то» должно таиться в самой лягушачьей лапке.
Жидкости
Мы потратили много времени на изучение физических законов, обидно те верь использовать приобретенные знания только на разбирательство спора Гальвани с Вольта. Посмотрим, как в свете наших знаний выглядят жидкости.
Всякая жидкость — сложное электромагнитное поле, в которое то здесь, то там вкраплены атомные ядра и электроны. Чем отличаются жидкости от кристаллов? Отличий два. Первое состоит в том, что жидкости не обладают периодической и вообще никакой постоянной структурой. Структура жидкости зависит от многих причин, в том числе от формы еосуда, куда жидкость налита. Второе отличие в том, что электроны в жидкости не являются общими, а в той или иной степени связаны с атомами и молекулами, правда, не обязательно со своими.
Среди прочих жидкостей для нас интереснее всего растворы, т. е. когда молекулы какого-нибудь вещества перемешаны с молекулами воды. Для водных растворов весьма характерно явление диссоциации, когда некоторые молекулы растворенного вещества распадаются на отдельные части — ионы. Ион — это осколок молекулы, заряженный положительно или отрицательно. Например, молекула поваренной соли NaCl распадается (диссоциирует) в растворе на положительно заряженный ион Na+ и отрицательно заряженный ион С1~.
