Если, походив по ковру, вы зарядитесь отрицательно, то есть у вас появится избыток электронов, они перетекут с пальца на пленку, и там вокруг искры появится круглое пятно отрицательных зарядов (можно будет разглядеть и протянувшиеся от него тонкие радиальные линии). Если же вы зарядитесь положительным зарядом и у вас образуется недостаток электронов, электроны будут вырываться с поверхности пленки и устремятся по разветвленным линиям к искре, а оттуда перетекут на ваш палец. Разветвленные линии при этом останутся положительно заряженными. Так что, если на порошке, которым покрыта пленка, образуется отрицательно заряженное круглое пятно, значит, вы зарядились отрицательным зарядом. А если на нем видны положительно заряженные разветвленные линии, значит, вы зарядились положительным зарядом. У некоторых людей, ставших жертвами молнии, на коже тоже обнаруживался узор из разветвленных линий, выжженных молнией.

Некоторые магазины, торгующие научными сувенирами, продают небольшие плексигласовые цилиндрики или кубики, внутри которых выжжены разветвленные узоры. Чтобы получить такой узор, кусочек плексигласа (оргстекла) протягивается через пучок электронов в электронном ускорителе (установка, в которой электроны ускоряются электрическим полем до очень больших скоростей). Электроны останавливаются внутри плексигласа и оказываются в ловушке. После этого кусок плексигласа быстро ставится на заземленную подложку, а к противоположной стороне образца прикасаются заземленным остроконечным проводником. Из-за высокой концентрации электронов внутри образца возникает сильное электрическое поле, особенно в месте его касания заостренным проводником, и там проскакивает искра. Высокая температура, возникающая при прохождении искры, приводит к тому, что плексиглас по ее траектории обугливается и, следовательно, становится проводящим. Поэтому электрическое поле распространяется от этой токопроводящей линии внутрь кубика. И от новых мест концентрации электрического поля тоже побегут искры и прожгут новые токопроводящие пути, и так будет продолжаться до тех пор, пока электроны, закачанные в плексиглас на ускорителе, не уйдут в заземленный заостренный проводник. Все эти прожженные в плексигласе линии образуют внутри кубика видимую разветвленную древоподобную структуру.

[60]

Поставьте такой эксперимент: вдвоем с другом проведите четверть часа в темноте — дома, забравшись в шкаф, или безлунной ночью на улице. И после этого попросите друга пожевать пастилку «лайфсейвер» (она производится в виде спасательного круга и пропитана винтергриновым маслом), держа при этом рот раскрытым, чтобы вы могли разглядеть, что происходит у него во рту. Почему поначалу при каждом укусе во рту у него возникает слабое голубое свечение и почему позже, сколько бы они ни жевал, свечение не появляется? (Если не хочется жевать конфетку, можно сжимать ее плоскогубцами, пока не треснет.)

Почему жидкий напиток тоник имеет слабый голубоватый оттенок?

ОТВЕТ • Всякий раз, когда вы раскусываете кристаллик мятного сахара, образовавшиеся более мелкие кусочки приобретают заряды противоположного знака. Предположим, кристаллик раскололся на два кусочка — А и Б, причем А зарядился отрицательным зарядом, а Б — положительным (рис. 5.3). Некоторые электроны с куска А будут перетекать через зазор и оседать на кусочке Б. Поскольку воздух попадет в этот зазор, электронам придется двигаться через воздух. Там они будут сталкиваться с молекулами азота, передавать им энергию и возбуждать их. Когда молекулы будут возвращаться в основное — невозбужденное — состояние, они будут испускать свет в ультрафиолетовом диапазоне, и его вы увидеть не сможете. Однако молекулы винтергринового масла, расположенные на поверхностях кусочков пастилки, поглощают ультрафиолетовые лучи и при этом испускают голубой свет, который уже можно увидеть. Это как раз то свечение, которое вы наблюдаете во рту вашего друга. Процесс поглощения света в одном диапазоне длин волн (в данном случае — ультрафиолетовом) и испускание света в более длинноволновом диапазоне (в данном случае — голубого света) называется флуоресценцией.

Рис. 5.3 / Задача 5.19. Два кусочка пастилки «лайфсервер» с винтергриновым маслом в момент их отрыва друг от друга. Электроны перетекают с отрицательно заряженной поверхности кусочка А на положительно заряженную поверхность кусочка Б и по дороге в воздухе сталкиваются с молекулами азота.

Хинин, содержащийся в тонике, в этом смысле похож на винтергриновое масло: он поглощает ультрафиолет и испускает голубой свет, в результате чего тоник приобретает голубоватый оттенок. Это свечение становится заметнее, если в темной комнате тоник поднести к флуоресцентной лампе. Тогда хинин превратит часть ультрафиолетового излучения лампы в голубой свет. Этот эффект станет менее заметным, если освещать тоник через пластик или стекло, например через стенки бутылки для тоника, поскольку и пластик, и особенно стекло поглощают ультрафиолет. Эффект покажется сильнее, если облучать тоник черной (ультрафиолетовой) лампой — в этом случае видимое излучение самой лампы не будет мешать наблюдениям.

По сообщениям очевидцев, иногда при землетрясениях ночное небо окрашивалось в красный цвет, а порой в тех местах видели светящиеся пятна на земле или движущиеся в воздухе светящиеся объекты. Что вызывает эти свечения, которые называются огнями землетрясений?

ОТВЕТ • Существование огней землетрясений остается под вопросом, несмотря на сотни сообщений на эту тему и множество достоверных фотографий. Огни могут быть разных видов и иметь разное происхождение. Вот два из множества объяснений происхождения этих огней.

1. Если при подземных толчках в скалах создается давление, достаточное для того, чтобы их расколоть, а потом и разрушить, то при этом образуется пыль, газ и свободные электроны. Вероятно, электроны ионизуют молекулы газа, и они испускают свет.

2. При землетрясении движение слоев земли высвобождает воспламеняющиеся газы, до этого находившиеся под землей, а когда эти газы воспламеняются (вероятно, искрой, проскакивающей между заряженными поверхностями или частицами), возникает свечение.

Почему иногда над верхушками мачт кораблей или другими остроконечными предметами образуются электрические искры? Эти искры называют огнями святого Эльма или короной. Почему над далекими пиками Анд можно увидеть, правда, очень редко, какое-то свечение?

ОТВЕТ • Огни святого Эльма образуются из-за пробоя воздушного слоя вблизи очень острых проводящих предметов вроде мачт кораблей, антенн или крыльев самолета. Когда электрическое поле в воздухе превышает свое нормальное значение (например, перед грозой), оно становится особенно большим на концах проводящих предметов, где могут концентрироваться заряды. Если напряженность поля в воздухе вблизи кончика проводника превысит некое критическое значение, поле может выбить электроны из молекул воздуха и разогнать их до больших скоростей. Когда эти электроны сталкиваются с молекулами воздуха, они возбуждают молекулы, а когда в конце концов молекулы возвращаются в основное — невозбужденное — состояние, они излучают свет, который и могут увидеть окружающие. При протекании тока через воздух выделяется энергия, температура воздуха повышается, воздух расширяется и это, возможно, приводит к тому, что при разряде иногда можно услышать потрескивание. Считается, что огни святого Эльма сами по себе опасности не представляют, но сигнализируют о приближении грозы.