.
..И поставили ковчег Божий на новую колесницу... и
повезли ее с ковчегом Божиим... И когда дошли до
гумна Нахонова, Оза простер руку свою к ковчегу
Божию и взялся за него; ибо волы наклонили его. Но
Господь прогневался на Озу; и поразил его Бог там же
за дерзновение, и умер он там у ковчега Божия.
2-я книга Царств, 6:3-7
Тут речь идет явно о нарушении техники безопасности. Причем не только один Оза Аминадавович (который был для ковчега «своим» человеком) пострадал вследствие неосторожности: когда нехорошие филистимляне захватили этот ковчег и доставили его в город Вефсамис, «...поразил Он жителей Вефсамиса за то, что они заглядывали в ковчег Господа, и убил из народа пятьдесят тысяч семьдесят человек».
Неслучайно в Ветхом завете даны четкие рекомендации по обращению с ковчегом, по устройству двора скинии — шатра над ковчегом, по ограничению числа «посвященных», имеющих право входить в скинию: «...Все столбы вокруг двора должны быть соединены связями из серебра; крючки у них из серебра, а подножия к ним из меди... Вина и крепких напитков не пейте... когда входите в скинию собрания, чтобы не умереть». Причем на посвященном должны быть «только льняные одежды, одежды священные»; запрещено носить одежды из разных веществ, например шерсти и льна.
Все это очень напоминает инструкции по технике безопасности для современных электромонтеров, а внезапная кончина Озы очень похожа на поражение электрическим разрядом. Действительно, серебряные провода и «подножия к ним из меди», напоминают заземление, а запрет на одежды разного сорта обусловлен тем, что трение различных материалов друг о друга приводит к электризации. Известен так называемый трибоэлектрический ряд веществ (ряд Фарадея), в котором предыдущее тело электризуется положительно, а последующее — отрицательно: (+) мех, фланель, слоновая кость, перья, горный хрусталь, флинтглас, бумажная ткань, шелк, дерево, металлы, сера (-). А вот современный ряд (по Лемике), учитывающий и вещества, которые были неизвестны Фарадею:
положительный конец ряда - стекло, человеческий волос, нейлон, шерсть, шелк, вискоза, хлопок, бумага, лубяное волокно, сталь, эбонит, ацетатный шелк, синтетическая резина, дакрон, орлон, саран, полиэтилен -
отрицательный конец ряда. Вообще, при трении двух диэлектриков положительно заряжается диэлектрик с большей диэлектрической проницаемостью
ε.
С электризацией трением человек встречается в повседневном быту. Если провести по волосам пластмассовой расческой, то она зарядится отрицательно, а волосы - положительно (в том, что расческа заряжена, легко убедиться, поднеся ее к струйке воды, текущей из крана). Если потереть резиновой палочкой о кошачью шерсть (да не обидится кошка), то палочка зарядится отрицательно. Если в темноте быстро стащить с себя или с приятеля современную синтетическую одежду, можно наблюдать сполохи микромолний.
Уверенно и контролируемо можно разделять заряды при помощи так называемых электростатических генераторов.
Рис. 1
Вот как описана электрическая машина в учебнике физики столетней давности (рис.1). Главная часть этой машины - вращающийся стеклянный круг
1. В лаборатории он приводится в движение при помощи специальной ручки, а в качестве элемента колеса телеги — силой тяги волов, вот почему электрическая машина изображена на рисунке в упряжке. К стеклянному кругу прижимаются деревянные дощечки (подушки)
2, покрытые амальгамированной кожей. Вследствие трения круга о подушки, стекло электризуется положительно, а кожа — отрицательно. Положительный заряд круга, перемещаясь при вращении к гребенкам (раздвоенный металлический стержень с остриями, направленными к кругу)
3, индуцирует в них отрицательный заряд, стекающий на стекло и нейтрализующий его. В результате металлизированное тело («ковчег»)
4, соединенное проводником с гребенками, все более и более заряжается положительно, а электроны с подушек стекают в землю по металлической цепочке
5, влачащейся за колесом. На рисунке стрелками показаны направления тока
I (или
υ+) и скорости
υ- перемещения электронов (они противоположны друг другу). Через некоторое время после начала работы машины будет достигнута наибольшая разность потенциалов между ковчегом и землей, и накопление заряда уравновесится его потерями в атмосферу. Теперь, если замкнуть ковчег и землю каким-либо проводником (например, телом Озы), через него пройдет электрический разряд.
Чтобы провести численные оценки, выпишем прежде всего некоторые данные о ковчеге: «Сделай ковчег из дерева ситтим; длина ему два локтя с половиною, и ширина ему полтора локтя... И обложи его чистым золотом; изнутри и снаружи покрой его ...Сделай также крышку из чистого золота... И положи крышку на ковчег сверху».
Итак, это был ящик с хорошо проводящими стенками, и в нем «...ничего не было, кроме двух каменных скрижалей, которые положил туда Моисей...» (3-я книга Царств, 8:9). Для простоты заменим ящик телом, у которого только один характерный размер - радиус
R, т.е. шаром. Оценим этот радиус из условия одинаковости объемов:
43πR3=2,5⋅1,5⋅1,5=5,6 43πR3=2,5⋅1,5⋅1,5=5,6кубических локтей
(вообразите себе «кубический локоть»!), откуда
R ≈ 1,1 локтя ≈ 0,5 м .
Далее, если заряд этого шара равен
q, то напряженность электрического поля на его поверхности равна E=q4πε0R2 E=q4πε0R2. Она не должна превосходить предельной величины для сухого воздуха
E* = 3·106 В/м , откуда для предельного заряда шара получаем
q∗=4πε0R2E∗≈0,259⋅109⋅3⋅106 q∗=4πε0R2E∗≈0,259⋅109⋅3⋅106Кл ≈ 8·10-5 Кл,
а для его поверхностной плотности -
σ∗=ε0E∗ σ∗=ε0E∗≈ 3·10-5 Кл/м2.
Конечно, у ящика-параллелепипеда есть грани и углы, где радиусы кривизны меньше, чем принятое нами значение
R, и где, следовательно, напряженность поля будет больше, что приведет к локальной утечке заряда в воздух и уменьшению значения электрического заряда на ковчеге. Однако, Писание не сообщает деталей конструкции ковчега. Во всяком случае, видно, что при высоте ковчега над поверхностью земли порядка 1—2 м разность потенциалов между ним и землей может достигать не одну тысячу вольт, что гораздо больше напряжения, необходимого для работы различных электробытовых приборов.
Рис. 2
К настоящему времени созданы более совершенные устройства для разделения зарядов путем трения. Так, во многих физических кабинетах школ и институтов имеются электрофорные машины. Нечто подобное можно сделать и самостоятельно. Например, на рисунке 2 изображен самодельный электростатический генератор с граммофонной пластинкой, приводимой во вращение ручкой (очевидно, что можно взять любую круглую пластинку из диэлектрика). Только здесь возникающую разность потенциалов предлагается подавать на внутреннюю и внешнюю обкладки стеклянной банки (простейший конденсатор). И вместо трагедии Озы можно будет наблюдать искру в воздухе.
Для серьезных научных исследований (например, для ускорения элементарных частиц) используются электростатические генераторы Ван-де-Граафа, в которых заряды переносятся к шару-накопителю движущейся замкнутой лентой. Подобные электростатические генераторы позволили достичь напряжений до 20 мегавольт при скорости перемещения зарядов
υ ~ 10 м/с . А поверхностная плотность зарядов ограничена величиной
σ ≈ (3 - 4)·10-5 Кл/м2, как мы и получили выше. Значит, возникающий ток равен (при ширине ленты
b ~ 1 м )
I=σbυ I=σbυ≈ (3 - 4)·10-5 Кл/м2 · 1 м · 10 м/с ≤ 10-3 А .
В заключение, в порядке покаяния за вольное (может быть, кощунственное) обращение к древним свидетельствам, приведем слова одного философа: «Наука похожа на детективный рассказ. Все факты подтверждают определенную гипотезу, но правильной оказывается, в конце концов, совершенно другая гипотеза».
