Весть об улучшении здоровья мисс Берк, — до исцеления было далеко, — широко разнеслась кругом. Слухи о целительном электрическом колесе проникли и в другие долины.
Соседи стали другими глазами смотреть на Хюга и его затеи. Любопытно было видеть, как «делают молнию», но лечебные свойства вращающейся стеклянной машины были чем-то более осязательными. К Хюгу стали приходить со всех концов долины больные с просьбой вылечить их от всевозможных болезней, начиная с больного пальца и зубной боли и кончая болезнью сердца.
По совету мисс Фергюсон, Хюг отвечал всем, что он сделал попытку помочь мисс Берк потому, что д-р Камерон сказал, что ей электричество поможет, и что без разрешения доктора он никогда не будет употреблять машину для лечения. Этот ответ никого не обижал, люди находили, что мальчик вполне прав.
Срок пребывания мисс Фергюсон в доме миссис Берк приближался к концу. Учительница должна была переехать к Айртонам, но Берли Сесиль вмешался и предложил ей свое гостеприимство.
Если бы мисс Фергюсон отказалась жить у Айртонов, это была бы очень серьезная обида, и девушка откровенно созналась, что не знает, как отделаться от приглашения. Берк взялся уладить это щекотливое дело. При встрече с Айртоном он сказал:
— Ты слышал, что жене моей лучше?
— Да, слышал толки об этом. Это от стеклянной штуки мальчика Сесиля?
— Да, ну, так вот, моя жена собирается продолжать лечиться электричеством еще некоторое время; как женщина, она думает, что должна присутствовать еще одна женщина, а не только мальчик, миссис Сесиль, ты знаешь, не слишком-то умна. Так если бы учительница жила этот месяц у Сесиля, моей жене было бы легче туда ездить.
Айртон прямо посмотрел на него.
— Ты хочешь сказать, Берк, что девушка не хочет переехать сюда. Говори прямо! Что же она думает, что я не сумею поддержать порядка в своем доме? Или дом мой не достаточно хорош для нее?
Винокур не боялся Айртона. Он также прямо взглянул на него. — Если б я это хотел сказать, — ответил он, — я бы не особенно старался выбирать слова. Ты не скажешь, что я боюсь говорить то. что думаю? Но если ты сам это говоришь, я не буду отрицать, что по-моему, чем меньше иметь дело с твоими сыновьям, Сэнди Айртон, тем лучше! Но я не за этим пришел. Я говорю о том, где будет жить учительница и передаю тебе желание женщины, и притом больной женщины.
Айртон кусал свою бороду и, повидимому, был недоволен. Он понимал, что Берк, взывая к его рыцарскому чувству, поставил вопрос так, что он не мог не согласиться Но он знал также, что соседи истолкуют это иначе, и его гордость была уязвлена.
— Будь по-твоему, Уот Берк, — сказал он наконец. — Но я считаю это не по-дружески с твоей стороны.
— Считай как хочешь, а я благодарю тебя за мою жену.
На следующий же день мисс Фергюсон переехала к Сесилям. Квартира была не очень хороша, единственным местом, где она могла спать, была пристройка, где обычно спал Хюг. Но зато она могла не бояться младших Айртонов. А мальчик перетащил свой старенький тюфяк в шалаш, и там спал на полу. Как только учительница устроилась, она стала серьезно присматриваться к Хюгу и его стремлениям. Она видела, что он был наиболее многообещающим из всех ее учеников и верила, что он заслуживает лучшей будущности, чем обрабатывать свое маленькое поле в долине. Чтобы понять лучше мальчика, она прочла «Прадедушкину книгу» шаг за шагом познакомилась с механическими и электрическими опытами, которые он проделал.
— Больше всего я хотел бы знать, мисс Фергюсон, — сказал Хюг во время их первой долгой беседы, — есть ли способ скопить в чем-нибудь электричество, как патоку наливают в кувшин, или воду в банку. — Последнее слово привлекло внимание учительницы.
— Банка! Подожди, Хюг, дай мне подумать. Банка… «Лейденская банка». Да, это так называется. Я учила об этом в школе. Подожди, дай вспомнить.
В течение нескольких минут девушка старалась напрячь свою память, собрать клочки воспоминаний о том, что она когда-то слышала на уроках физики.
— Я мало помню, Хюг, — сказала она, — но кое-что мне пришло в голову. Да, электричество скопить можно. Много лет тому назад, вскоре после опытов ф. — Герикке, о которых ты читал в «Прадедушкиной книге» — фон-Клейсту, декану собора в Померании, пришло в голову наэлектризовать жидкие тела. Он попробовал сделать это с водой.
Он устроил машину вроде твоей, Хюг, только вместо стеклянного круга приспособил серный шарик, и так добыл электричество. Потом он взял тонкую стеклянную банку, налил ее до половины водой, закупорил и через пробку пропустил в воду длинный гвоздь. Затем поднес шляпку гвоздя к проводнику машины, чтобы зарядить воду. Держа стеклянную банку в одной руке, он пальцами другой руки коснулся шляпки гвоздя и испытал острый электрический толчок. Это его испугало, так как он этого не ожидал, и он решил, что в банке черти. Больше он никогда этого не пробовал делать.
— Не попробовать ли нам? — перебил Хюг.
— Можешь, — ответила она. — Я думаю, что обыкновенная банка из под варенья может пригодиться. Пока ты за ней пойдешь, постараюсь вспомнить еще что-нибудь.
Опыт оказался совсем не трудным. Банка и гвоздь были сейчас же добыты, немного дольше было достать плотно пристающую пробку и пропустить через нее гвоздь.
Электрическая машина работала так, что можно было тут же зарядить воду, поднеся гвоздь к главному проводнику. Желая сделать все так. как ему было сказано, мальчик крепко взял банку в одну руку, и поднес палец другой руки к гвоздю. Он сейчас же испытал легкий электрический толчок, не такой, впрочем, сильный, чтобы напугать его, как Клейста. Хюг убедился также, что он мог унести заряженную банку на какое хотел расстояние от шалаша с тем же результатом. Это доказало ему, что некоторая часть электричества от машины сохранилась в банке.
Опыт мальчика был простым повторением исторического опыта фон-Клейста, проделанного им в 1745 г., повторенного и разработанного более детально в 1746 г. двумя профессорами Лейденского университета. Эти исследователи улучшили форму банки и нашли способ увеличить ее способность сохранять электрический заряд. Такой вид собирателя или конденсатора и теперь еще называется лейденской банкой.
Позднее Хюг узнал, что это изобретение, на основе которого устроены все современные конденсаторы, имеет громадное значение в беспроволочной передаче. В самом деле, радио никогда не могло-бы развиться без применения лейденской банки. Самые мощные современные передаточные радиостанции частично обязаны своим успехом опыту, проделанному померанским ученым около двух столетий назад.
Что же до Хюга, то его новое достижение привело его в состояние восторга, смешанного с самообвинением.
— Я болван, — решил он. — Этот старик понимал в электричестве не больше меня, и придумал эту штуку. Почему же я не мог сам додуматься до этого. Просто провести электричество в воду и оставить там, как сахар или соль.
— О нет, Хюг. Совсем не в этом дело. Соль растворяется в воде и остается там в растворенном виде, а электричество сохраняется благодаря, главным образом, стеклу. В современных лейденских банках нет воды.
Лейденская банка.
В нашем классе лейденская банка состояла из бутылки, пожалуй вроде твоей, но из гораздо более тонкого стекла. Она была покрыта на две трети оловянной фольгой и внутри и снаружи. Остальная часть стекла была покрыта лаком. Пробка была деревянная и через нее проходил медный стержень с шишечкой наверху. Конец стержня соединялся внутри бутылки с тремя медными пружинами.
Мальчик задумался на минуту.
— Зачем фольга?
— Она имеет отношение к собиранию электричества, но я не помню, какое именно.
— А пружинки?
— Чтобы медный стержень хорошо соединялся с внутренней фольгой. Но в другом классе была лейденская банка без пружинок. Медный стержень внутри был прикреплен к цепочке. Из-за тяжести цепочки стержень касался внутренней фольги в нескольких местах и таким образом был хорошо соединен.
— Как вы думаете, мисс Фергюсон, железный стержень мог бы заменить медный?
— Не вполне, но мог бы.
— Тогда я могу это устроить. Я отрежу от жестяной банки верхнюю часть, разрежу ее вдоль, подрежу кругом почти все дно и так его прилажу, чтобы оно пошло через горлышко стеклянной банки. Жесть я сверну в трубку уже стеклянной банки, чтобы она прошла через горло, а внутри она расправится и как раз пристанет к стенкам банки. Снаружи сделать легко. Нужно поставить стеклянную банку в жестяную, чуть пошире ее, чтобы плотно пристало.
— Ты очень изобретателен, Хюг. Но я боюсь, что между жестью и стеклом будет воздух, так как фольга приклеивается. А все же попробуй.
Работа была нелегкая, но Хюг с ней справился. Он даже приделал медную шишечку от кровати к гальванизированной проволоке, пропущенной сквозь деревянную пробку. К другому концу этой проволоки внутри банки он прикрепил несколько звеньев небольшой цепи. Она лежала на дне и соединялась со стенкой жестяной банки через ту полоску жести, которую мальчик оставил несрезанной.
Когда банка была таким образом сделана, Хюг соединил ее медную шишечку с «иголочками» своей электрической машины и держал так около десяти минут. Потом, крепко держа банку в левой руке, поднес к шишечке большой палец правой руки.
Хюг взял банку в руку и поднес палец другой руки к гвоздю.
Раздался такой крик, который наверное был слышен по всей долине. Банка упала и разбилась, а Хюг прыгал по шалашу, держась за свой локоть и стараясь в то же время растереть плечо.
— Ух! — воскликнул он, — как будто мул меня лягнул.
— У тебя что-нибудь повреждено? — с тревогой спросила учительница.
— Нет, но я как будто ошеломлен. — Он усмехнулся — правда в банке черти.
Но тут же решительно прибавил:
— Я сделаю сейчас же другую.
Это было не трудно, банок от варенья было много, потому что мать Хюга, как и все женщины в горах, варила каждую осень варенье из дикого винограда.
Что же до жести, стержня и пробки, так они были готовы, и их можно было приспособить к новой банке.
На этот раз Хюг не хотел принять на себя тол-чек, тем более, что учительница придумала, как еще увеличить заряд. По ее предложению, мальчик обернул вокруг наружной жестяной оболочки кусок проволоки, конец которой был свободен; этот конец не должен был быть близко от медной шишечки. Потом он зарядил внутреннюю жестяную банку отрицательно, приложив медную шишечку к отрицательному полюсу машины. Наружную оболочку он зарядил положительно, коснувшись концом проволоки положительного полюса машины.
Чтобы избежать толчка, Хюг сделал щипцы из двух сухих деревянных палочек, и внутри приклеил к ним кусочки стекла. Этими щипцами он взял проволоку, соединенную с наружной оболочкой, и близко поднес ее к медной шишечке. Искра почти в дюйм длины выскочила с треском и прорезала расстояние между концом проволоки и медной шишечкой.
— Ух! Вот это настоящая!
Глаза Хюга от восторга блестели так, что тоже были похожи на искры.
— Большая искра! Я не думала, что ты сможешь добыть такую большую, — согласилась учительница. — Вот видишь, Хюг, тебе удалось перелить электричество в банку, как патоку в кувшин.
Но это неправильное представление; правда, электричество как бы налилось из машины, но оно не осталось в банке в виде жидкой массы, как патока. Электричество скорее сила, чем вещь. И эта сила дала электрический толчок или ток от внутренней жестяной оболочки к внешней. Этот ток каким-то образом задерживается находящимся между оболочками стеклом. Я не умею хорошо объяснить тебе, многое мне самой неясно, но я постараюсь дать тебе хоть некоторое представление. Помнишь. Хюг, твои первые опыты с янтарным мундштуком и стеклянным стержнем, когда ты нашел, что предметы, заряженные одноименно отталкивают друг друга?
— Да, конечно.
— То же самое случилось в лейденской банке, только это не так легко заметить, как с пробковым шариком. Посмотрим, что тут произошло. Прежде всего, ты зарядил отрицательно внутреннюю оболочку, — там стало больше электричества, чем было раньше. Откуда же оно взялось? От отрицательного полюса машины, так что в противоположном положительном полюсе остался недостаток.
Затем ты соединил наружную оболочку с положительным полюсом машины. Притягательная сила машины, у которой было взято некоторое количество электричества при первом заряде, была так велика, что она забрала из наружной оболочки все электричество, какое могла, чтобы восстановить нарушенное равновесие. Тут ты унес банку. В каком она была состоянии? Во внутренней жестяной оболочке было много электричества, в наружной его не было. Поэтому между двумя оболочками возник сильный ток, но стекло его не пропускало. В самом стекле тоже был ток, потому что раз одинаковые электричества отталкиваются, отрицательное электричество в стекле перешло на его наружную сторону, чтобы уйти подальше от сильно заряженной отрицательно внутренней оболочки.
После этого ты поднес проволоку к медной шишечке. Тогда перезаряженная и недозаряженная оболочки почти соединились через проволоку; таким образом получился путь, по которому лишнее электричество внутренней оболочки стало переходить в наружную. Мало того, электричество так торопилось попасть в наружную оболочку, что не дождалось, пока металлы на самом деле соприкоснулись, а прыгнуло через оставшееся маленькое пространство, и появилась искра. Понял?
Хюг кивнул, но не совсем уверенно.
Учительница, видя, что ему еще не все ясно, повторила свое объяснение несколько раз, стараясь выражаться как можно проще и понятнее, пока он, наконец, понял. Объяснение было очень просто и доступно для Хюга при всей бедности его познаний, но оно не было вполне правильным. На самом же деле, когда выпрыгнула искра, в лейденской банке случилось то, чего учительница не могла объяснить Хюгу, даже, если бы была старше и образованнее. Истинные причины электрических явлений открыты только очень недавно, и их не легко объяснить в простых выражениях. Самое трудное в этих объяснениях это то, что все время речь идет о чрезвычайно малых величинах. Вот пример: возьмем простую соль. Крупинку соли можно разделить на более мелкие части, пока они не достигнут 1/100000 дюйма в диаметре. Это мельчайшая частица, которую можно видеть в хороший микроскоп. Такая мелкая частица все же остается крупинкой соли. Но можно итти еще дальше. Если эту мельчайшую частицу растворить в воде, это все еще будет соль в растворе, но даже в самый лучший микроскоп нельзя увидеть ее частиц. Все же должен быть предел, когда частица имеет самую малую величину, оставаясь все-таки солью. Такая бесконечно малая частица называется молекулой соли.
Сама соль, известная в химии, как хлористый натр, есть соединение двух других веществ: мягкого металла натрия и зеленого ядовитого газа хлора. Оба эти вещества называются элементами, так как они не могут быть разложены. Наименьшая частица элемента называется атомом. Атом, конечно, меньше молекулы, так как молекула содержит несколько атомов. Таким образом, атомы натрия и хлора меньше молекулы соли. В одной капле морской воды несколько биллионов таких атомов. Исследование идет еще глубже. Атом состоит из электрических частиц—«электронов», «заряженных положительно и отрицательно» (заряженные положительно иногда называются протонами). Положительные электроны больше отрицательных почти в две тысячи раз; в каждом элементе количество и соотношение положительных и отрицательных электронов различно. Эта разница в соотношении положительных и отрицательных электронов служит причиной разницы веществ. Легкий газ — водород и тяжелый металл ураний оба состоят из электронов, но в различном количестве и соотношении их в каждом атоме, а также с различной структурой. Атом водорода имеет всего два электрона, один положительный, другой отрицательный; а в атоме урания 480 электронов— 240 положительных и 240 отрицательных. Насколько удалось узнать (наука о строении атома еще очень молода), атом подобен солнечной системе, с солнцем и вращающимися по орбитам вокруг него отрицательными электронами-планетами.
Солнце (в большинстве элементов, если не во всех) заряжено положительно. Вокруг него вращается достаточное для сохранения равновесия количество отрицательных электронов, так что обыкновенно атом находится в нейтральном состоянии. Все же существует разница в устойчивости структуры атома. Некоторые атомы устойчивы или неизменяемы, другие неустойчивы и легко разрушаются.
Атом гелия (легкий газ, употребляемый для наполнения дирижаблей) особенно устойчив и противостоит сильным толчкам и давлениям. Атом урания настолько неустойчив, что распадается сам по себе, переходя в другой металл, ионий, а затем еще в один металл называемый радием. В конце-концов, после «жизни» неопределенной продолжительности, он может превратиться в свинец. Такое самопроизвольное распадение атомов элемента известно под именем «радиоактивности».
Большая часть атомов устойчива при обыкновенных обстоятельствах и неустойчива под влиянием сильных напряжений, подобных тем, какие производит электрический заряд. Если атом, особенно тяжелый или малоподвижный получит сильный толчок, некоторые планетные электроны могут отлететь от него, так как толчок нарушает внутреннее притяжение атома. Если атом потеряет часть отрицательных электронов, положительные оказываются сильнее, и тогда говорят, что атом заряжен положительно. Если отлетевшие отрицательные электроны перейдут в какой-нибудь другой атом, в этом последнем окажется отрицательных электронов больше нормального количества, и он будет заряжен отрицательно. Как Хюг узнал впоследствии, эта неустойчивость строения атомов сделала возможным широковещание. Многие интересные достижения в области беспроволочной передачи сделаны исключительно благодаря знанию свойств тех или других электронов. Во всех атомах есть некоторое количество свободных электронов. Если продолжать пользоваться сравнением атома с солнечной системой, свободные электроны будут соответствовать метеорам. Степень устойчивости атомов того или другого элемента, а также характер их структур определяет количество свободных электронов, а также и легкость и быстроту, с которой эти свободные электроны могут передвигаться от одного атома к другому.
Вещества, электроны которых передвигаются легко, называются «хорошими проводниками электричества». Элементы, атомы которых стесняют передвижение своих свободных электронов, известны, как плохие проводники[2]. Если так, то очевидно, что «твердые» тела в сущности вовсе не тверды. В атоме урания в солнце имеются 240 положительных электронов (из которых действующими считаются 92). а также 148 отрицательных. Вокруг этого солнца вращаются, как планеты, 92 отрицательных электрона. В атоме гелия четыре положительных и два отрицательных электрона составляют «солнце», а еще два отрицательных электрона вращаются вокруг них, как планеты.
Эти «планеты» находятся не близко от своего «солнца». Относительно гелия расстояния выяснены с довольно большой точностью: если бы «солнце» было величиной с футбольный мяч, то отстоящие на одну с четвертью мили в каждую сторону два мячика для гольфа представляли бы планетные отрицательные электроны. Расстояние, таким образом, довольно большое.
Сами атомы чрезвычайно малы. Если измерить атом, исходя из расстояния между электронами в атоме гелия (два мячика для гольфа, удаленные друг от друга на две с половиной мили), окажется, что диаметр атома равен приблизительно одной двухсотмиллионной части дюйма. Как же малы должны быть электроны!
Диаметр «солнца» приблизительно равен одной десятитысячной всего атома, а электрон меньше «солнца» приблизительно во столько раз, во сколько раз мячик для гольфа меньше футбольного мяча. Потребовались бы миллионы биллионов электронов, чтобы наполнить ушко тончайшей иголки.
Несмотря на бесконечно малую величину электронов, их удалось взвесить, сосчитать, измерить, и даже определить их индивидуальный электрический заряд. Точно известно, что шесть миллионов биллионов отрицательных электронов дают столько электричества, сколько дает в течение одной секунды ток в один ампер.
Если бы мисс Фергюсон знала все эти новейшие достижения научной мысли, она могла бы точнее объяснить Хюгу, отчего получилась искра в лейденской банке. На самом деле случилось вот что: биллионы электронов совершили безумный скачек через пространство, являющееся для них большим, чем расстояние от земли к какой-нибудь отдаленной звезде.
Когда мальчик прикоснулся медной шишечкой банки к отрицательному полюсу машины, свободные отрицательные электроны, скопившиеся на этом полюсе, найдя открытый путь в такое место, где не было их избытка (внутренняя оболочка) биллионами бросились по этому пути. Когда Хюг убрал шишечку, внутренняя оболочка была заряжена всеми электронами, которые могла вместить. В то же время в положительном полюсе машины был недостаток отрицательных электронов.
Поэтому, когда мальчик коснулся проволокой к наружной оболочке положительного полюса машины, свободные электроны атомов наружной оболочки поспешили по новому пути восполнить недостаток на положительном полюсе машины. Когда банка была окончательно убрана от машины, состояние ее было таково, что во внутренней оболочке был избыток электронов, а в наружной недостаток. Внутренняя оболочка отталкивала, наружная готова была притягивать. Между обеими металлическими оболочками банки, или, как обыкновенно говорят, между обеими пластинками конденсатора, была «разность потенциалов». Употребляя общепринятое выражение, банка была «заряжена электричеством».
Мисс Фергюсон напомнила, что тела, заряженные одноименным электричеством, отталкиваются, разноименным — притягиваются. Если знать природу электронов, причину этого легко понять. Два тела, оба заряженные отрицательно, т.-е. содержащие в избытке отрицательные электроны, должны отталкиваться, так как ни у того ни у другого нет потребности в отрицательных электронах. Но если два тела заряжены разноименным электричеством, т.-е. если одно из них имеет избыток, а другое недостаток электронов того или другого рода, они, стремясь к установлению равновесия электронов в атомах, будут притягиваться. Поэтому в банке Хюга существовала еще причина для тока. Отрицательные электроны в атомах стекла, не имея возможности двинуться, потому что стекло плохой проводник и крепко сдерживает свои атомы, отошли, как могли, дальше от внутренней жестяной оболочки, каждый из биллионов отрицательных электронов стекла с силой устремился к своему «солнцу». Так как всякое неэлектропроводное или изолирующее тело, будь это стекло, бумага, масло, сухой воздух или слюда, находящееся между двумя проводниками, называется непроводящим или диэлектрическим, то и такое состояние называется диэлектрическим. Его сила прибавляется к разности потенциалов между внутренней и наружной жестяной оболочкой.
Так обстояло дело, когда Хюг удалил от машины заряженную банку.
Если в таком случае быстро привести в соприкосновение проволоку, соединяющую наружную оболочку, с медной шишечкой внутренней оболочки, то по этой проволоке (проволока хороший проводник), устремятся биллионы лишних электронов внутренней оболочки и восполнят недостаток их в наружной.
Это случилось с Хюгом, когда он испытал такой сильный толчок.
Его тело, являющееся таким же хорошим проводником, как и проволока, послужило мостом для электронов.
Быстрое прохождение биллионов электронов по его пальцу, вверх по его руке, по его туловищу и вниз к другой руке, которая держала наружную оболочку, и было причиной сотрясения.
Но это сотрясение было вызвано не только единичным прохождением электронов по телу мальчика. Сила, вызванная разностью потенциалов обеих оболочек, была слишком велика. Стремление электронов уменьшить напряжение (или привести разность потенциалов к нулю) было так велико, что слишком большое количество их перешло в наружную оболочку. Меньше чем в миллионную долю секунды положение изменилось. Теперь в наружной оболочке было слишком много электронов, а во внутренней слишком мало; в то же мгновение электроны устремились в обратном направлении.
Легко объяснить движение в обе стороны. Сначала случилось то, что бывает, если ведро воды вылить в узкое длинное корыто: вода будет колебаться взад и вперед, пока не достигнет своего настоящего уровня и станет неподвижной.
Через миллионную долю секунды положение снова изменилось: внутренняя оболочка опять была перезаряжена, но уже не так сильно. И так электроны устремлялись то взад, то вперед, через тело Хюга, каждый раз в меньшем количестве, подобно пружине, колебания которой все короче и короче (время одного колебания то же), или качелям, которые толкнули только одни раз, и они качаются взад и вперед все менее и менее высоко, пока не остановятся совершенно. Так, в лейденской банке Хюга электроны колебались туда и сюда, пока не сравнялась разность потенциалов. Это заняло меньше времени, чем потратил Хюг, чтобы бросить банку. Если бы Хюг знал все это, он бы без труда понял, как получилась искра во время его вторичного опыта. На этот раз, когда он взял своими деревянными щипцами, снабженными стеклянными кончиками, проволоку, ведущую от наружной жестяной оболочки, он фактически не коснулся медной шишечки, а только поднес проволоку близко к ней. Таким образом, путь был проложен не до конца, как будто между двумя городами проходит большая хорошая дорога, а в середине ее канава настолько широкая, что человеку ее не перепрыгнуть.
Воздух плохой проводник, как и стекло (хотя и не в такой степени), и он-то и не давал электронам возможности перейти через маленькое пространство между концами проволоки и медной шишечкой; когда же проволока приблизилась еще больше, напряжение достигло такой степени, что электроны могли перескочить. Если продолжить сравнение с канавой, можно сказать, что рабочие начали ее засыпать и нетерпеливый прохожий перешагнул через нее, как только она настолько сузилась, что это стало возможным.
(Еще больше энергии дало бы еще большую искру, как спортсмен перескочил бы более широкую канаву, чем ребенок).
Электрический толчок, испытанный Хюгом, был вызван не одним переходом электронов, а несколькими переходами их взад и вперед. Но как же обстояло дело с искрой? Если вся сила электронов нужна была для первого прыжка, каким же образом, при последующих качаниях, когда количество электронов было меньше, сила их все-таки была достаточно велика еще для одного прыжка?
Ответ на этот вопрос имеет значение в области беспроволочного телефона.
Во время первого прохождения через воздух, электроны его наэлектризовали. Яснее это можно выразить так: стремительные электроны создали в пространстве между проволокой и шишечкой напряженное электрическое поле, в результате чего некоторые молекулы воздуха оказались заряженными, другие же разложились на атомы составляющих их газов. Вследствие быстрых столкновений, электроны многих атомов лишились части своих планетных отрицательных электронов, оказались неполными и заряженными положительно. Такие неполные атомы называются «ионами», воздух же в таком состоянии называется «ионизированным».
Ионизированный воздух такой же хороший проводник электричества, как и медная проволока. Поэтому результат был такой же, как будто цепь была замкнута. В известном смысле ионизированный воздух явился как бы временным мостом через пустое пространство, по которому электроны легко переходили взад и вперед. Когда напряжение ослабело и разность потенциалов достигла нормы, электрическое поле исчезло, кинетическая энергия газов рассеяла ионы, ионизация воздуха прекратилась, временный мост исчез и воздушное пространство стало снова неэлектропроводным. (Быстрая дезионизация воздуха — одна из задач радио).
Среди всего того, что относится к принципам радиопередачи самое важное понять колебания электронов при искровом разряде в лейденской банке. Такой разряд послужил основой для работы с радио в самом начале ее; первая телеграмма по радио через Атлантический океан была послана при помощи искры и до сих пор этот способ наиболее применим на судах. В настоящее время лейденская банка заменена конденсатором, который может иметь самую разнообразную форму, от трубочки величиной с палец до большого воздушного конденсатора (антенна). Мощность его также может быть различна.
Все конденсаторы, как бы различны они ни были, построены по одному принципу: все они являются проводниками, разделенными посередине непроводящим (диэлектрическим) телом. Мощность конденсатора может быть увеличена тремя способами - увеличением размера проводящих пластинок, уменьшением расстояния между ними и применением не проводника с большим сопротивлением, как воздух, масло, обыкновенное стекло, фарфор, специально приготовленное стекло или сухой мрамор- Антенна в радиоаппарате есть не что иное, как лейденская банка или конденсатор, при чем воздушные провода явятся одним проводником соответствующей фольге в банке, земля — другим, а воздух, находящийся между ними, соответствующий стеклу — непроводником.
Как Хюг для соединения внутренней и наружной жестянки в своей лейденской банке применил проволоку, так и в других конденсаторах употребляется проволока, которая может быть длиной в милю или в несколько дюймов.
Если перерезать проволоку и поставить в месте разреза рубильник, то при замыкании посредством его электроны смогут передвигаться, при размыкании же свободное пространство станет слишком большим для их перехода. В любом месте проволоки, между внутренней и наружной стенками лейденской банки или другого конденсатора, может быть включен какой-нибудь электрический прибор, который может быть пущен в ход или остановлен при помощи выключателя. Все операции радио на короткие расстояния могут быть выполнены при помощи лейденской банки.
В горной хижине опыты производились один за другим.
Следуя указаниям учительницы и своему возрастающему опыту, Хюг с каждым днем совершенствовал приемы, пока, наконец, в его распоряжении оказался конденсатор довольно большой мощности, могущий давать сильную искру. Он нашел также способ соединять вместе несколько лейденских банок, посредством включения их параллельно (соединяя их одноименные полюсы), или последовательно (соединяя разноименные полюсы). Результаты этого соединения очень озадачили Хюга: в то время, как при соединении одноименных полюсов мощность конденсаторов возрастала, при соединении разноименных она уменьшалась; ни сам Хюг, ни мисс Фергюсон не имели математических знаний, нужных для того, чтобы понять, каким образом несколько конденсаторов могут быть слабее одного.
Второй месяц пребывания учительницы в Муравьиной долине близился к концу, когда усовершенствованная лейденская банка Хюга стала работать. Девушка сама была почти также заинтересована опытами мальчика, как он сам, но главной ее заботой было наблюдение над лечением м с Берк.
Жена винокура много раз приезжала в шалаш для лечения, и здоровье ее заметно поправлялось: возможно, впрочем, что отчасти оно улучшалось благодаря наставлениям учительницы в области гигиены и диеты.
Приближался день, когда девушке надо было переехать к Айртону, чтобы провести там последние две недели. На этот раз это было неизбежно. Отказ ее настолько рассердил бы Сэнди Айртона, что непременно возникла бы вражда. Тайные предательские убийства стали бы случаться чуть не ежедневно, при чем ни женщины, ни дети не были бы пощажены. Если бы такая насыщенная местью атмосфера воцарилась, не могло быть и речи о школе в последующие годы. Это учительница хорошо понимала. Она поняла, что как ни неприятно, ей придется итти на встречу опасности, а то ее пребывание в долине принесет больше вреда, чем пользы.
Берк, который — в числе очень немногих — не боялся Айртона, предложил ему на две недели, которые мисс Фергюсон проведет у него в доме, отослать куда-нибудь Крэма под тем или другим предлогом. Но Айртон отказал наотрез и сердито сказал:
— Вы все думаете, что я сам никак не слажу со своими делами. Когда мне понадобится твой совет, Уот Берк, я его попрошу у тебя.
— Я не спрашиваю разрешения, чтобы предупредить человека, что у него под ногами гремучая змея, на которую он может наступить.
— Я присмотрю за гремучими змеями, если ты имеешь в виду моих мальчиков. И они будут вести себя прилично, хотя бы мне пришлось для этого свернуть им шеи.
После этого уже не о чем было разговаривать. Учительница уложила свой багаж и переехала к Айртону. Неприятности начались с первых дней. Мальчики знали, что отец зорко следит за ними, ожидая от них грубого обращения с учительницей. Крэм поэтому решил быть особенно любезным, стал предупредительным и фамильярным. Девушке было бы в тысячу раз приятнее, если бы он был груб, так как она не могла открыто оттолкнуть его, пока он был вежлив. Сэнди Айртон, готовый увидеть в своих сыновьях грубость или злобу, не был настолько чуток, чтобы оценить эту изысканную вежливость, которая так противна женщине, когда исходит от неприятного ей человека. Наоборот, он еще хвалил своего старшего сына зато, что тот не помнит зла. Крэм видел в отце этот недостаток чуткости, и понял, что он в безопасности. С каждым днем он становился все более фамильярным. Девушке приходилось переносить это, потому что она боялась, чтобы в доме не произошла какая-нибудь отвратительная сцена, которая бы разрушила всю ее двухмесячную работу Ей удалось, впрочем, показать, что она держит Крэма на известном расстоянии.
Первая неделя прошла без эксцессов и оставалось потерпеть еще только одну неделю, когда мисс Фергюсон стороной узнала, что Крэм Айртон поклялся не дать ей уехать раньше, чем она не проявит как-нибудь своего расположения к нему. Когда Крэм пришел в школу и непременно хотел проводить ее домой, она вышла из себя и так его отчитала, что при всем своем нахальстве он был испуган и ушел как побитый. решив отомстить. Комната в доме Айртона, в которой девушка спала, была, конечно, в нижнем этаже, потому что все дома в долине были одноэтажные. Сэнди Айртон, зная, на что способны его сыновья, особенно Уилли, приделал к двери этой комнаты крепкие засовы и большой железный болт, так что дубовая дверь была совершенно неприступна. Хюг слышал, как презрительно и строго учительница говорила с Крэмом и видел, как он ушел. Зная характер последнего, он очень встревожился. Непохоже было, чтоб Крэм оставил безнаказанной публично полученную обиду.
Мальчик решил ночью быть настороже. Было очень холодно, но снега было еще мало. Надев меховую куртку отца, захватив с собой одеяло и ружье, Хюг по горной тропинке пришел в лес за домом Айртона и выбрал место, откуда ему было видно окно учительницы. От отца, которому сказала сама мисс Фюргюсон, он знал, что дверь взломать нельзя.
Первая ночь прошла спокойно, только Хюг очень страдал от холода. Вторая ночь тоже прошла без происшествий, но Хюгу было легче, потому что не было ветра и в воздухе чувствовалось, что будет снег.
На следующий день, действительно, выпал снег. На третью ночь, около полуночи, когда Хюг геройски боролся с сном, он увидел, что Крэм и Олли крадучись выходят из задней двери. Это было подозрительно.
Он насторожился. Его особенно испугало отсутствие Уилли. Как видно, дело было не в какой-нибудь злой шутке; у Крэма была прескверная репутация.
Хорошо спрятавшись, Хюг внимательно следил за ними.
Шаги не были слышны из-за снега. Оба парня тихо подошли к окну, держа что-то в руках. Что это было, Хюгу в темноте не было видно. Только силуэты их ясно выделялись на снегу.
Насколько он мог видеть, ему казалось, что одно из стекол было вырезано, потому что Крэм просунул в окно руку, как будто оно было открыто, и сделал движение, как бы бросая что-то внутрь комнаты.
Крэм сделал движение, как бы бросая что-то внутрь комнаты.
Через несколько минут он увидел, как они тихо вынули всю оконную раму. Очевидно, они развинтили ее накануне и она держалась только на двух-трех винтах.
Олли подсадил Крэма, который сел на подоконник и перекинул одну ногу, намереваясь спрыгнуть в комнату.
В ту же минуту Хюг встал на колено, прицелился в другую ногу Крэма и спустил курок. Выстрел раздался в тишине ночи и одновременно с ним прозвучал крик Крэма, который упал с подоконника и лежал скорчившись на снегу.
Через несколько секунд из задней двери выбежал Сэнди Айртон с винтовкой в руках.
Из задней двери выбежал Сэнди Айртон с винтовкой в руках.
Хюг сообразил, что если он пустится бежать, его следы будут видны на снегу, да ему и не уйти от Олли и его отца. Поэтому он выступил вперед с ружьем в руках.
Увидя его, Сэнди Айртон прицелился было в него, но, видя, что мальчик не убегает, а приближается, опустил ружье и взглянул на раненого Крэма. Когда он поднял глаза, Хюг стоял пред ним.
— Это ты стрелял?
— Я, — был спокойный ответ.
Айртон посмотрел на вынутую раму, на своих сыновей и на Хюга.
— Так ты здесь сторожил?
— Да, три ночи подряд. Как видите, не напрасно.
Отец повернулся и схватил Олли за шиворот.
— Отвечай, ты, щенок, — крикнул он гневно. — Что вы сделали с девушкой, что она не двинулась с места?
Мальчик напрасно старался освободиться из рук. отца.
— Я не сделал ничего! Крэм бросил в комнату тряпку, смоченную какой-то жидкостью, которую он привез из города. Он хотел сыграть с ней такую штуку, чтобы все смеялись над ней, а не над ним.
— Так! ты оставайся тут, Олли! Если ты двинешься, я выдеру тебя так, что не оставлю у тебя живого места. И ты тоже останься тут, — сказал он Хюгу.
— Я не собирался бежать. — твердо ответил мальчик.
Айртон через окно влез в комнату. Как Олли сказал, лицо учительницы было закрыто упавшей на него тряпкой, от которой шел сильный неприятный запах, Айртон быстро сбросил тряпку. Через несколько минут холодный воздух, шедший через открытое окно, привел девушку в чувство.
— Вы, м-р Айртон! — воскрикнула она с удивлением и упреком.
— Я не сделаю вам ничего плохого. Как вы себя чувствуете?
— Голова немного кружится. Почему вы спрашиваете?
Тут девушка заметила, что рама вынута.
— О, что это с рамой? Ее вышибло ветром?
— Ее вынули…
Учительница сразу догадалась.
— Это…
— Да, это сделал Крэм. Послушайте — это он стонет. Он лежит на снегу с простреленной ногой.
— Кто же в него стрелял?
— Мальчик Сесиль: он сторожил за вашим окном.
— Как, в эту холодную ночь?
— Несколько ночей подряд.
Он помолчал.
— Теперь засните. Я вставлю раму на место. Вас больше не будут беспокоить.
Он вылез из окна, ударил Олли и сказал ему:
— Подними раму и помоги мне вставить ее на место.
Они вставили раму и мальчик показал, как она держалась на двух винтах. Чтобы оправдаться, он сказал, что Крэм заставил его помогать ему.
— Внесем Крэма и осмотрим его рану, — сказал Айртон, не обращая внимания на слова сына.
— Не могу ли я помочь. — спросил Хюг, — может быть пойти за доктором?
— Нет! Ты довольно сделал в эту ночь.
И тут лучшее в его натуре взяло верх над гневом и стыдом, что в его доме случилась такая вещь, и он прибавил:
— Я не сержусь на тебя за то, что ты стрелял. Может быть ты избавил мой дом от еще худшей славы. Ты хорошо поступил.