Теперь нам все-таки нужно узнать, каким же образом расплавленное вещество свечи выходит из чашки и поднимается к тому месту фитиля, где происходит горение. Вы видите, что пламя опускается по фитилю, оно останавливается на одном месте, на некотором расстоянии от расплавленного горючего вещества, и не захватывает краев чашки. Т.е. пламя как бы изолировано от находящегося под ним жидкого горючего и не разрушает краев чашечки. Трудно придумать более совершенное взаимодействие частей горящей свечи, которые как будто помогают друг другу. Свеча вся состоят из горючего вещества, но она никогда не загорается вся сразу – ведь это удивительно, если принять во внимание могущество пламени и быстроту, с которой, при других условиях, оно уничтожило бы это горючее вещество!
Чтобы понять это удивительное явление, разберемся в нем поподробнее. Но как же все-таки горючее попадает в пламя? Вопрос этот приводит нас к одному из замечательных физических явлений — к капиллярному, или волосному, притяжению. «Волосное притяжение? — скажете вы. — Это еще что такое? Притяжение волос?» Ну, не важно, не обращайте внимания на этот термин; его придумали в старое время, пока мы еще не знали, что это за сила на самом деле. Так вот, именно благодаря капиллярности вещество, поддерживающее пламя, поднимается по фитилю к тому месту, где происходит горение, — и притом не как-нибудь, а идеально в самую середину, к центру пламени.
Чтобы вы лучше поняли явление капиллярности, я приведу несколько примеров, и вы удивитесь. Как два вещества, неспособные растворяться друг в друге, притягиваются одно к другому. Когда вы моете руки, вы поливаете их водой, и руки делаются мокрыми. Это происходит вследствие того самого капиллярного притяжения, о котором я говорю. Мало того: если руки очень чистые (а это редко бывает, т.к. они легко загрязняются), то стоит опустить палец в воду, и вода поднимается по пальцу выше уровня воды в сосуде, хотя, может быть, вы и не обратите на это внимания.
Возьмем другой пример. На тарелке лежит пористое вещество — столбик поваренной соли. Нальем в тарелку… только не воду, как вы, может быть, подумали, а насыщенный раствор соли, до такой степени насыщенный, что он не способен больше поглощать её; поэтому явление, которое сейчас произойдёт нельзя объяснить растворением соли. Чтобы заметнее было движение, я подкрасил раствор в синий цвет. Я лью ее на тарелку. Видите, мало-помалу жидкость поднимается по соляному столбику все выше и выше; если столбик не обвалился, то она может подняться до самой вершины.
Представим себе, что тарелка – это свечка, столбик соли – фитиль, а соляной раствор – растопленный воск. Если бы эта синяя жидкость могла гореть и если бы мы положили на вершину столбика настоящий фитиль, то можно было бы зажечь эту жидкость. Это явление весьма любопытно.
Точно также, как полотенце, которым мы вытираем руки, впитывает в себя влагу с нашей кожи, так фитиль свечи впитывает в себя расплавленный воск, стеарин и потому подобные вещества, которые при этом понимаются вверх и достигают пламени. Иногда неряшливые дети (да, впрочем, это случается и с людьми вообще аккуратными), вымыв руки в тазу, вытрут их, да и бросят полотенце так, что оно окажется висящим через край таза; понемногу вся вода из таза очутится на полу и образует лужу, так как полотенце будет играть роль сифона.
Вот другой пример того же явления. Чтобы вы воочию убедились в том, как воздействуют тела друг на друга, я сейчас покажу вам наполненный водой сосуд, сделанный из тончайшей проволочной сетки. Его можно сравнить в одном отношении с фитилем, скрученным из хлопка, а в другом — с куском коленкора. Вы ясно видите, что этот сосуд — пористый: вот я наливаю сверху немножко воды, и она вытекает внизу. Вы бы вряд ли могли мне ответить, в каком состоянии находится этот сосуд, что в нем содержится и для чего он устроен. Сосуд полон воды, а между тем вы видите, что вода в него вливается и выливается, как если бы он был пустой. Чтобы доказать вам это, мне достаточно его опорожнить. Причина вот в чем: проволочная сетка, будучи раз смочена, остается мокрой, а ячейки ее до того мелкие, что жидкость испытывает такое притяжение от одной нити к другой, что она не вытекает из сосуда, хотя он и пористый. Подобным же образом частицы растопленного сала или воска поднимаются вверх по хлопковому фитилю и добираются до верха; за ними следуют, по взаимному притяжению, новые частицы горючего; по мере того как они достигают пламени, они постепенно сгорают.
Вот и еще пример того же явления капиллярности. Взгляните на этот кусочек тростника. Мне случалось на улице видеть мальчиков, которые, подражая взрослым, делают вид, что курят сигары, — на самом деле это не сигара, а кусочек тростника. Внутри тростника очень много тончайших продольных канальцев. Вот я ставлю этот кусочек тростника на тарелку, содержащую немного камфары (которая во многом сходна с парафином); эта жидкость будет подниматься сквозь тростник до самого верха, как та синяя жидкость, которая поднималась у нас по столбику соли. Стенки тростника покрыты потной, непроницаемой оболочкой, поэтому жидкость не может вытечь наружу и должна проходить только вдоль тростника. Вот жидкость уже достигла верхушки нашей тростинки; теперь я могу ее зажечь, и у нас получится своего рода свечка. Жидкость поднялась вследствие капиллярности; точно так же поднимается по фитилю расплавленное вещество свечки и сгорает в пламени.
У нас остается неразрешенным второй, очень важный вопрос, а именно: почему пламя не сбегает вниз вдоль всего фитиля? Оказывается, что, когда пламя касается растопленного жидкого вещества, оно гаснет. В этом очень просто убедиться. Стоит только перевернуть свечу так, чтобы горючее вещество стекло по фитилю, — тогда пламя гаснет, не успевая достаточно сильно нагреть растопленное вещество, как бывает в том случае, когда оно поднимается к пламени постепенно, небольшими частицами, уже достаточно нагретым.
Почему же жидкое горючее вещество не гасит пламеня нормально горящей свечи? Чтобы понять это, нам придется обратить внимание на другое очень интересное явление – на газообразное состояние горючего вещества. Чтобы объяснить вам это, я сделаю очень простой опыт. Вам, конечно, знаком запах, распространяемый потушенной свечой, и вы знаете, что он очень неприятен. Когда вы тушите свечу, вы замечаете, что от нее поднимается маленькое облачко дыма, но это не дым, а пар, и этот пар – не что иное, как видоизменившееся твердое вещество свечи. Я осторожно потушу свечу. Для этого стоит только некоторое время подышать на нее; от фитиля пойдет пар. Если я при этом поднесу к фитилю зажженную спичку, вы увидите, как пламя горящей спички по струе пара передастся фитилю. Но это надо проделать быстро, чтобы струя пара не успела остыть, иначе пар снова быстро превратиться или в жидкость, или в твердое тело, или же совершенно улетучиться.
Теперь перейдем к вопросу о форме пламени. Нам очень важно получить понятие о превращении, какому подвергается вещество свечи в той части пламени, где оно сияет особенно ярко. Мы знаем, как блестят золото и серебро, как сверкают рубины и алмазы; но, ни то, ни другое не сравнится с сиянием и красотой пламени. Какой бриллиант может сравниться с блеском пламени? Ведь бриллиант сверкает только отраженным светом, а пламя сияет в темноте. Блеск алмаза гаснет, если его не освещает луч света. А свеча светит сама по себе для тех, кто собрал воедино ее составные части. Рассмотрим строение пламени в том виде, в каком оно представляется нам за стеклом, предохраняющим пламя от движения воздуха. Оно горит ровно и имеет, в общем, форму, изображенную на нашем рисунке; но обыкновенное вид пламени меняется вследствие движения воздуха и в зависимости от величины свечи. У нас оно имеет вид блестящего продолговатого конуса, который вверху ярче, чем внизу; в середине, ближе к фитилю, можно заметить более темную часть пламени. Происходит это оттого, что здесь сгорание вещества свечи не такое полное, как в верхней части. У меня имеется рисунок, сделанный несколько лет назад ученым Гукером.
На рисунке над фитилем поднимается пламя; его окружает слой вещества, не видимого в обычных условиях. Ученый изобразил здесь слой окружающего воздуха, необходимого для образования пламени и всегда находящегося вблизи него. Тут же он изобразил поток воздуха, поднимающего пламя кверху; пламя, которое вы видите, поднято этим течением воздуха на значительную высоту. В этом можно убедиться, поставив горящую свечу между солнцем и листом бумаги так, чтобы на бумаге получилась тень от пламени свечи. Не странно ли, что пламя, обладающее достаточной силой света, чтобы образовать тень от всяких других предметов, само тоже дает тень? При этом ясно видно, что вокруг тени пламени свечи есть нечто, не входящее в его состав, но поднимающееся рядом с ним и заставляющее и его подниматься вверх.
Так как у нас теперь солнца нет, то я постараюсь заменить его другим источником света. Возьмем большую лампу и получим сильный свет, который заменит для нашей цели свет солнца. Поставив свечку между лампой и экраном, получим, таким образом, тень от пламени свечи. На рисунке вы видите тень и от свечки, и от пламени; тут вы видите темную часть пламени, как она изображена на рисунке Гукера, и часть более светлую.
Обратите внимание, что та часть, которая на тени кажется самой темной, в действительности самая светлая, и наоборот. Вы видите на экране и тень потока, нагретого воздуха, который приподнимает пламя кверху, питает его и вместе с тем охлаждает края чашки.
Другой опыт покажет вам, как пламя в зависимости от движения воздуха поднимается или опускается. Этот опыт я вам покажу не на пламени свечи, а на другом пламени. При этом я хочу вам показать действие на пламя не восходящего тока воздуха, а нисходящего, то есть такого, который опускал бы, а не поднимал пламя. Это легко сделать при помощи вот этого маленького прибора.
Пламя в данном случае, как я уже сказал вам, получается не от свечи, а от горения спирта, который не дает дыма. Это пламя светит слабым светом, и, чтобы легче было следить за ним, я его окрашу каким-нибудь веществом, иначе оно было бы едва заметно. Я зажигаю спирт, и мы получаем пламя, которое, находясь в обыкновенных условиях, поднимается кверху вследствие восходящего тока воздуха, поддерживающего горение; но вот я дую сверху на пламя, изменяю направление тока воздуха и заставляю его опускаться в эту маленькую трубку.
Перед окончанием нашей беседы я покажу вам лампочку, где пламя будет подниматься вверх, а дым опускаться, или, наоборот, пламя будет опускаться, а дым подниматься. Вы видите, что, изменяя направление тока воздуха, мы можем менять форму и направление пламени.
Мы видели разные виды пламени, которые отличаются друг от друга по форме. Но если мы пожелаем основательнее изучить строение пламени, то должны будем сделать пламя до некоторой степени неподвижным.
Изучая достаточно длинное пламя, мы заметим, что оно не может сохранять постоянную, правильную форму и будет сильно ветвиться. Чтобы наглядно показать это явление, я возьму вместо свечи новое горючее вещество. Вот у меня здесь большой ком ваты; намочим его спиртом, зажжем и посмотрим, чем его пламя будет отличаться от пламени свечи. Разница в самом деле получается очень большая: полученное пламя гораздо сильнее, красивее и ярче пламени свечи. Видите, красивые огненные языки пламени поднимаются кверху. Общее направление пламени то же, но здесь выделяются еще эти языки, которых нет в пламени свечи. Откуда же они берутся? Я объясню вам это, и если вы хорошенько разберетесь в этом явлении, то вам будет легко следить за моим дальнейшим изложением. Многие из вас, вероятно, знакомы с одной известной английской игрой; эта игра состоит в том, что зажигают в темной комнате чашку со спиртом и изюмом и наблюдают, что при этом происходит. Пусть эта игра поможет нам уяснить строение пламени.
Вот у меня здесь чашка; чтобы опыт хорошо удался, следует нагреть предварительно чашку, изюм, 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.
