Трактат об электричестве и магнетизме

Когда поток материальной жидкости движется через трубу от горячего её конца к холодному, поток нагревает трубу, а когда поток движется от холодного конца трубы к горячему, он охлаждает трубу. Эти эффекты зависят от величины удельной теплоёмкости жидкости. Если бы мы предположили, что электричество, положительное или отрицательное, представляет собой материальную жидкость, мы могли бы измерить её удельную теплоёмкость по тепловым эффектам в неоднородно нагретом проводнике. Но эксперименты Томсона показали, что положительное электричество в меди и отрицательное электричество в железе переносят тепло от горячего участка цепи к холодному.

Таким образом, приняв, что или положительное, или отрицательное электричество представляет собой жидкость, способную нагреваться и охлаждаться и передавать тепло другим телам, мы придём к выводу, что это предположение не выполняется в железе для положительного электричества, а в меди - для отрицательного. Поэтому следует отказаться от обоих этих гипотез.

Это научное предсказание обратимого воздействия, которое оказывает электрический ток на неравномерно нагретый проводник из металла одного сорта, даёт ещё один поучительный пример применения Закона Сохранения Энергии для указаний новых направлений научного исследования. Томсон также применил Второй Закон Термодинамики для установления связи между величинами, которые мы обозначили через 𝑃 и 𝑄, и рассмотрел возможные термоэлектрические свойства тел, строение которых различно в различных направлениях. Он также изучил на опыте условия, при которых эти свойства меняются под действием давления, намагничения и т. д.

254. Профессор Тэт ⁵ недавно исследовал электродвижущую силу в термоэлектрических цепях, составленных из разных металлов, контакты между которыми имеют разную температуру. Он нашёл, что электродвижущая сила в контуре с хорошей точностью выражается формулой

𝐸

=

𝑎(𝑡

₁

-𝑡

₂

)

[𝑡

₀

-(𝑡

₁

+𝑡

₂

)/2]

,

где 𝑡₁ - абсолютная температура горячего соединения, 𝑡₂ холодного, a 𝑡₀ - температура, при которой оба металла нейтральны друг к другу. Коэффициент 𝑎 зависит от природы двух металлов, составляющих цепь. Справедливость этого закона в широкой области значений температуры была проверена профессором Тэтом и его учениками, и он надеется создать такую термоэлектрическую цепь, которая будет служить как прибор для измерения температуры в его опытах по исследованию теплопроводности, а также и в других случаях, где ртутный термометр либо неудобен, либо не покрывает достаточного температурного интервала.

⁵Proc. Roy. Soc. Edin. Session 1870-1871, p. 308, также Dec. 18, 1871.

По теории Тэта, величина, которую Томсон называет удельной теплоёмкостью электричества, пропорциональна абсолютной температуре для каждого чистого металла, хотя её значение и даже знак различны для разных металлов. Отсюда с помощью законов термодинамики он вывел следующие результаты. Пусть 𝑘_𝑎𝑡, 𝑘_𝑏𝑡 и 𝑘_𝑐𝑡 - удельные теплоёмкости электричества в трёх металлах 𝑎, 𝑏 и 𝑐 соответственно. Пусть далее 𝑇_𝑏𝑐, 𝑇_𝑐𝑎, 𝑇_𝑎𝑏 - значения температуры, при которой соответствующие пары этих металлов нейтральны друг к другу. Тогда уравнения

(𝑘

_𝑏

-𝑘

_𝑐

)

𝑇

_𝑏𝑐

+

(𝑘

_𝑐

-𝑘

_𝑎

)

𝑇

_𝑐𝑎

+

(𝑘

_𝑎

-𝑘

_𝑏

)

𝑇

_𝑎𝑏

=0

,

𝐽𝚷

_𝑎𝑏

=

(𝑘

_𝑎

-𝑘

_𝑏

)

𝑡

(𝑇

_𝑎𝑏

-𝑡)

,

𝐸

_𝑎𝑏

=

(𝑘

_𝑎

-𝑘

_𝑏

)

(𝑡

₁

-𝑡

₂

)

[𝑇

_𝑎𝑏

-½(𝑡

₁

+𝑡

₂

)]

выражают связь между значениями нейтральных температур, коэффициентом Пельтье и электродвижущими силами в термоэлектрической цепи.

ГЛАВА IV

ЭЛЕКТРОЛИЗ

Электролитическая проводимость

255. Я уже отмечал, что когда электрический ток в любой части цепи проходит через некоторые сложные вещества, называемые Электролитами, прохождение тока сопровождается определённым химическим процессом, который называется Электролизом. В этом процессе вещество разлагается на две компоненты, называемые Ионами, из которых одна, называемая Анионом, или электроотрицательной компонентой, появляется на Аноде, т. е. в том месте, где ток входит в электролит, а другая компонента, называемая Катионом, появляется на Катоде, т. е. в том месте, где ток выходит из электролита.

Полное исследование электролиза есть в равной мере задача Химии и науки об Электричестве. Мы проведём его рассмотрение с точки зрения науки об электричестве, не обсуждая приложений к теории строения химических соединений.

Из всех электрических явлений электролиз, по-видимому, в наибольшей степени позволяет нам проникнуть в истинную природу электрического тока, потому что здесь мы находим потоки обычного вещества и токи электричества, составляющие важные стороны одного и того же явления.

По-видимому, именно по этой самой причине при современной неполноте наших представлений об электричестве теории электролиза являются столь неудовлетворительными.

Основной закон электролиза, установленный Фарадеем и подтверждённый к настоящему времени в опытах Бетца (Beetz), Гитторфа (Hittorf) и других, состоит в следующем.