М.ФАРАДЕЙ

Как горит свеча

В настоящих чтениях я предполагаю изложить вам историю свечи с химической точки зрения.
Я очень охотно берусь за этот вопрос, так как он очень интересен и чрезвычайно разнообразны пути, открываемые им для изучения природы. Нет ни одного закона, управляющего мировыми явлениями, который не проявился бы в истории свечи и которого не пришлось бы коснуться. Нет лучших дверей, более широко открытых для изучения природы, чем рассмотрение физических явлений, разыгрывающихся при горении свечи.
Начну с пламени свечи. Зажжем одну или две свечи; вы замечаете, как велика разница между лампой и свечой. В лампе имеется резервуар с маслом, в которое погружен фитиль, сделанный из хлопчатой бумаги. Конец фитиля зажигают; когда пламя доходит до масла, оно там гаснет, продолжая гореть в верхней части фитиля. Вы, без сомнения, спросите: как это может быть, чтобы масло, не горящее само по себе, поднималось по фитилю и стало бы гореть на конце его? Мы это исследуем!
При горении свечи происходят еще более диковинные вещи. Ведь мы имеем твердое вещество, не нуждающееся в резервуаре, – как может это вещество пробраться туда, где мы видим пламя, не будучи жидким? Или же, если оно превращается в жидкость, как может оно сохраняться, не разливаясь? Преудивительная вещь эта свеча!
В нашей комнате чувствуется сильное течение воздуха; для некоторых наших опытов это может оказаться вредным. Чтобы внести правильность в наше исследование и упростить его, я получу совершенно спокойное пламя; ибо, как можно исследовать какое-нибудь явление, если оно сопровождается всякими посторонними обстоятельствами?
Для нашей цели мы можем кой-чему поучиться у торговок, продающих свой товар вечером на улицах. Я часто наблюдал их приспособление. Они окружают свечу цилиндрическим стеклом, укрепленным на своего рода галерее, охватывающей свечу: по желанию стекло с оправой можно подымать и опускать. При помощи такого стекла можно получить совершенно спокойное пламя, которое легко исследовать во всех подробностях.
Прежде всего обратим внимание на то, как верхний слой свечи непосредственно под пламенем образует углубление вроде красивой чашечки. Воздух, притекающий к свече, поднимается кверху благодаря току, вызванному теплотой пламени; вследствие движения воздуха внешние слои свечи охлаждаются. Середина тает сильнее, чем края чашечки, так как посредине сильнее всего действие пламени, стремящегося опуститься вниз по фитилю.
Пока воздух равномерно притекает со всех сторон, до тех пор края чашечки остаются совершенно ровными, и расплавленная масса свечи, плавающая по чашечке, имеет горизонтальную поверхность. Стоит мне лишь подуть сбоку на свечу, как края чашечки сейчас же скашиваются, и расплавленная масса свечи вытекает, повинуясь тем же законам, которые управляют движением миров. Вы видите, таким образом, что чашечка в верхней части свечи образуется благодаря равномерно восходящему току воздуха, охлаждающего со всех сторон наружный слой свечи. Только те вещества пригодны для изготовления свечей, которые при горении способны образовать такую чашечку.
Мы можем сделать несколько наблюдений над влиянием восходящего тока воздуха, которые не мешает запомнить. Здесь с одной стороны свечи образовался натек, так что свеча в этом месте стала толще. В то время как свеча продолжает спокойно сгорать, утолщение остается на своем месте и образует на краю свечи выдающийся столбик; так как он возвышается над остальной массой воска и удален от середины свечи, то воздух легче охлаждает его и дает ему возможность противостоять действию тепла, несмотря на близость пламени.
Таким образом, как и во многих других случаях, ошибка или неправильный прием обогащают наше знание; не будь этих ошибок, мы, может быть, с трудом получили бы эти сведения. Невольно в этих случаях мы делаемся исследователями природы. Я надеюсь, что вы, встретив новое явление, не забудете спросить себя: «Где причина явления? Как все это происходит?» – и с течением времени непременно найдете ответ на ваши вопросы.
Другой вопрос, на который мы должны ответить, – это следующий: как поступает горючий материал из чашечки по светильне к тому месту, где происходит горение? Вы знаете, что у восковых, стеариновых свечей пламя не опускается по горящему фитилю к горючему материалу, расплавляя его целиком, но остается на своем месте, на некотором расстоянии от расплавленной массы и не нарушая целости краев чашечки. Я не могу себе представить лучшего приспособления: всякая часть свечи помогает остальным в достижении наилучшего действия. Разве не чудесно видеть, как постепенно сгорает это горючее вещество, как пламя трогает его, несмотря на то, что пламя это могло бы целиком разрушить воск, если бы дать ему слишком приблизиться к нему?
Каким образом пламя питается горючим материалом? При помощи капиллярного притяжения. «Капиллярное притяжение?» — спрашиваете вы. «Волосность»? Ну, название большого значения не имеет — его придумали, когда не было правильного представления о силе, которая обозначалась этим названием. Действие этого так называемого капиллярного притяжения оказывается в том, что горючий материал проводится к месту сгорания и там откладывается, и притом не как-нибудь, а как раз в середине очага, в котором происходит процесс горения.
Единственная причина того, что свеча не прогорает вдоль фитиля, состоит в том, что расплавленное сало тушит пламя. Вы знаете, что свеча сейчас же гаснет, если ее перевернуть так, чтобы расплавленная масса свечи стекала по фитилю до его конца. Это происходит оттого, что пламя не успевает нагреть достаточно сильно притекающий в большом количестве расплавленный горючий материал. Когда же пламя находится в обыкновенном своем положении, т.е. над расплавленной массой, то новые количества свежей массы расплавляются, постепенно поднимаются по светильне, и пламя может действовать со всей своей силой.
Теперь мы подходим к очень важному явлению, требующему подробного изучения; иначе вы не будете в состоянии вполне разобраться в том, что представляет собой пламя свечи. Я имею в виду газообразное состояние горючего материала. Чтобы вы хорошенько поняли меня, я покажу вам красивый, хотя и простой опыт. Когда вы тушите свечу, то вы замечаете, как подымается дымок от фитиля; вы, наверное, знакомы с неприятным запахом этих газов, испускаемых потушенной свечой. Если погасить свечу очень осторожно, то легко можно обнаружить газы, в которые превратилось твердое вещество свечи.
Я потушу теперь свечу так, чтобы не вызвать движения воздуха; для этого мне стоит лишь некоторое время подышать на свечу. Если я теперь поднесу горящую лучину на расстоянии 5–8 см от конца светильни, то вы увидите, как пламя по струе паров, идущих от свечи, перескакивает на фитиль. Все это надо производить достаточно быстро, в противном случае газы успевают остыть и сгуститься, или же струя горючих паров успеет рассеяться в воздухе.
Теперь мы рассмотрим очертание и строение пламени. Для нас важно ознакомиться с состоянием пламени, в котором оно находится на конце светильни, где пламя обладает таким блеском и красотой, каких мы нигде в других явлениях не можем наблюдать. Вы знакомы с прекрасным блеском золота и серебра, а еще более замечательным блеском и игрой драгоценных камней, вроде рубина и алмаза, но ничто не может сравниться с красотой пламени. Какой алмаз светит подобно пламени? В ночное время он черпает свой блеск именно от пламени, освещающего его. Пламя освещает мрак — свет алмаза ничто; он появляется лишь, когда луч света пламени падает на алмаз. Свеча светит сама.
Изучим подробнее строение пламени в том виде, в каком оно находится у нас внутри нашего стекла. Пламя это постоянно и однородно; оно имеет в общем ту форму, как изображено на нашем рисунке, но, смотря по состоянию воздуха и по величине свечи, форма эта может значительно видоизменяться. Оно образует конус, округленный в своей нижней части; верхняя часть конуса светлее нижней. Внизу, у светильни, легко обнаружить более темную часть, внутри которой сгорание не столь совершенно, как в верхних частях пламени.

Схема строения пламени свечи

Представьте себе рисунок пламени, сделанный много лет тому назад Гукером, когда он производил свои исследования. На рисунке изображено пламя лампы, но его можно применить и к пламени свечи; резервуар для масла соответствует чашечке свечи, масло отвечает расплавленной свечной массе, а фитиль имеется в обоих случаях. Вокруг фитиля Гукер изобразил пламя, а вокруг последнего он совершенно правильно изобразил еще один невидимый слой, о котором вы, вероятно, ничего не знаете, если вообще незнакомы каким-либо образом с этим явлением. Он изобразил окружающий воздух, имеющий существенное значение для пламени и всегда находящийся вблизи него. Далее, он изобразил ток воздуха, вытягивающий пламя вверху; пламя, которое вы здесь видите, действительно вытягивается током воздуха и притом на довольно значительную высоту совершенно так же, как это изобразил Гукер на своем рисунке.
Легче всего убедиться в этом, выставив горящую свечу на свет и рассматривая ее тень, полученную на белом экране. Не правда ли, удивительно: пламя, обладающее достаточным светом, чтобы образовать тень других предметов, само дает тень? При этом ясно видно, как что-то такое, не принадлежащее самому пламени, обтекает его, поднимается кверху и увлекает за собой пламя.

Теперь обращу ваше внимание на другие факты. Различные виды пламени, которые вы имеете здесь перед собой, значительно разнятся друг от друга по своей форме; это зависит от различного распределения воздушных токов, охватывающих их. Мы можем получить такое пламя, которое по своей неподвижности напоминает твердое тело, так что его легко сфотографировать; такие фотографии необходимы для более подробного изучения природы пламени. Но это еще не все, что я хочу сообщить вам.
Если я возьму достаточно длинное пламя, то оно не станет сохранять некоторую устойчивую равномерную форму, но с удивительной силой будет ветвиться. Чтобы показать это явление, я вместо воска или сала свечи возьму новый горючий материал. В качестве светильни я беру большой ком ваты. Я погрузил его в спирт и зажигаю – чем отличается он от обыкновенной свечи? Той силой, с которой происходит горение; никогда у свечи мы не замечаем такого сильного и подвижного пламени. Вы видите, как великолепные языки пламени непрерывно вздымаются кверху! Направление пламени осталось тем же: оно стремится снизу вверх; но совершенно ново, по сравнению со свечой, это удивительное разделение пламени на отдельные ветки и выступы, на эти лижущие языки.
Отчего это происходит? Я объясню это вам, и, когда вы хорошенько разберете это явление, вам будет легко следовать за моим дальнейшим изложением. Я уверен, что многие из вас уже сами проделывали опыт, который я вам сейчас покажу.

Ветвление пламени

Ведь многим из вас известна детская игра, состоящая в том, что в темной комнате льют спирт в чашку с изюмом или сливами и затем зажигают его. Эта игра как нельзя лучше воспроизводит рассматриваемое нами явление. Вот у меня чашка; чтобы опыт хорошо удался, нужно предварительно нагреть чашку; недурно нагреть и изюм или сливы. В свече мы наблюдали образование чашечки с расплавленным горючим материалом; здесь мы взяли чашку со спиртом, а роль светильни свечи играет изюм. Я зажигаю спирт, и сразу вырываются чудесные огненные языки; воздух через края чашки переливается в нее и вытесняет эти языки. Как так? Да так, что при сильном притоке воздуха, благодаря неравномерному горению, пламя не может ровной струей подниматься кверху. Воздух так неравномерно притекает в чашку, что пламя, которое при иных условиях могло бы представлять нечто цельное, в данном случае разрывается на множество отдельных частей, существующих независимо друг от друга. Я почти хотел бы сказать, что мы видим здесь множество отдельных свечей. Но вы не должны думать, будто те отдельные языки, какие здесь одновременно видны, в совокупности своей дали бы изображение пламени. Никогда пламя, какое мы получили при горении нашей ваты, не имеет той формы, какую мы видели. Это был ряд очертаний, следовавших так быстро одно за другим, что глаз не мог их рассмотреть в отдельности, и потому получилось впечатление от всех одновременно.

Материал подготовил П.А.КОШЕЛЬ