Следует признаться, что слова «объем», «давление», «температура» отражают реальность в той же степени, как и слова «поселился» и «живет» по отношению к электрону. Тем не менее продолжим наш опыт со стержнями. Электрохимический потенциал, а значит, средняя кинетическая энергия, температура и давление, слева выше, чем справа. Под влиянием более высокого давления граница, отделяющая левый стержень от правого, как бы смещается вправо. А результат? В правом стержне накапливается какое-то количество избыточных электронов, точнее, избыточный отрицательный заряд.
Наконец, третье объяснение. Вся окружающая нас природа подчиняется фундаментальному закону, известному под названием второго начала термодинамики: во всякой изолированной физической системе обязательно возникают процессы, направленные в сторону установления равновесия (если таковое еще не достигнуто). Соединив вместе два металлических стержня, вы получили неравновесную систему: потенциал слева выше, чем потенциал справа. Конфигурация электромагнитного поля (она одна изменяется на самом деле) меняется таким образом, чтобы восстановилось равновесие. Достичь этого можно единственным способом — создавая разность электрических потенциалов, равную по величине и противоположную по знаку исходной разности электрохимических потенциалов.
Это и происходит в нашем опыте. По обе стороны поверхности соприкосновения двух металлов возникает разность электрических потенциалов (электрическое напряжение), которая называется контактной разностью потенциалов, или гальвани-потенциалом.
Отчего она подергивалась?
Наличие гальвани-потенциала можно установить с помощью простого опыта. На стержне электроскопа укрепляют металлический диск, затем тонкую изолирующую прокладку и второй диск из другого металла, снабженный ручкой. Диски соединяют между собой проволочкой, например из первого металла. Составленный из двух дисков конденсатор заряжается до величины контактной разности потенциалов. Заряд сохраняется в конденсаторе и после того, как проволочку убирают. Однако контактная разность потенциалов очень мала, поэтому листочки электроскопа заметно не разойдутся.
А если поднять за ручку верхний диск? Расстояние между дисками увеличится, емкость конденсатора уменьшится. При неизменном заряде это повлечет за собой увеличение напряжения между обкладками. Листочки электроскопа разойдутся. Сейчас доказано, что в подобном опыте действует много необычных факторов. Истинную величину контактной разности потенциалов измерить невозможно — ее пока не умеют и вычислить.
Похоже, что наш рассказ, которому вполне подошло бы заглавие «Тайна лягушачьей лапки», подходит к концу. Мы не только подтвердили тот факт, что в месте соединения двух металлов возникает электрическое напряжение, но и объяснили, почему так получается. Пришлось немного погрузиться в глубины физики твердого тела, но, как говорил А. Эйнштейн: «Мы хотим не только знать, как устроена природа (и как происходят природные явления), но по возможности достичь цели, может быть, утопической и дерзкой на вид,— узнать, почему природа является именно такой, а не другой. В этом ученые находят наивысшее удовлетворение. В этом состоит и прометеевский элемент научного творчества».
Значит, Вольта оказался прав, а Гальвани — нет? Что ж, конец истории? Нет, не станем торопиться. Для того чтобы произошло какое-то событие (в том числе и подергивание лягушачьей лапки), необходимо затратить хоть ничтожное, но все же конечное количество энергии. В электрических цепях энергия пропорциональна произведению величины напряжения на силу тока. Следовательно, одного напряжения недостаточно, нужно еще, чтобы в цепи протекал ток.
Составьте последовательную электрическую цепь из металла А, металла Б и какого-нибудь проводника В. Пусть металл А имеет электрохимический потенциал а, металл Б — электрохимический потенциал б, проводник В — электрохимический потенциал в. Проводник В — совсем не обязательно металл, поскольку электрохимическим потенциалом обладает любое вещество.
Посчитайте теперь сумму гальвани-потенциалов. На границе между металлами Л и £ он равен а минус б. Пойдем дальше вдоль последовательной цепи. На границе между Б и В гальвани-потенциал равен б минус в и на границе между В и А он равен в минус а. А в сумме? В сумме нуль. Такой же результат получится, сколько бы проводников вы ни брали и какие бы сложные разветвленные цепи из них ни составляли.