月刊ポピュラーサイエンス/第20巻/1882年4月号/最近の電気の不思議2

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1882年1月4日、芸術協会で行われた講演を、同協会の機関誌から転載

先週、私たちがお会いできたとき、私は、電気が流体であるとか、実際にはどんな種類の物質であるとかいう考えを、皆さんの頭から消し去るように努めました。私は、あらゆる電気現象は、自然界全体に存在し、地球の表面で行われるすべての仕事を生み出し、おそらく生命そのものの根源にある、エネルギーと呼ばれる不思議で神秘的な作用の一形態であると指摘したのです。しかし、電気は、音や光や熱と同じように、あたかも別個の存在であるかのように語ることができる。音や熱は、触ったり、味わったり、見たりすることができないので、電気も同じような性質を持っており、どのような形であれ、目に見えず、感じられない。また、エネルギーを作ることも作ることもできません。宇宙には決まった量のエネルギーがあるだけで、私たちにできることは、先週説明したように、そのエネルギーをさまざまな形に変えることだけです。すべての物理現象は、一つの例外もなく、このエネルギーの単なる変換に帰することができる。前回は、鉄の塊に針金を巻いて電流を流すだけで、電気磁気と呼ばれるエネルギーが発生することをお見せしました。今夜は、このエネルギーが仕事をする他の形態、つまり電気が物質を通して伝わると、何らかの形で仕事をする形態について話さなければなりません。電流が溶液や液体中の化学化合物に流れると、化合物の構成要素を引き裂いて、別の面に配置する作用があります。このことを説明する簡単な方法は、目の前にあるようなガラス瓶に水と2本のガラス管を入れ、それぞれにストップコックを取り付けたものである。水に電流を流すと、水の成分である酸素と水素が分離され、右手または左手の管にそれぞれ逃げ込みます。これらの気体が集められたことを証明するために、火をつけたマッチを水素のタップの上に置くと、水素は引火してその存在を証明する。しかし、マッチを吹き消してすぐに酸素の入った管のタップに差し出すと、その気体はマッチに再び火をつけてその存在を明らかにするのだ。水の中を電気が通過する効果は、この部屋で嵐などが発生し、観客の男の子が全員一方の側に行き、女の子は全員もう一方の側に行くような効果と似ています-ただし、水の中には常に、酸素の1部または容量に対して水素が2部存在することを除いて。電流は水の酸素と水素を引き離すだけでなく、ほとんどの化学化合物の成分を分解し、1秒間に分解された物質の重量は、行われた仕事と流れた電流の正確な尺度である。例えば、硫酸銅の溶液をとって電気を流すと、溶液は銅と硫酸に分解され、電気を流している間に鍵束を溶液に入れると、鍵に銅が沈着する。硫酸銅溶液の代わりに硝酸銀溶液を使えば、鍵や金属片に銀が付着する。ボラス氏のご好意により、この種の実験をお見せすることができますので、今晩の余興の記録とさせていただきます。大きなガラスの皿に液体が入っているのですが、皆さんには水のように見えるでしょうが、実はこれはシアン化銀とカリウムの二重塩の溶液です。この溶液の中に今、私は一枚の銅板を入れました。ご覧のように、この銅板は全体が通常の銅の外観をしています。さて、その銅板を半分まで水に浸している間に、テーブルの上のハンドダイナモ機から液体中に電流を流すと［実験中］、銀のシアン化物が一方ではシアノゲン、他方では銀に分解される。銀のスプーンやさまざまな電気めっきの製品は、先ほどお見せした方法で銀の沈殿を受けます。さて、この小さな発電機のハンドルを回して作動させ、人体のエネルギーを電気エネルギーに変換します。そして、大量の真鍮のボタンを液体に浸し、銀のコーティングを受けたら、講義の終わりに記念品として配布できるよう置いておきます。エルキントン氏のご好意により、部屋の壁に飾ってある電気メッキの美しい標本をお見せすることができます。これは、バーミンガムの同社の工場で、先ほどご覧いただいた電流を流すための手作業を蒸気力に置き換えた以外は、私が説明した工程とまったく同様の工程でメッキが施されたものです。

次に、電気が固体を通過する際に行う仕事について説明します。この仕事の結果は、単に熱の生成です。私の前に2つの真鍮の台がありますが、その間に細いプラチナ線を吊り下げておきます。片方の電池を片方の真鍮の台につなぎ、もう片方の電池をもう片方の真鍮の台に接触させると、プラチナ線が赤く光って見えるのです。そして、電池をプラチナ線に沿って動かすと、プラチナの高温による光はますます強くなり、ついにはある温度（約3000°Fahr.）に達すると、電池は破裂して地面に落ちました。これは、電気が固体伝導体を通過すると熱が発生し、発生する熱量が電池で行われる仕事に比例することを示す証拠である。回路の一部で消費されたエネルギーは、別の場所で放出されなければなりません。もし亜鉛が電池の中で消費されれば、ある量のエネルギーが発生します。そのエネルギーは、回路の他の部分で明らかになるはずです。白金で見た熱は、電池自体の抵抗に比べてかなりの量の抵抗を与える固体導体の中を電流が流れなければ、本当は電池の中で現れたはずの熱だったのです。この熱を発生させる力は、ヒューズの発火など、さまざまな方法で利用されてきた。[全国各地では、この電気ヒューズで時報を発射し、ある時刻にグリニッジの時流を知らせる。地雷や魚雷も同じように爆発させるし、採石場も爆破させるし、その他にも爆発物の中に入れた白金線に電気を通したり、特殊な導火線で多くの結果を出している。私はあなた方を脅したり警戒させたりするつもりはありませんが、あなた方の娯楽のために、アベル教授のご好意で、部屋のあちこちに危険のないように導火線を取り付けておきましたので、そこに小さな電流を流すと、爆発音が聞こえます。このような導火線は何マイルも離れた場所に固定されていても、同じ効果が得られるはずです。このことから、私たちの大型艦船でいかに多くの電荷を発射したり、多くの砲を同時に放つことができるかが理解できるでしょう。

次に、電気が空気や気体の中を通過する際に行われる仕事について説明します。液体を通ると溶液の成分を引き裂き、固体を通ると熱が発生し、空気を通ると熱だけでなく、物質粒子が激しく飛び出して白熱し、火花、熱、その他の破壊的効果をもたらすことをお見せしてきました。このことを説明するために、私はアプス社の誘導コイルを用意した。このコイルには、さまざまな種類の真空管をつなぐことができ、そこにハンドダイナモマシンが作り出す電流を流すことができるのである。[そして、照明を落としながら、さまざまな希ガスを封入した真空管の美しいコレクションを見せました。］ これらの効果は、電気が空気や極度に粘性の高い気体を通過した結果であり、また電気が気体の中で熱、したがって光を発生させる方法を示すものでもある。人工的な照明や暖房の例はすべて、私たちが熱、それも非常に高い温度の熱を作り出すことができるという事実によるものです。金属でも磁器でも、炭素でも石灰でも、すべての物質はまったく同じ温度で発光し始めるというのは不思議なことで、1,000°Fahr.に近い温度、正確には980°Fahr.と思われる。したがって、何らかの方法で物質をこの温度まで上げることができれば、いつでも発光し、光の強さは増し、炭素の場合は約4,000°Fahr.に達すると物質は破壊される。プラチナの場合は、これより低い数値（3,082°）が融解点を示している。電流でこのような高温を得るには、これまでお見せしたものよりももっと高い電気を作る方法を利用しなければなりません。今使った電池は、亜鉛の燃焼によって電流を発生させたものであるが、ここで、先ほど言ったように、筋力がどのようにして電気エネルギーに変換されたかを説明したい。それは、ファラデーが発見した、磁石の球や磁場の中を針金や導線が動くと、電気を帯びるという事実によるものである。私は目の前にある真鍮の棒を手にとって速く動かし、地球の磁場を通過させることによって、ある程度電気を帯びさせることができた。地球は巨大な磁石であることは、船乗りがコンパスを頼りに深海を航行することから、よく知られている。この部屋の空気は地球の磁気の影響下にあり、その影響の中で針金や棒を磁力線に直角に動かすと、電気を帯びるが、その範囲は非常に小さいものでしかない。発生する電流の強さは、磁場の強さと、磁場を横切る導体の移動速度に依存する。また、私の腕の速度で空中を移動させるのではなく、増速機を用いて、ご覧のように、非常に速い速度で移動させるのです。このように、磁場を通して運動することで、起電力が発生するのです。エネルギー源がなければ、継続的な起電力はあり得ません。ここでは、機械的エネルギーが費やされ、電流の生成と維持のためのすべての条件が整っています。ある地点で使われたエネルギーは、別の地点で何らかの形で利用されるはずです。もし利用されなければ、それは無駄になってしまう。しかし、真の経済学者は、可能な限り無駄を少なくしようとします。ハンド・ダイナモ・マシンに接続された2本のワイヤーの間にプラチナ・ワイヤーを置くと、私のアシスタントがハンドルを回すことによって筋肉のエネルギーが電気の流れを生み出し、プラチナ・ワイヤーに赤熱を与えるのがわかる。体のエネルギーは機械に投げ込まれ、機械はそれを電気に変換し、電気は電線を通り、電線はそれに仕事をさせることによって白熱し、その結果、光り輝くようになる。私はここに白金線の入ったランプを持っているが、これをダイナモ・マシンの線に接続すると(これが行われた)、白金は光って私たちに光を与えてくれるのである。テムズ川堤防のアーチの下に設置された、原理的には今皆さんの前にある機械と全く同じもので、蒸気機関（この目的のためにロービー氏が貸してくれた）によって作動し、今この部屋を照らすランプに電気の電流を供給しているのです。これは、この目的のために特別に用意されたわけではなく、入手可能な最良のものであったため、エンジンが不安定になったために生じたものです。実際、農業用の機械である。この種の電気機械には2種類ある。一つは、皆さんの前にあるような磁気機械と呼ばれるもので、強力な永久磁石の存在によって磁場が発生するからで、これは皆さんのほとんどに見えると思いますが、磁化されたいくつかの鉄片からなるものです。もう一つの機械はダイナモ・マシンと呼ばれるもので、磁場は電磁石によって作り出され、電磁石はそれ自身が発生する電流によって励起されるため、一種の蓄積作用がある。ある電流が他の電流に苦痛を積み重ね、それらがすべて一緒になって電磁石に作用して、全体の効果を高め、鉄は磁気で飽和状態にまでなるのだ。電気照明のための電流の生成については、ここまで。磁場を通過する導体の運動は、蒸気機関を作動させるための熱と蒸気を発生させるために消費される石炭のエネルギーによって、あるいはゴダールミングのように、水車にかかる水のエネルギーによって引き起こされるかもしれない。ウィリアム・アームストロング卿は、ニューカッスル・オン・タイン近郊のクレイグサイドにある自邸で、敷地内の滝から発生する電気の流れによって、しばらくの間、自宅を照らしていたそうです。光そのものについては、ランプには2種類ある。電気が空気の中を通ると火花が出ることは、すでに説明し、図解したとおりである。このランプは2本の炭素の棒を2つの真鍮のクリップで挟んでおり（互いに金属的に接続されていない）、動作時には炭素の端が少し離れたところにある。電線を真鍮のクリップにつなぐと電流が流れ、カーボンの点の間の空中に明るい光が瞬時に立ち上がり、アークが形成される。この光は、空中に投射された炭素の粒子が無限に速く通過するためで、白熱状態の高い炭素は光を発生し、その輝きは太陽の光と比較しても遜色がない。もっと大きなアーク灯の光はこれよりずっと明るいだろうが、君たちの目も私の目も傷めたくはないのだ。私は電燈の実験に余念がなく、その明るい光線が目の網膜に及ぼす刺激と興奮の影響で大きな苦痛を受けたので、アーク燈を調べる機会のあるすべての人に、あまり見過ぎないように、さもなければ視力に悪い影響を与えるかもしれない、と忠告している。アーク燈は主として広い範囲を照らすのに使われる。たとえばチャリングクロス駅にはブラシと呼ばれるアーク燈が、キャノンストリート駅にはブロッキーランプと呼ばれるものが、王立取引所の前の空間にはシーメンスのアーク燈が、キングスクロス駅にはクロンプトン計画によるものがある、等々である。パリにあった非常に鮮やかなアークランプはジャスパーライトと呼ばれ、大きな話題を呼んだ。しかし、すべてのアーク灯は、今示した計画に似た1本の糸で動いている。すなわち、2つの炭素片を互いに一定の距離に保ち、その間に電気を流すと、大きな熱と輝かしい光が生じるのである。アークランプには、一般家庭や家庭内で使用するには不利な点がある。光は非常に強烈で、その効果は刺激的である。婦人たちはこれを好まない（この国では彼女たちが強い影響力を持っている）、なぜなら彼女たちの顔色や夜会服のスタイルに合わないからだ。さて、家庭用としてアーク灯に取って代わろうとしているのが白熱灯である。白熱灯の原理は、ベッカー氏のランプでお見せしたものと全く同じです。つまり、空気を抜いたガラス球の中に適当な物質を入れ、そこに電流を流して高温にするのです。この部屋を照らしているランプは、エジソン氏の白熱電球で、その代表者であるジョンソン氏は、この講義のために最も精力的な支援をしてくれている。エジソンランプは、白金線の代わりに細いカーボンフィラメントを一巻きして、使い切ったガラス球の中に入れたものである。カーボンは髪の毛のように非常に細いのですが、その極端な細さにもかかわらず、（ランプをテーブルに叩きつけて）衝撃や揺れで壊れることはなく、大きな弾力性を持っていて、鉄のバネのように振動することがわかります。このランプは、テムズ川堤防にあるエジソンの発電機でつくった電流で動いているのですが、ランプは自分で調整でき、ガス栓のような蛇口をひねって点けたり消したりすることができるのです。ランプに供給される電流が強ければ強いほど、熱と輝きが増す。この目的のために私が持っている器具のハンドルを回して電流の強さを増すと、ガラス管の中に明るい光を形成し、電流量が炭素が耐えられる以上になると、美しい青いヘイズを放射し、その終わりが近いことを示し、（ご覧のように）ランプが壊れ、ランプが消えると、ランプは消える。壊れたランプは、ソケットからネジを外して新しいランプを取り替えると、すぐにすべてが正常になり、明かりが復活する。このランプは水密性だけでなく気密性も高い。これを証明するために、テーブルの上の小さな水槽に点灯したランプを差し込むと、地球が鮮やかに照らされ、そこにいる魚は狼狽というより好奇心を示し、光の輝きによってはっきりと引き出された自分の色をむしろ誇りに思っているように見えるのが分かるだろう。ここにある色水の球体は、どんな鮮やかな効果を生み出すことができるかを示すものだ。電気照明の危険性、使用上の注意についてはよく言われていることだが、電気は使い方を知らなければ非常に危険なものであることは間違いない。劇場や家屋での使用による火災の危険性については聞いたことがある。しかし、私がカンブリックのポケットチーフをランプの周りに置き、電気が通っている間にそれを割ると、火花や火災は一切発生せず、ランプは瞬時に消えることをお見せしたい。また、電線同士が接触してショートしたり、電流が強くなって発熱したり、家屋に火がついたりする危険もある。この危険を回避するために、エジソン氏は「セーフティーキャッチ」を導入した。このセーフティキャッチは、回路に非常に小さな鉛線を挿入したもので、容易に溶断できる。電流が不必要に強くなると、鉛線を通過して溶断点まで加熱し、「セーフティキャッチ」が置かれた部分を破壊して、すべての危険を一挙に排除するのである。他のランプには影響がないのはおわかりだろう。溶断したセーフティーキャッチを良品と交換すると、その破断によって故障したランプは再び点灯するようになる。これはエンジン・ステーションの機械に接続された装置で、ハンドルを動かして回路に一定の抵抗を挿入すると、機械から流れる電流が減少し、かなりの減光が起こります。ハンドルを戻すと、また元の明るさが戻ってくる。これは電灯の完成の最も新しい段階を示すものである。この部屋には明るい光があるが、電灯によって不純なガスが放出されることはなく、空気も汚されることはない。この部屋は暖かいが、その暖かさは人の多さによるもので、電灯の熱によるものではない、しかし、私が言ったように電灯はその光を出すために熱を発生させる。多くの人は、電灯を「冷たい」「元気がない」と言う。しかし、あなたの前にある柔らかくておいしい白熱灯は、最も美しいランプや最も心地よいキャンドルと同じように、目を癒す効果があるのです。

私のテーマの次の、そして最後の部分は、遠方への動力の伝達である。私は、電気の流れがどのように作られるのか、またどのように仕事をするのか、どのように電磁気を発生させるのか、どのように熱を発生させるのか、どのように光を発生させるのかを示しましたが、今度は、このすべてが可逆的であることを示したいと思います。もし、機械的な力を使って電気の流れを作ることができれば、その同じ電気の流れが今度は機械的な力を作り出すことができます。テムズ川の堤防にある発電機から電流を受け取る代わりに、発電機に電流を送ると、発電機は逆に回転するはずである。これはグリスコム氏の発明で、アメリカではミシンを回すのに広く使われている。ハンド・ダイナモ・マシンからの電線をグリスコム・モーターに取り付け、ダイナモのハンドルを回して電流を発生させると、それがモーターに伝わって、ご覧のように高速で回転する。わずかな電流の強さで、これほど大きな運動量が得られるのは驚きである。この例では、2つの機械をつなぐ電線が短いが、機械が数マイル離れていても効果は実質的に同じであったろう。電線を変えることによって、モーターが回転する方向が逆になり、電力を伝達させるだけでなく、その方向を逆転させることができる。この場合、電気は手で発生させるので、その力は小さく、私の力（馬力の12分の1程度）で、モーターの回転を止めることができる。例えば、シャンゼリゼ通りの始点から展示館まで、路面電車の車両がこの目的のために敷かれたレールの上を（時には時速25マイルで）走り、展示会の開催期間中、この車両は7万5千人から8万人の人々を運び、人々は展示館で蒸気によって発生した動力で建物まで運ばれ、線路の遠端まで運ばれたのだ。クリスタル・パレスで開催される電気博覧会では、電気鉄道が展示されることになっており、次の国会に提出される提案の中には、ノーサンバーランド通りとウォータールー駅の間に電気鉄道を建設するプロジェクトが含まれている。パリ展では、農業に携わる進取の気性に富んだ企業が電気による耕作を披露した。実際、岩石穿孔、新聞印刷、ミシンの駆動、刺繍、革細工、ガラス切断、木彫り、昇降機、換気補助など、無数の有用な目的に電気が応用されていることが説明されたのである。これらの展示がどこまで繰り返されるのか、私は水晶院展を非常に楽しみにしている。なぜなら、展示会は関心を呼び起こし、多かれ少なかれ好奇心を刺激して、すべての人が自分の知識を増やそうとするからです。また、電気のような電力の有用な用途が常に拡大されることになります。ある商売をしている人が、別の商売で電気が使われているのを見て、自分の目的にも有用に応用できないかと考えずにはいられないからです。電気が神秘的な機関として語られることもあれば、野生の未開の獣として語られることもある。電気は、無知な人にとっては神秘的であり、未熟な人にとっては未開のものでしかない。電気は、それを理解しようと努力する人には常に従順な奴隷であることを証明しますが、無知な人や未熟な人には非常に危険な味方であることを証明するかもしれませんし、実際に証明されています。