(Публичная лекция К. Чеховича в Оренбургском учительском институте).
Электрическия машины, основанныя на трении изоляторов.
До 1600 года было только известно, что янтарь, натертый сукном, притягивает легкия тела, каковы: пух, волос и др.— Джильберт первый показал, что таким же свойством обладают: алмаз, стекло и некоторые из минералов; причем он утверждал, что смарагд, жемчуг, мрамор, каменная соль и еще некоторыя другия тела, причисляемыя ныне к диэлектрическим, неспособны электризоваться. Очевидно, такое заключение было сделано на основании грубых опытов, какие производил Джильберт; то есть, электризование тел вызывалось посредством трения, а присутствие электричества открывалось притяжением легких тел. Об этих изследованиях знали немногие и опыты Джильберта оставались без дополнений, или даже повторений, почти 30 лет. В то время, очевидно, не придавали особеннаго значения электрическому состоянию тел, а тем более не предполагали, что электричество когда либо будет играть видную роль в общественном быту.
2
Около 1630 года, магдебургский бургомистр О. Герике, известный в свое время изобретатель по некоторым отделам физики, стал повторять опыт Джильберта. Вскоре он нашел необходимым прибегнуть к более сильным действиям электричества; поэтому устроил первую электрическую машину, хотя по сравнению с теперешним понятием о частях и принадлежностях электрических машин, трудно ее назвать машиной. Она состояла из сернаго шара, величиною с детскую головку, насаженнаго на железный стержень, заменяющий рукоятку. Этот шар вставлялся в стойки особеннаго деревяннаго штатива и мог обращаться в них около своей оси (фиг. 1).
В случае надобности шар легко можно было вынуть из стоек, придерживая за железный стержень и подносить его к другим телам Наблюдатель вращал одною рукою шар, а другою натирал его; таким образом происходило электризование шара и он мог тогда притягивать легкия тела. В сухую погоду этот шар издавал особеннаго рода треск, а иногда и светился в темноте. При помощи таким образом наэлектризованнаго шара Герике показывал свои опыты публике, которую в особенности занимала пушинка, отталкиваемая шаром и поддерживаемая долго в воздухе, а также направляемая по желанию экспериментатора. Герике подметил также, что легкия тела, отталкиваемыя серным шаром, могут притягиваться другими телами; он показал, что если наэлектризованный шар прикоснуть к концу льняной нити, то другой ея конец может притягивать легкия тела. Вообще, Герике подметил существование двоякаго рода электричества, передачу электричества чрез тела, электрическия искры и др.,—- но не мог привести всего этого в порядок и дать надлежащее всему определение.
Спустя слишком 70 лет, а именно в 1709 году
3
Гауксби, после многих и разнообразных опытов с шарами из различных веществ, нашел, что стеклянный шар может заступить место сернаго шара в машине Герике, что те же самыя явления притяжения, треска и свечения в темноте могут быть произведены и с стеклянным шаром. Впоследствии он устроил более совершенную машину, в которой, вместо шара, был укреплен на горизонтальной оси стеклянный цилиндр; вращение этого цилиндра производилось при помощи большаго колеса и безконечнаго шнурка (фиг. 2).
Цилиндр натирался ладонью руки, поэтому не мог быть наэлектризованным с достаточною степенью напряжения. Однако и при таком несовершенстве машины Гауксби мог показать некоторыя новыя свойства электричества; в особенности важно было для последующих наблюдений указание, что при трении различных тел получаются разнаго рода электричества. Он же показал, что металлы трением не наэлектризовываются, что влажность мешает хорошему действию электричества и что при нагревании тел и окружающаго пространства степень электризования увеличивается. При помощи своей машины Гауксби получал более сильныя действия электричества нежели с машиной Герике: были наблюдаемы искры и свечение внутри стекляннаго цилиндра. Английские физики Грей и Велер (1729 г.) открыли, что тела могут быть вообще разделены на проводники и непроводники электричества; с тех пор стали уединять такия тела, в которых надобно было сохранить электричество на некоторое время. Однако применение изоляторов к электрическим машинам сделано только спустя 15 лет, а именно в 1743 г. — Гаузен, в Лейпциге, устроил электрическую машину, состоящую из стекляннаго шара, вращающагося на оси при помощи большаго маховаго колеса; к нему подносил электри-
4
зуемое тело, подвешиваемое на шелковинках или даже на крепких шелковых шнурках, когда это тело имело значительный вес (фиг. 3).
Так, например, в одном из опытов перед публикой вместо кондуктора, о котором еще не имели понятия, был подвешен на шелковых шнурках мальчик: наэлектризованный натиранием ладонью экспериментатора шар машины сообщал электричество подвешенному мальчику, который в свою очередь наэлектризовывался и мог производить те же явления, какия производили в то время вообще наэлектризованныя тела, какь напр. притяжение легких тел, передачу электричества другим телам и др. Гаузен производил много опытов перед публикой, и таким образом заинтересовал многих, так что только после его опытов, можно сказать, принялись за изследование электричества; ежегодно появлялись описания опытов с усовершенствованными машинами и приборами.
Бозе (около 1744 г.) заметил, что электрическое действие машины усиливается, если к наэлектризованному ея шару, или цилиндру, прикасаться изолированною свинцовою трубкой и опыты производить уже с этою трубкой. Таким образом была открыта польза и необходимость кондуктора для скопления электричества в машине. Сначала такой кондуктор держали в руках, становясь на изолирующую подставку; потом стали подвешивать ее на шелковых шнурках. Для лучшаго прикосновения кондуктора с наэлектризованным шаром в конец трубки вставлялась кисточка из металлических нитей, которыя, скользя по поверхности шара, собирали на нем свободное электричество.
Бозе также нашел, что если натирающая ладонь принадлежит субъекту изолированному, то машина действует слабее, нежели в том случае, когда субъект не изоли-
5
рован; таким образом было показано, что натирающую поверхность тела следует отводить в землю (по принятому в настоящее время термину).
Между опытами Бозе следует упомянуть о том, по которому он сделал заключение, что наэлектризованныя тела не увеличиваются в весе. При тогдашних средствах заключение можно было сделать только на основании грубых опытов; но и новейшие опыты подтверждают это свойство тел.
Винклер (1744 г.) устроил электрическую машину с 4-мя стеклянными шарами, которые натирались руками двух человек. Но так как это было неудобно, то, по совету лейпцигскаго токаря Рислинга, он заменил руки суконными, или кожаными подушками, которыя прижимались к шарам руками. Впоследствии руки были заменены прижимающими пружинами. Таким образом только в последнем виде прибор мог назваться электрической машиной, как обладающий всеми необходимыми главными частями для получения возможно большаго количества электричества Действительно, машина Винклера (фиг. 4),
снабженная подушками и свинцовой трубкой — кондуктором, давала уже значительныя искры, при благоприятной обстановке. Извлекаемый из машины электрический огонь занимал всех и потому многие стали устраивать машины и производить опыты. Людольф в присутствии членов Берлинской академии — зажег искрой машины эфир; Винклер зажигал спирт (д. б. безводный); Майльс — фосфор и горючие пары; Уатсон — порох и др.
Не смотря на усовершенствованную машину Винклера, аббат Нолле в 1747 г. устроил машину, которой стеклянный шар все еще натирался руками (фиг. 5);
надобно полагать, что в то время научныя известия распространялись медленно.
6
В 1745 г. соборный декан Клейст заметил, что при заряжании гвоздя, вставленнаго в склянку со спиртом, или со ртутью, электричеством машины, можно из него получать очень сильныя искры, по крайней мере таких сильных искр непосредственно из машины получать было невозможно. По всей вероятности Клейст при этом придерживал стклянку влажною рукой. Таким образом была открыта способность банок усиливать электричество; но надлежащаго объяснения причины такого усиливания Клейст не мог придумать, по недостатку сведений относительно свойств электричества. Электрическия банки стали известными только после опытов Мушенбрука (около 1745 г.), голландскаго физика, в Лейдене. Не зная ничего об опытах Клейста, он электризовал воду в склянке при помощи проволоки, проведенной от кондуктора электрической машины; когда же потом, держа одною рукою стклянку, другою прикоснулся к воде, то получил такой сильный толчек, что повторить опыт он не соглашался даже за корону Франции — как он выразился в письме к известному Реомюру, в Париже. С тех, пор, к числу известных уже опытов стали прибавлять еще опыт с электрическою банкой, которая получила название Лейденской.
Мушенбрук пользовался уже усовершенствованной электрической машиной, которая состояла из стекляннаго цилиндра, вращающагося на оси и натирающагося волосяной подушкой (фиг. 6).
Кондуктор этой машины состоял из железной трубки, подвешенной на шелковинках; в конце, прилегающем к вращающемуся цилиндру, вставлялась металлическая кисточка. Такая машина давала уже сама по себе довольно сильныя искры; при помощи же электрической банки действие электричества еще более увеличивалось.
7
Бевис (около 1749 г.) заменил воду в электрических банках дробью, а наружную поверхность покрыл обкладками из оловянных листов; в таком виде банки иногда употребляются и в настоящее время. Уатсон, наконец, заменил дробь внутренней обкладкой тоже из оловянных листов.
Опыты Мушенбрука повторялись с различными варьяциями и приспособлениями, так как они показывали эффектныя явления новой, еще неизследованной силы. К числу более выдающихся приспособлений мы можем отнести прибор нашего академика Эйлера, котораго описание находится в его «письмах к одной немецкой принцессе» (1760—1762 г.).
Прибор Эйлера состоял из двух главных частей: электрической машины и лейденской банки (фиг. 7).
Машина состояла из стекляннаго шара С, вращающагося быстро на оси и натираемаго подушкой D; к нему прикасалась металлическая кисточка, прикрепленная к концу металлической цепочки Q, соединенной с железной трубкой FG, подвешенной на шелковых шнурках. От другого конца этой трубки была проведена цепочка в воду, налитую в банку K, которая была вставлена в лохань А тоже с водою; последняя сообщалась с землею посредством цепочки L, когда надобно было зарядить банку. Разряжение банки производило сильныя действия. Из расположения частей прибора видно, что банка заряжалась по способу, употребляемому и ныне, только самый прибор и его части были громоздки и потому представляли мало удобства для экспериментатора.
Кантон в 1762 г. стал натирать подушки электрической машины оловянной амальгамой, смешанной с мелом; от такого натирания усиливалось действие машины. Впоследствии уже все прибегали к такому способу усиле-
8
ния источника электричества, причем предлагали и другия вещества вместо оловянной амальгамы; так например, долго употребляли сусальное золото для натирания подушек. В настоящее время употребляется для сей цели амальгама Кинмейера, состоящая из 1 ч. олова, 1 ч. цинка и 2 ч. ртути; она в размельченном виде натирается на подушки, слегка покрытыя салом для того, чтобы частицы металла плотно приставали к коже и придерживались на ней.
Электрическия машины с стеклянными кругами вошли в употребление с 1766 года, когда Рамсден дал им вполне удобную форму.
Полагают, что первым изобретателем машины с стеклянным кругом был Планта, который употреблял такую машину еще в 1755 году. Ингенгоуз (1764 г.) тоже имел машину с плоским стеклом. Но образцовой для всех машиной осталась только Рамсдена (фиг. 8).
Она состояла из стекляннаго круга, вращающагося на оси между двумя деревянными стойками А. Вверху и внизу между этими стойками вставлялись подушки, обхватывающия стеклянный круг; легкия пружины прижимали их к кругу. При вращении круга посредством рукоятки поверхность его наэлектризовывалась трением в двух местах, поэтому обе половины круга получали одинаковое свободное электричество, которое следовало собрать на кондуктор. Для сей цели был устроен вилкообразный кондуктор; на концах его, прилегающих к стеклянному кругу, были прикреплены металлическия кисточки. Самый кондуктор был поставлен на стеклянной ножке; он имел вид цилиндра с закругленным концом. Новая переделка этой машины показана на фиг. 9.
В ней вместо одного кондуктора поставлены рядом два; кисточки заменены дугами, обхватывающими обе поверхности стеклян-
9
наго круга для того, что обе поверхности электризуются, следовательно надобно собрать электричество с обеих сторон. Внутренняя часть дуг снабжена маленькими остриями; в прежних экземплярах, которые и теперь еще можно встретить в физических кабинетах, дуги были без острий, машины однакож действовали удовлетворительно.
В период времени от 1750 до 1766 г. было открыто много свойств электричества и применено к устройству машин. Нолле первый заметил, что острия способствуют скорейшему истеканию электричества; Уатсон нашел, что трущую подушку электрических машин надобно отводить в землю; Эпинус, петербургский академик (около 1759 г.), дал довольно обстоятельную теорию электризования чрез влияние; Франклин ясно охарактеризовал двоякаго рода электричество, называя одно положительным (+), а другое отрицательным (- ), вместо существовавшаго до того времени названия: стеклянное и смоляное (по предложению Дюфе). Все эти свойства электричества и наэлектризованных тел применены в машине Рамсдена (фиг. 9). В этой машине две пары подушек a и b, укрепленных в вертикальной вилкообразной стойке; верхняя пара посредством металлической пластинки соединена с медным шаром t, который посредством цепочки можно соединить с землею или с каким либо телом, которому желают сообщить отрицательное электричество. Положительное же электричество собирается на кондукторах А и В, между концами которых вставлена подвижная металлическая перекладинка n, служащая для соединения электричеств обоих кондукторов и для проведения их по назначению. На одном из кондукторов вставлялся простой, бузинный электрометр. Такой экземпляр машины показывает стремление конструк-
10
тора воспользоваться возможно большим числом электризуемых мест для собирания электричества на кондукторе. Не смотря на такое вполне рациональное стремление, последующие конструкторы, однакож довольствовались только одною парой подушек, так как машины такого рода имели более простой вид и допускали лучшую изолировку ея частей. Известно, что свободное электричество теряется в воздух и эта потеря зависит еще от степени его влажности: поэтому натертую поверхность стекляннаго круга машины полезно защищать от непосредственнаго прикосновения с большою массою воздуха; с этою целию натертую часть старались помещать в шелковый чехол. В этом отношении машина Рамсдена должна бы иметь преимущество перед другими, так как наэлектризованная трением поверхность круга остается в ней под непосредственным прикосновением с воздухом только во время четверти оборота. Но с другой стороны, прибавка новой дуги с остриями, или так называемой гребенки. увеличивает потерю электричества чрез истечение его из острий и ослабляет действие машины. Во всяком случае система Рамсдена была довольно распространена, в особенности малые экземпляры приготовляются еще и до сего времени.
Нерн (в 1770 г.) устроил цилиндрическую машину с двумя одинаковой величины кондукторами для того, чтобы получать оба рода электричества. Она состояла из большаго стекляннаго цилиндра, вращающагося на оси посредством рукоятки (фиг 10).
Большие цилиндрические медные кондукторы были поставлены на стеклянных столбиках с двух сторон стекляннаго цилиндра; к одному из них прикреплялась на пружинах подушка, плотно прилегающая к поверхности стекляннаго цилиндра, а к другому — ряд острий, обращенных к той же поверхности.
11
Концы кондукторов были снабжены подвижными дугами для того, чтобы, сближая их, можно было получать между ними искры. При помощи такой машины можно было получать ряд искр, подобно последовательному разряжению лейденской банки, а также удобно пользоваться отдельно кондукторами при изследовании каждаго рода электричества. Но в то же время машина представляла и значительныя неудобства: во первых она была громоздка и по необходимости довольно дорого стоющая; во-вторых, трудно было приготовить такой аккуратный стеклянный цилиндр, чтобы его поверхность могла плотно прилегать к подушке, вследствие чего не вся его поверхность наэлектризовывалась; поэтому такого рода машины скоро уступили место другим, приготовленным из стеклянных кругов, по образцу машин Рамсдена. Затем, обыкновенно электрическия машины устраивали в следующем виде (фиг. 11):
стеклянный круг насаживался на медную ось, которая вкладывалась во втулки, поддерживаемыя двумя крепкими стеклянными столбиками; на одном из концов оси находилась рукоятка; подушки вставлялись в медную вилку, укрепленную на стеклянном столбике, и прижимались к стеклу пружинами; на верхний конец этого столбика навинчивался медный шар, служащий для собирания отрицательнаго электричества. Кондуктор электрической машины укреплялся на стеклянном столбике так, чтобы его один конец был по возможности ближе к краю стекляннаго круга машины: в этот конец вставлялась медная вилка, снабженная остриями, которая обхватывала круг с двух сторон. Этому кондуктору старались дать большие размеры с тем, чтобы побольше собрать электричества на его поверхности. К подушкам прикреплялся чехол, закрывающий натертую часть круга и отчасти защищающий электричество от потери его в воздух. Такия главныя
12
части самых распространенных машин; второстепенныя приспособления служили для большаго удобства, или, по мнению конструкторов, для усиления действия машины; в особенности обращено было внимание, впоследствии, на изолировку частей машины и на увеличение поверхности кондукторов, когда сделалось известным, что электричество распространяется на поверхности тел и от чего зависит потеря электричества в машинах.
Главный кондуктор электрических машин с стеклянными кругами доставлял положительное электричество; если же надобно было получить электричество отрицательное, тогда следовало электризуемое тело соединять с подушками электрической машины, а главный кондуктор отводить в землю. Так как в машинах обыкновенно отрицательный кондуктор состоял из небольшаго шара, то на нем собиралось электричества меньше, нежели на положительном; поэтому с этой стороны машины действовали слабее: вообще, на получение положительнаго электричества обращали больше внимания, а отрицательное электричество, как будто оставалось в пренебрежении. Надобно полагать, что конструкторы не легко отстали от первоначальнаго взгляда на получение электричества трением, мало обращали внимания на то, что при трении оба электричества появляются в одинаковом количестве и что отрицательное электричество по своим достоинствам не ниже положительнаго. Одинаковое приспособление для получения обоих электричеств мы встречаем только в двух машинах Нерна, как было выше показано, и Фан Марума; но эти машины составляют редкость.
Машина Фан Марума состояла из стекляннаго круга (фиг. 12),
вращающагося на оси, поддерживаемой только одним столбиком А. Круг был прикреплен к концу медной оси, которая проходила чрез трубку, прикреплен-
13
ную к столбику А; таким образом круг был подвешен прочно. Столбик А сделан из дерева, так как с этой стороны не заботились о хорошей изолировке.
На конце втулки насажена медная дуга могущая обращаться около этой втулки и быть поставленной в положении горизонтальном или вертикальном. Такая же другая дуга d приделана к кондуктору С, которая могла обращаться около оси и быть поставленной в какое угодно положение относительно горизонтальной плоскости. Концы дуг были снабжены двойными гребенками, обхватывающими стеклянный круг машины. Когда дуга принимала горизонтальное положение, то гребенки прикасались к подушкам машины, прикрепленным к особым столбикам В, В, и занимающим горизонтальное положение. Как подушки, так и кондуктор поддерживались на стеклянных столбиках для возможно лучшей изолировки. Втулка всегда была отведена цепочкой в землю.
Если поставить дугу b горизонтально, а d вертикально, то, при вращении круга, можно на кондукторе получить положительное электричество, так как отрицательное с подушек уходить тогда чрез дугу b во втулку, а оттуда в землю. Если же поставить d горизонтально, а b вертикально, то на том же кондукторе можно получить отрицательное электричество. Эта электрическая машина имела свое значение в случае сравнения электричеств обоего рода, а также и в том случае, когда скоро нужно было переменить род электричества во время опыта.
Когда стало известным, что электричество распространяется по поверхности тел, тогда кондукторам начали давать большую величину, заботясь преимущественно о величине поверхности; с этою целию приготовляли цилиндры, или шары из тонкой жести, внутри пустые; но со временем пришлось убедиться, что большие кондукторы
14
при малых машинах не составляют их улучшения, что вообще кондукторы могут принимать электричество только до насыщения, что наконец большая поверхность тела способствует и большей потере электричества. Поэтому, уже начиная с начала нынешняго столетия, старались усилить действие машин, увеличивая их размеры во всех частях, прибавляя также еще по одному стеклянному кругу. Такия машины составляют редкость, потому что стоили дорого и только немногия учебныя заведения имели возможность приобрести их для соответствующих опытов. К таким машинам относятся: машина института Путей Сообщения в Петербурге, с парой стеклянных кругов, около 6 фут. в диаметре, и машина Лондонскаго Политехническаго музея, с которой работал известный Фарадей; последняя приводилась в движение паровой машиной.
В 1850 году Винтер устроил небольшую электрическую машину, которая однакож действовала не хуже иных больших машин. Главнейшая причина заключалась в хорошей изолировке частей машины, а также в прибавке к положительному кондуктору особеннаго кольца (фиг. 13).
Имея в виду увеличить поверхность кондуктора, Винтер приставил к шарообразному кондуктору кольцо из проволоки, обложенной хорошо полированным деревом, которое защищало металлическую поверхность от непосредственнаго прикосновения с воздухом. Кольцо обнимало довольно большую плоскость и таким образом способствовало накоплению большаго количества электричества. Впрочем, такое приспособление не слишком много увеличивало действие машины: оно скорее дало возможность увеличить кондуктор, сохраняя соразмерность в частях машины. Другое, довольно удачное, изменение заключалось в том, что вместо вилки с гребенками, были применены кольца с остриями, обложенныя лакирован-
15
ным деревом. Эти кольца способствовали более полному переходу электричества на кондуктор, отнимая его от стекляннаго круга довольно широкою полосою, и совершенно разряжая наэлектризованную поверхность этого круга. Машины Винтера довольно распространены в учебных заведениях, составляя как бы первую необходимость небольших физических кабинетов; оне действуют при всякой погоде, хотя с неодинаковым успехом, но достаточно для показания первоначальных опытов.
Все до сих пор разсмотренныя машины были основаны на двух главных началах возбуждения электричества, а именно трении и электризовании чрез влияние; большее или меньшее их действие зависело от более или менее удачнаго применения этих начал.— Трение стекла о кожаныя подушки, покрытыя амальгамой, вызывает на стекле, то есть на вращающемся круге, положительное электричество, которое остается свободным на поверхности этого круга до тех пор, пока не приблизится к гребенке положительнаго кондуктора; здесь оно вызывает чрез влияние два электричества, отрицательное, которое к себе притягивает, и положительное, которое отталкивает. Так как гребенка поставлена близко к наэлектризованной поверхности, то отрицательное электричество при помощи острий легко соединяется с положительным электричеством стекляннаго круга, и таким образом поверхность последняго, по выходе из области действия гребенки, оказывается ненаэлектризованной. Положительное же электричество кондуктора, после соединения и уничтожения отрицательнаго, становится в той же мере свободным и заряжает кондуктор. Из этого следует, что для большаго действия надобно стараться, чтобы по возможности более электричества вызывалось на кондукторе, и чтобы по выходе из области гребенок поверхность стекляннаго круга была
16
свободной от электричества; равным образом и подушки должны быть всегда свободны от электричества, чтобы трение возбуждало новое количество электричества. С этою целию, когда собирается для опыта положительное электричество, то отрицательное подушек должно быть уводимо в землю, и наоборот; можно получать оба электричества в одно время, но машина действует тогда слабо.— Для того, чтобы гребенки отнимали все электричество от круга, полезно давать им размеры побольше; поэтому вполне рационально Винтер устраивает их в виде колец; но в то же время большее число острий производит и большую потерю электричества, так что и в этом отношении приспособление встречает своего рода препятствие.— Увеличение поверхности кондуктора основано на том соображении, что сообщенное телу свободное электричество действует на разстоянии и способно вызывать электричества; но когда поверхность большая, то определенное количество электричества, распространившись на большом пространстве, может производить только слабое наружное действие, так как его в каждом отдельном месте, напр. на единице поверхности, оказывается немного. Следовательно большому кондуктору можно дать значительное количество электричества, покуда его напряжение, или действие на разстоянии, достигнет степени напряжения наэлектризованнаго круга. Но с увеличением поверхности — увеличивается и потеря электричества в воздухе, так что и в этом случае размеры кондуктора имеют своего рода пределы.— Изолировка и состояние окружающаго воздуха имеют также очень большое влияние на действие машин, обыкновенно в сырую погоду все машины действуют слабо.— Вообще размеры кондуктора должны соответствовать величине машин; напрасно было бы присоединять к машинам с малыми кругами большие кондукторы, их действие от это-
17
го не улучшалось бы, все равно кондукторы заряжались бы слабо.
В 1840 г. Армстронг устроил гидроэлектрическую машину. Поводом к тому послужило нечаянное открытие мальчика, наблюдавшаго за ходом паровой машины в мастерской; открывая кран паровика, он получил искру в руку и довольно сильный удар, характеристический при электрических разряжениях. Узнав о таком явлении, Армстронг производил опыты с паровиками, с большим или меньшим успехом, и наконец построил специально для сего приспособленный паровик, производящий электричество. Машина Армстронга состояла из паровика с внутренней топкой (фиг. 14),
поставленнаго на четырех стеклянных столбиках. Паровик был снабжен всеми необходимыми принадлежностями, подобно обыкновенным паровикам; только главный кран для выхода пара был снабжен особеннаго устройства ящиком В с несколькими трубочками, оканчивающимися надставками из твердаго дерева. Внутренний канал каждой надставки имел изогнутый вид. Ящик В собственно окружает трубки, которыя имеют непосредственное соединение с главным краном. В этот ящик наливается холодная вода для того, чтобы пары, выходящие из паровика, немного охлаждались и слегка сгущались, чтобы пар выходил мокрый; такое охлаждение необходимо в виду известных опытов Фарадея, из которых следует, что сухой пар не электризуется при прохождении чрез узкие каналы.— Для извлечения электричества из выходящих паров служит гребенка Р, соединенная с кондуктором А.— Такая машина, построенная для лондонскаго политехническаго института, имела паровик длиною 3 аршина, а выходных трубок было в ней 46; она давала искры длиною в аршин.— Опыты Фарадея показали, что только употребляя
18
чистую воду и надставки трубок из дерева, можно получать сильное развитие электричества в машине; напротив наконечники из слоновой кости, или вода с примесью какой-либо соли, вовсе не развивали электричества. Далее те же опыты показали, что электричество развивается в машине не при испарении воды, но при прохождении паров по извилистым каналам, вследствие чего образуется трение их о стенки каналов. Таким образом и в данном случае трение составляет источник электричества; по Фарадею, именно трение водяных капель о стенки каналов производит электричество.— В случае употребления чистой воды паровик электризуется -Е, а пар +Е. Если к воде паровика прибавить скипидару, то происходит обратное электризование, именно, паровик приобретает +Е, а пар -Е.
Машина Армстронга, не смотря на значительную развиваемую ею силу электричества, не могла найти применения и соответственнаго распространения, потому что не представляла удобства при употреблении, не говоря о значительной ея стоимости. В научном отношении она послужила доказательством, что и газообразныя тела, по-крайней мере если они влажны, способны электризоваться трением. Эта машина послужила поводом к объяснению происхождения электричества в облаках, хотя в настоящее время есть и возражения против такой теории.
Из всего высказаннаго видно, что электрическия машины, исключая последнюю, машину Армстронга, как основанную на совершенно особом источнике электричества, мало подвергались изменениям в течение почти 100 лет, то-есть с 1766 года, что все оне были в главных чертах машины Рамсдена. Конструкторы их заботились по преимуществу о лучшей изолировке частей, об увеличении поверхности главнаго кондуктора, или способствуя отрица-
19
тельному электричеству скоро удаляться из машины и не противодействовать положительному (известно, напр., что Рисс при опытах над статическим электричеством соединял подушки своей машины с водосточными трубами). Дальнейших усовершенствований в электрических машинах не было, потому что и в таком виде оне исполняли свою роль в достаточной степени, а между тем были и другия свойства электричества, которыя необходимо было изследовать: в начале нынешняго столетия появились опыты Гальвано и Вольта, возбудившие всеобщий интерес в ученом мире и открывшие еще более обширное поле для изследования новых особенностей электричества Открытие электричества в движении, так называемаго «динамическаго» повлекло за собою множество его применений, чего электричество статическое предложить не могло; поэтому и в усовершенствовании обыкновенных электрических машин был своего рода застой.
Электрофорныя машины.
В 1865 году Теплер в Риге и Гольц в Берлине одновременно построили электрическия машины на новых началах, и таким образом опять дали повод к изучению и усовершенствованию этих новых машин, представлявших некоторыя интересныя особенности.
В 1775 году Вольта устроил электрофор, прибор, который был способен долго сохранять возбужденное электричество. Устройство его очень просто: смоляной круг и прикладываемый к нему на шелковых шнурках или стеклянной ручке металлический круг — составляли самыя главныя части этого прибора; впоследствии было найдено, что электрофор действует лучше и продолжительнее тогда, когда смоляной круг находится в металлической оправе.— Чтобы заставить электрофор действовать, на-
20
добно поверхность смолянаго круга слегка потереть лисьим мехом, потом положить на него металлический круг, прикоснуться к нему пальцем, а потом поднять его при помощи приделанных к нему шнурков или стеклянной ручки: тогда на нем окажется довольно значительное количество +Е. Повторяя предыдущий опыт сколько угодно раз, можно всякий раз получать то же электричество. Такое действие основано на свойстве непроводников с трудом передавать электричество другим телам, вследствие чего они только вызывают в последних электричество чрез влияние. Если, поэтому, на наэлектризованную поверхность смолянаго круга положить металлический круг, то в последнем вызовутся два электричества: положительное будет притянуто к смоляному кругу, а отрицательное оттолкнуто и сделается свободным. Уведя свободное электричество в землю, получим на металлическом круге только положительное электричество, которое в связанном состоянии может оставаться продолжительное время, так как на него воздух не действует уничтожающим образом. Если поднять металлический круг, то на нем будет свободное положительное электричество, которое можно употребить для опыта; в то же время поверхность смолянаго круга останется наэлектризованной свободным отрицательным электричеством, на которое действует окружающая средина и производит его потерю. Для того, чтобы свободное электричество не оставалось в таком виде и не уменьшалось, полезно его делать опять связанным; с этою целию помещают смоляной круг в металлическую оправу: свободное электричество (-Е) вызывает тогда в оправе два электричества +Е и -Е, из которых первое притягивается и связывается с ним, а второе отталкивается и делается свободным; последнее надобно увести в землю; впрочем оно и само ухо-
21
дит, так как прибор не ставят на изолированныя подставки. Таким образом электричество смолянаго круга становится опять связанным, вследствие чего значительно устраняется его потеря в воздухе.— Когда опять металлический круг прикладывается к наэлектризованной поверхности, то он, как ближе находящийся к наэлектризованной поверхности, электризуется чрез влияние; в то же время на оправе электрофора освобождается +Е; последнее надобно увести в землю, чтобы не препятствовало отрицательному электричеству смолянаго круга вызывать побольше электричества на положенном металлическом круге; можно сделать это проще, соединяя просто рукою свободное +Е оправы с -Е металлическаго круга. Таким образом можно повторять опыт очень большое число раз и всякий раз получать на металлическом круге новое количество электричества.— Электрофор остался учебным прибором и необходимою принадлежностию всякаго физическаго кабинета; было, впрочем время когда его применяли к водородному огниву; но вскоре должны были отказаться от его употребления, потому что очень часто он отказывался от ожидаемых от него услуг, не доставляя достаточнаго количества электричества для зажигания водорода.
Свойство электрофора доставлять продолжительное время электричество, пользуясь одним и тем же источником, нашло применение в устройстве новой электрической машины, без посредства трения. В самом деле, если устроить так, чтобы металлический круг электрофора быстро мог подыматься и опускаться, если в то же время часто производить манипуляцию отведения свободнаго электричества в землю, то можно бы получать ряд быстро следующих разряжений и таким образом заряжать другие приборы более сильным электричеством, нежели сколько может дать один металлический круг электрофора. Теп-
22
лер в 1865 году вполне удачно разрешил задачу подобнаго рода, устроив свою первую электрофорную машину (*).
В первоначальном своем виде эта машина состояла из стекляннаго круга, насаженнаго на вертикальную ось, которая могла быть приводима в быстрое вращение при помощи безконечнаго шнурка (фиг. 15).
Круг был сделан из тонкаго стекла и покрыт лаком. На нижней его поверхности были наклеены два сектора А и С из оловянных листов, занимающие почти по половине круга; между ними оставлен небольшой промежуток по диаметру круга. На верхней стороне этого круга наклеены из оловянных же листов дуги p и q, по окружности, против секторов А и С, с которыми оне соединены металлическими полосками. Под вращающимся кругом был поставлен неподвижный сектор В, стеклянный же, но покрытый на стороне, обращенной к вращающемуся кругу, оловянным листом. Этот сектор поддерживался на 3-х ножках с подъемными винтами для того, чтобы можно было его приближать к вращающемуся кругу, и вообще регулировать его положение. Столбики сделаны из непроводников; к одному из них приделан небольшой кондуктор L, оканчивающийся шариком.— Над вращающимся кругом укреплены в особых изолированных стойках два кондуктора g и h, от которых опускаются до прикосновения с поверхностию круга кисточки, составленныя из металлических нитей, так что во время вращения и перемещения секторов А и С оне скользят по поверхности дуг p и q. Кондукторы g и h могут соединяться посредством металлических острий r и s, или посредством соединительной проволоки, как это бывает в
-----------
(*) Роg. An. 1865. № 8.
23
гальванических элементах.— Действие этой машины было следующаго рода.
Предварительно надобно было сообщить сектору В слабое электричество, для чего достаточно было прикосновения к шарику L натертой палочки сургуча, или пластинки твердаго (роговаго) каучука. Сообщенное таким образом слабое -Е сектору В вызывало в противолежащем секторе вращающагося круга электричество чрез влияние. Пусть в начале движения сектор А находится против В; тогда вызванное на нем +Е свяжется с -Е сектора В, а -Е оттолкнется на дугу q и сделается свободным. Связанное +Е останется таковым и во время вращения круга, покуда сектор А не станет в положение сектора С; тогда уже +Е сделается свободным. Предположим, что вращение круга совершается по направлению часовой стрелки. До начала вращения кисточки кондукторов g и h находились в промежутках между секторами А и C. Когда же круг повернется, то кисточка h сейчас же прикоснется к дуге q и таким образом даст возможность свободному отрицательному электричеству удалиться и собраться на конце кондуктора, например на острие r, и это продолжается до тех пор, пока сектор А не станет в положение С. В этом положении его +Е сделается свободным и по кондуктору g может быть отведено в землю. Если же g не отводить в землю, то на s образуется свободное +Е, при чем на r напряжение уменьшается вдвое. Следовательно на r и s образуются электричества подобно электродам гальваническаго элемента. Когда сектор С занимает место А, то в нем происходит то же самое, что было в А; поэтому кондуктор h опять получает такое же электричество, как и в первом случае. При вращении круга с большой быстротой на кондукторах r и s почти безпрерывно образуются противопо-
24
ложныя электричества, поэтому в соединительной проволоке получается ток, напоминающий отчасти ток электрических элементов; между раздвинутыми остриями r и s получается слабая искра, в виде целаго ряда их, тоже в роде светящаго тока.— Из этого видно, что прибор действует подобно быстро приближающемуся и удаляющемуся металлическому кругу электрофора, что сектор В играет в этом случае роль наэлектризованнаго смолянаго круга, котораго электричество постоянно остается связанным присутствием металлических секторов вращающагося стекляннаго круга.
Так как сектору В сообщается слабое электричество, то и весь прибор действует слабо при описанном его устройстве. Для усиления действия следовало бы сообщить сектору В более сильное электричество; такое приспособление было вскоре сделано в другой машине Теплера, в которой соединены, собственно говоря, две машины первой системы (фиг. 16).
На одной и той же металлической оси были насажены два стеклянные круга, с металлическими секторами А, С, а, с, как в первой машине. Верхний круг был гораздо больше нижняго и служил собственно электрической машиной; нижний же служил для заряжения верхняго.— Все части прибора, относящияся к каждому из кругов были одинаковы, исключая величины, и вообще вся машина представляла из себя соединение двух простых машин.
Предварительно сообщалось слабое электричество постоянному сектору b нижней машины; тогда он чрез влияние возбуждал в секторе а вращающагося круга два электричества: свободное отталкивалось в кондуктор k, откуда оно потом по соединительной проволоке переходило в сектор В верхней машины и заряжало его. Если сектору b было сообщено -Е от натертаго сургуча, то и В по-
25
лучал тоже -Е. Другой кондуктор t нижней машины собирал освободившееся +Е, которое надобно было отводить в землю.— Так как при вращении кругов по кондуктору k прибывает к В всякий раз новое электричество, то он и заряжается сильнее нежели b, а следовательно, в свою очередь, заряжает сильнее и секторы А и С.
Можно усилить и самое действие нижней машины, если соединить кондуктор h верхней, на время, с сектором b; тогда свободное в данном случае -Е станет переходить к b по соединительной проволоке и таким образом увеличивать в нем количество электричества и напряжение сектора b. Таким образом ясно, что машина способна сама себя усиливать, а при достаточном напряжении электричества можно получать между остриями r и s, соединенными с кондукторами h и g, ряд искр, в виде слабо светящейся дуги, или пучка света. Соединяя кондукторы h и g проволоками можно получить электрический ток, который способен производить химическия действия и отклонять магнитную стрелку хорошо изолированнаго гальваноскопа подобно гальваническим элементам.
Машина заряжается только до некоторой степени, потому что заряжение сектора В может быть только до так называемаго насыщения; действие его достигает своего рода максимум, зависящаго от размеров прибора, от степени заряда и от потери в воздух. Но во всяком случае В заряжается несравненно большим количеством электричества, нежели b, хотя бы последний и не был соединен с кондуктором h; поэтому слабое заряжение b, уже значительно усиливается на верхнем круге, и следовательно можно зарядить машину даже очень слабым остатком электричества после долгаго стояния машины в бездействии: стоит только кондуктор h соединить прово-
26
локой с b и некоторое время вращать круги около оси.
Теплер устроил также машину, состоящую из нескольких кругов, насаженных на одну горизонтальную ось, которые заряжались одною простою машиной описаннаго рода (фиг. 17).
На одной оси насажено много стеклянных кругов, b, b, b.... Между ними поставлены секторы из оловянной бумаги, заключенные между двумя стеклами е, е, е....; все они соединены с одним общим кондуктором r. На противоположной стороне оси находятся кондукторы t, t, t.... соединенные вместе одною полоской s, снабженные кисточками, скользящими по накладкам кругов b, b.... Другая система таких кондукторов на чертеже пропущена. Эта машина заряжалась особенною машиной А, В, приводящейся в движение тою же самой осью; она называлась генератором и состояла из обыкновенной машины Теплера, описанной выше (фиг. 16). Такая машина была построена для Рижскаго политехническаго института. Действие этой машины было гораздо больше и ток ея мог быть применен в разных случаях, в которых до сего времени употребляли прибор Румкорфа.— Так как машины Теплера были довольно сложны, то оне не распространились в большом количестве; их можно встретить только в кабинетах высших учебных заведений, обладающих достаточными средствами; к тому же следует прибавить еще, что в то же самое время Гольц построил машину гораздо проще, а между тем сильнее; поэтому на такую машину было обращено особенное внимание.
В 1865 же году появилось в журнале Поггендорфа (Pog. Ann. 1865 № 9) описание новой электрической машины, основанной на электризовании стекла чрез влияние. Первоначально эта машина имела следующее устройство. На горизонтальной оси был посажен круг А из тон-
21
каго листоваго стекла, покрытаго лаком (фиг. 18);
ось приводилась во вращение при помощи безконечнаго шнурка. Параллельно этому кругу был поставлен другой круг В неподвижно. В центре последняго было сделано отверстие, сквозь которое свободно проходила ось вращающагося круга. В этом же круге В были сделаны также два вырезка, диаметрально противоположные друг другу, при которых наклеены бумажные секторы а и b с выступающими бумажными же остриями. Острия обращены в противоположныя стороны. Бумажные секторы, или просто накладки, а также и острия сделаны из тонкаго картона и покрыты лаком. Неподвижный круг должен быть довольно близко к вращающемуся кругу, чтобы влияние накладок было по возможности больше; острия следовало слегка нагибать, чтобы они почти прикасались к вращающемуся кругу, но не скользили по его поверхности.— Накладки были наклеены на наружной поверхности круга В.— Против наружной же поверхности вращающагося круга А были поставлены металлическия гребенки, на высоте, соответствующей положению накладок; от гребенок можно было провести соединительныя проволоки, или, как обыкновенно делается и ныне, устроены были выдвижные кондукторы.— Столбики и скрепления частей машины, которыя должны были передавать электричество, были сделаны из эбонита, то есть твердаго каучука.
Чтобы заставить действовать машину, надобно предварительно сообщить одной из накладок, например а, какое либо электричество и вращать круг против острий, предварительно также соединив и гребенки соединительной проволокой или прямо сдвинув кондукторы до прикосновения. После нескольких оборотов вращающагося колеса машина, при благоприятных условиях, заряжалась так сильно, что можно было раздвинуть кондукторы, и тогда
28
между ними появлялся целый поток быстро следующих одна за другой искр.
Гольц объяснял действие такой машины следующим образом. Предположим, что накладке а сообщено слабое +Е, например при помощи стеклянной палочки, натертой амальгамированной кожей; тогда это +Е действует разъединяющем образом на вращающийся круг А: притягивает к себе -Е, а отталкивает +Е, которое уходит в кондуктор, снабженный гребенкой е. Когда круг А повернется, то -Е, которое было против накладки а в связанном состоянии, частию становится свободным, частию же обратно действует на круг В, вызывает в нем +Е и -Е, и связывается с +Е. Для того, чтобы на время сделать -Е вращающагося круга свободным, необходимо было уничтожить +Е; с этою целию и сделаны прорезы в стекле неподвижнаго круга В. Против этих прорезов связанное -Е вращающагося круга А становится свободным и действует разъединяющим образом на находящееся здесь бумажное острие накладки b: притягивает к себе +Е, с которым соединяется, и отталкивает -Е, которым заряжается накладка b. Таким образом видно, что вторая накладка неподвижнаго круга заряжается сама собою, если только первая а заряжена. Электричество, которое не успело соединиться с +Е острия, уходит в гребенку кондуктора f.
Заряженная накладка b отрицательным электричеством в свою очередь разъединяет электричество вращающагося круга А: притягивает в себе +Е и отталкивает -Е в кондуктор f.— Далее происходит явление, подобное описанному выше, то есть, когда связанное +Е, во время вращения круга А, выходит из сферы действия накладки b, тогда оно частию связывается с вызванным -Е неподвижнаго круга, частию же остается свободным на по-
29
верхности круга А. Когда такое наэлектризованное место подходит к вырезу круга В, тогда +Е становится свободным и действует разъединяющим образом на острие накладки a, притягивает к себе -Е, с которым и соединяется, а отталкивает +Е в накладку а. Таким образом накладка а заряжается уже большим количеством электричества и действует сильнее на вращающийся круг А, вызывая в нем больше электричества, которое в свою очередь сообщает больше электричества накладке b и т. д. Откуда видно, что накладки постепенно заряжаются всякий раз сильнее, следовательно и действие машины усиливается. При довольно быстром вращении круга А можно скоро достигнуть такого большаго напряжения электричества, что можно раздвинуть кондукторы е и f, и между ними станет происходить разряжение противоположных электричеств в виде потока искр.
Вращающийся круг А оказывает значительное влияние на электрическое состояние накладок а и b; в них тоже электричества распадаются на связанныя и свободныя. Покуда напряжение электричества на круге слабее, нежели на накладках, он приобретает все более и более электричества; но в то же время и его действие на накладки усиливается, то есть круг начинает противодействовать накладкам и ослаблять их действие; поэтому машина достигает, довольно скоро, своего предельнаго действия, а может случиться и так, что машина переменит род электричества.— Это последнее обстоятельство было замечено вскоре; поэтому Гольц, после многих опытов, впоследствии сделал некоторыя изменения в частях машины для воспрепятствования обращения тока во время опытов.
Машина Гольца, подобно машине Теплера, не давала перескакивающих искр и сильных разряжений, покуда к
30
ней не прибавили конденсатора.— Первоначальный конденсатор к машине состоял из стеклянной трубки, в которой внутри и снаружи были наклеены полоски из оловянных листов; около концов трубки были деревянныя оправы, в которых находились кружки из оловянных же листочков, из которых один был соединен с внутренней, а другой с внешней обкладкой трубки. Такая трубка прикладывалась кружками к кондукторам и сгущала образующееся на них электричество. Разряжение между кондукторами могло тогда происходить только в виде отдельных искр, когда напряжение электричества достигало такой степени, что могло пробивать слой воздуха.
В настоящее время конденсацию электричества на кондукторах производят гораздо лучше и удобнее при помощи двух лейденских банок, подвешенных на кондукторах. При описании следующих, измененных машин Гольца будут показаны именно такия банки, а вместе с тем обозначены и их соединения.
Сильныя действия машины Гольца возбудили интерес в ученом мире; изследователи приискивали надлежащия для них объяснения, а вместе с тем и придумывали способы к устранению замеченных недостатков, которые были довольно скоро обнаружены. Недостаток этих машин заключался в том, что их зарядить не легко, в особенности летом; в сырую же погоду оне, можно сказать, совершенно отказываются действовать. Равным образом следует соблюдать, чтобы вращение круга А происходило против острий; если же во время действия машины по какой либо причине круг повернется в противную сторону, то машина быстро разрядится и зарядить ее снова чрезвычайно трудно; приходится прибегать к сильным заряжающим источникам. Прилагаемыя обыкновенно к
31
машинам каучуковыя пластинки для заряжения накладок оказываются достаточными только в сухую погоду, как это бывает зимою, в хорошо нагретых комнатах. Но всего надежнее действовали и действуют только электрическия машины с трением для заряжения машин Гольца, потому что доставляют довольно сильный источник электричества; поэтому были впоследствии приготовляемы ручныя электрическия машинки из каучуковых кругов, которыя заменяли собою обыкновенныя каучуковыя пластинки. Одна из таких машинок представлена на фиг. 19.
Она состоит из каучуковой (эбонитовой) вилкообразной полоски А, с рукояткой; внутри вилки вставлен кружок С с желобком для безконечнаго шнурка; он может вращаться около оси при помощи маленькой рукоятки. Далее в той же вилке поставлен на оси эбонитовый круг D, который с двух сторон натирается небольшими подушками а и наэлектризовывается. На конце вилки находится небольшой кондуктор В снабженный остриями, обращенными к поверхности круга D, для собирания электричества. При вращении круга С безконечный шнурок, обхватывающий ось круга В, приводит его во вращение; таким образом этот круг наэлектризовывается трением и сообщает кондуктору В отрицательное электричество, которым можно уже заряжать накладки машины Гольца.
В 1886 году французские механики Пич и Берч упростили машину Гольца, устранив второй, неподвижный круг. В машине Пича вращающийся круг был сделан из картона; у Берча же — из эбонита. Первая оказалась значительно слабее последней, поэтому не нашла применения; но в то же время она послужила доказательством, что и картон способен составить материал для приготовления электрических машин.
32
Машина Берча состояла из одного эбонитоваго круга, вращающагося на металлической оси, при помощи особаго колеса и безконечнаго шнурка (фиг. 20).
К нижней части этого круга был приставлен эбонитовый сектор Е довольно близко, но без прикосновения к вращающемуся кругу; он натирался лисьим мехом, или сукном, заряжался таким образом отрицательным электричеством и служил источником возбуждения электричества в кондукторах а и b, с гребенками m и n, поставленных по другую сторону вращающагося круга перпендикулярно к ея поверхности.
В такой машине наэлектризованный отрицательным электричеством сектор Е вызывает в гребенке n положительное электричество, распространяющееся по поверхности вращающагося круга, а отталкивает положительное электричество к концу кондуктора b. При дальнейшем повороте круга наэлектризованная его поверхность положительным электричеством вызывает в гребенке m отрицательное электричество, с которым и соединяется, а отталкивает положительное электричество к концу кондуктора а. Таким образом оба кондуктора а и b заряжаются разноименными электричествами.
Вращающийся круг, после прохождения мимо гребенки m, становится не наэлектризованным; поэтому под влиянием сектора Е может снова наэлектризоваться и зарядить b и a, и т. д.
Из этого видно, что сектор Е, в данном случае, заменяет собою подушки обыкновенной электрической машины; только здесь главным источником возбуждения электричества служит наведение.
Если кондукторы а и b не соединены между собою металлическою дугой, то они скоро заряжаются до насыщения, именно когда напряжение на них электричества сделается
33
равным напряжению на секторе Е. Если концы а и b кондукторов сблизить до некотораго разстояния, при котором может перескакивать искра, то машина тогда даст ряд быстро следующих одно за другим разряжений, в виде световой, впрочем довольно слабой, дуги. Для усиления действия приставляется к кондукторам конденсатор К, состоящий из двух стеклянных цилиндров, склеенных днами и образующих один сложный цилиндр. Внутри цилиндров наклеена оловянная обкладка; снаружи наложена одна общая оловянная же обкладка. В открытые концы цилиндров вставлены пробки, сквозь которыя проходят медные стержни до дна. Наружные концы этих стержней загнуты в виде крючков, посредством которых конденсатор подвешивается к кондукторам. Из этого видно, что конденсатор собственно состоит из двух лейденских банок, которых внешния обкладки соединены между собою. Накопляющееся в кондукторах электричество связывается в конденсаторе до тех пор, пока между его концами не наступит разряжение.
Машина Берча могла служить для получения одного только электричества, преимущественно положительнаго; тогда отрицательный кондуктор отводился цепочкой в землю и снимался конденсатор. Для собирания большаго количества этого положительнаго электричества в одном из экземпляров машин был приставлен кондуктор А с большою поверхностию.
Машина Берча по своему устройству и манипуляции проще машины Гольца, но слабее последней, так как в ней не достает приспособления к самоусилению; первоначальный заряд сектора Е удерживается только вследствие известнаго свойства связанных электричеств медленно теряться в окружающую среду.
Карре (в 1867 году) изменил машину Берча глав-
34
ным образом в том смысле, что сектор Е был заменен эбонитовым кругом, натиравшимся двумя подушками. Соединение таким образом новой системы с прежнею имело то преимущество, что в данном случае возбудитель электричества был сильнее и не ослабевал, по-крайней мере скоро, как было в машине Берча, так как электричество в нем возобновлялось трением.— Машина Карре представлена на фиг. 21.
Она состоит из двух кругов А и В, вращающихся на горизонтальных осях с неодинаковою скоростию, в разныя стороны. Круг А состоит из стекла, круг В из эбонита. Первый натирается подушками F и приводится во вращение рукояткой М. Круг В приводится в быстрое вращение колесом N и безконечным шнурком. Оба круга поддерживаются двумя столбиками а и b первый сделан из стекла, а второй из эбонита. На верху этих столбиков укреплен кондуктор CD; от него опускается гребенка g, состоящая из ряда острий спереди круга и изолированной пластинки p, на которой наклеена зубчатая полоска бумаги. Другая гребенка n находится на конце нижняго кондуктора, против стекляннаго круга А. Последний кондуктор может быть отведен помощию цепочки в землю.
Действие машины Карре основано на тех же началах, как и машины Берча, с тою только разницей, что возбудитель заряжался положительным электричеством, а притом заряжался гораздо сильнее и этот заряд поддерживался во все время действия машины. Эта машина была приспособлена к доставлению отрицательнаго электричества, по преимуществу.— Она мало чувствительна к перемене состояния влажности воздуха, и доставляла довольно большое количество статическаго электричества, а с прибавкой конденсатора мало уступала машине Гольца.
Кундт (в 1868 г. Pog. An. № 11) построил маши-
35
ну смешанной системы. Она состояла из стекляннаго круга А (фиг. 22),
быстро вращающагося на оси. Этот круг натирался с одной стороны амальгамированной подушкой С, снабженной шелковой покрышкой над вращающимся кругом, для предохранения натертой поверхности стекла от влияния влажнаго воздуха. Против натирающей подушки С, с другой стороны круга А, находилась гребенка одного кондуктора a; другая такая же гребенка была поставлена по другую сторону оси, на том же диаметре, в 180° от первой.— Круг А приводился в быстрое вращательное движение при помощи колеса и безконечнаго шнурка.
Действие этой машины основано на следующем: при вращении круга А поверхность его, прикасающаяся к подушке, наэлектризовывается положительным электричеством +Е, подушка же тогда получает -Е. Эта наэлектризованная +Е поверхность круга, подходя к гребенке m притягивает к себе из нея -Е и соединяется, а другое +Е отталкивает в кондуктор b. Так как на одной поверхности круга, по выходе из пределов гребенки m, оказывается +Е, а на другой -Е, то оба электричества связываются; но на передней поверхности, обращенной к гребенке получается больше -Е, потому что она электризуется под влиянием проводника с остриями; следовательно на ней получается избыток -Е, между тем как на задней поверхности все +Е связано. Таким образом кондуктор a посредством гребенки n может приобресть еще -Е и усилиться.— С этого момента собственно начинается действие машины. Под влиянием подушки, наэлектризованной -Е, притягивается положительное +Е гребенки, которое распространяется по поверхности круга, так что, когда круг выходит из подушки, то обе его поверхности оказываются вверху наэлектризованными +Е. Переднее электричество, как свободное, переходит непосредственно
36
в кондуктор b, а заднее вызывает в гребенке чрез влияние -Е, которое стекает на поверхность круга и связывается с +Е задней его поверхности; другое же +Е отталкивается на кондуктор b. Предполагая вращение круга по направлению часовой стрелки, вся его верхняя половина оказывается тогда наэлектризованною +Е, которое может быть легко обнаружено при помощи электроскопа; нижняя же половина круга обладает на передней стороне -Е, а на задней +Е, которыя обнаружить очень трудно, так как они взаимно связаны. Когда связанныя электричества подходят к подушке и к противолежащей ей гребенке, то +Е, прикасаясь к подушке частию связывается с находящимся там -Е, частию соединяется, а в то же время бывшее связанным -Е передней поверхности становится свободным и переходит в кондуктор а. Такое распределение электричества показывает, что машина способна доставлять больше +Е, нежели -Е; к кондуктору а подносится электричество -Е с одной стороны, а кондуктору b передается +Е с двух сторон круга.
Без лейденской банки машина давала разряжение в виде толстой, красноватой, почти безпрерывной искры; с присоединением же банки получались перескакивающия, блестящия, но небольшия искры. Вообще, машина Кундта действовала слабее, нежели машина Гольца таких же размеров.
Впоследствии Кундт прибавил еще одну гребенку, внизу, между главными кондукторами и соединил ее с отрицательным кондуктором; тогда машина стала действовать сильнее. Эта гребенка была назначена для собирания свободнаго -Е, чтобы оно не противодействовало влиянию такого же электричества подушки.
Такая машина неспособна к самоусилению и требовала притом аккуратнаго устройства всех ея частей, так
37
как трение подушки с одной только стороны круга легко могло служить причиной его искривления и неправильнаго движения.
К разряду смешанных типов электрических машин относится машина Винтера (Carl Rep. d. Ph. 1869. VI). Она в главных чертах напоминает машину Карре, только сложнее последней, потому что в ней много приспособлений для более полнаго действия. Она мало известна в применении, поэтому не нахожу необходимым вдаваться в подробности описания.
В 1869 году Гольц построил свою машину с поперечным металлическим, подвижным кондуктором, основываясь на опытах Поггендорфа. Последний приставил поперечный неподвижный кондуктор под углом 45° к диаметру, по которому расположены главныя гребенки. Цель такого кондуктора, по мнению упомянутых лиц, заключалась в предупреждении нередко случающихся перезаряжений машины, то есть перемены рода электричества на кондукторах во время действия машины.— Гольц удлинил бумажныя накладки на неподвижном круге почти до 90°; отверстия в круге, постоянном, не доходили до его краев (фиг. 23).
Кроме сего машине придана упрощенная форма, а именно вращающийся круг и двигательное колесо поддерживались каждый только одним столбиком; рукоятка двигательнаго колеса помещалась с той стороны, с которой помещались кондукторы; поэтому экспериментатор удобно мог вращать сам одною рукой колесо, а другой производить опыт, раздвигать кондукторы и наблюдать появление и самый вид искр. Внизу, под кондукторами были поставлены столбики p и q с надвигающимися на них металлическими трубками; они составляли вертикальные кондукторы и служили для передачи электриче-
38
ства на некоторое разстояние при помощи соединительных проволок.
В таком виде машина нашла себе большое применение, в особенности малые ея экземпляры, в кабинетах средних и низших учебных заведений.
К кондукторам а и b приставляются лейденския банки, если требуется получать сильныя, блестящия искры.
Кайзер (Carls. Rep. d. Ph. 1869. VІ) построил двойную машину Гольца с двумя вращающимися стеклянными кругами, между которыми был поставлена, один стеклянный неподвижный круг, снабженный накладками и прорезами, как обыкновенно делают в электрофорных машинах. Кондукторы были снабжены вилкообразными гребенками, обхватывавшими подвижные круги с двух внешних сторон (фиг. 24).
В остальном устройство сходно с обыкновенными машинами Гольца; прибавлена только внизу столика лампа для согревания окружающаго воздуха в сырую погоду. Насколько улучшилось действие машины в описании ея, по указанному источнику, ничего не сказано; надобно полагать, что оно было удовлетворительно. В следующем, 1870 году, Штаудигль построил также двойную машину системы Гольца (фиг. 25),
которая разнилась от предыдущей машины только прибавкой поперечных гребенок, для воспрепятствования перезаряжания, как сказано в описании ея устройства (Carls Rep. d. Ph. 1870, II). В машине Штаудигля 6 гребенок, соединенных попарно металлическими дугами: две пары, а и b, составляют части положительнаго и отрицательнаго кондукторов; третья пара находится на подвижном стержне, который может быть поставлен под каким угодно углом с диаметром, соединяющим концы кондукторов.— Опыт показал, что наилучшее действие машины бывает тогда, когда этот угол составляет 70°.— Подвижной кондуктор
39
соединялся проволокой с отрицательным кондуктором.— Судя по описанию, действие машины было вполне удовлетворительно, так как при диаметре стекляннаго круга в 12 дюймов, опа давала искры в 6 дюймов длины.
В том же 1870 г. Бушотт (Comp. rend. LХХ) построил машину Гольца с таким изменением, что вместо вырезов в постоянном круге поставил на тех же местах острия, обращенныя к поверхности подвижнаго круга, и соединил их полосками оловяннаго листа с бумажными накладками. Действие от такого изменения не улучшилось, но с практической стороны такое упрощение имело свое значение.
В том-же, 1870 году, Карль построил машину, составленную из двух пар кругов (Carls Rep. d. Ph. III). Она соединяла таким образом в себе две машины системы Гольца (фиг. 26).
— Два неподвижные круга занимали средину и отстояли друг от друга на 1 до 2 дюймов; бумажныя накладки находились на сторонах, обнимающих этот промежуток: поэтому натертая эбонитовая пластинка, вставленная в промежуток между постоянными кругами, заряжала их в одно время одинаковым электричеством. Накладки в свою очередь вызывали в подвижных кругах одноименное электричество. Каждый из двух кондукторов был снабжен дугообразной гребенкой, которыя собирали электричества с поверхностей подвижных кругов и передавали их по назначению. Концы кондукторов были снабжены выдвижными стержнями с изолированными рукоятками. На кондукторы были навешены лейденския банки, для сгущения электричества и разряжения с большим напряжением. Так как на одном кондукторе собирается +Е, а на другом -Е, то банки внутри заряжаются разноименными электричествами; свободныя электричества на внешних обкладках тоже разноименны, поэтому, вместо отведения
40
каждой из них в землю, внешния обкладки были соединены между собою металлическою полоской. Когда банки заряжаются, то свободныя электричества на внешних обкладках соединяются между собою по соединительной пластинке; когда же банки разряжаются в виде искры, перескакивающей между внутренними обкладками, тогда освободившияся электричества внешних обкладок соединяются между собою по гой же соединительной полоске.— Машина Карля действовала прекрасно; поэтому она довольно быстро распространилась по кабинетам учебных заведений. Занимая немного места, она действовала так, как две машины одной системы, одинаковых размеров, а может быть и лучше.
Профессор Шведов построил очень интересную электрофорную машину, которая могла, по желанию, доставлять электричество или большаго напряжения, или большаго количества (см. «о законах превращения электричества в теплоту» Шведова, Одесса 1870 г.). Она состоит из двух вращающихся на одной оси стеклянных кругов А и В (фиг. 27),
укрепленных на некотором друг от друга разстоянии посредством эбонитовых втулок.— Обратим особенное внимание на главныя части, оставляя в стороне прочия приспособления, более или менее общия для всех подобнаго рода машин.
Назовем часть машины, содержащую в себе подвижные кондукторы а и b переднею, а вторую, содержащую в себе другой вращающийся круг В — заднею; на этой стороне находятся колеса для приведения кругов машины в движение.
Позади передняго круга А поставлена пара стеклянных секторов, содержащих при вершине, обращенной к оси вращения, углы тупые; поэтому они, укрепленные неподвижно в особых стойках, составляют как бы один
41
круг, с двумя вырезками по одному диаметру, подобно тому как сделано в постоянном круге первой машины Гольца (фиг. 27 (х)). На секторах нет накладок.— Перед кругом А укреплены на эбонитовых подставках четыре гребенки: две горизонтальныя m, n, и две вертикальныя p и q; последния соединены между собою проволокою и составляют таким образом известный поперечный кондуктор машины Гольца, новейшей конструкции.
Позади неподвижных секторов приставлены еще две гребенки r и s, соединенныя с гребенками m и n толстою медною проволокой, так, что оне составляют вместе с m и n изогнутые кондукторы, mr и ns.
Кондукторы а и b, или разрядник, могут быть подвинуты и поставлены в произвольном разстоянии от гребенок m и n.
Описанная часть машины представляет собою электрофорную машину, способную доставлять электричество большаго напряжения, подобно машине Гольца.
Заряжение этой машины производится следующим образом: предварительно удаляется разрядник а и b от гребенок m, n на разстояние около 4мм, и оставляется в таком положении во все время действия машины. Затем, наэлектризованную трением эбонитовую пластинку надобно поднести к заднему сектору в том месте, где находится прорез. Пусть будет это место против гребенки m и вращение круга происходит против часовой стрелки. Тогда -Е каучуковой пластинки вызовет в m электричество +Е, которое перейдет и на вращающийся круг, а -Е оттолкнется по изогнутому кондуктору в гребенку r; в этом месте скопляющееся электричество -Е вызовет в противолежащей гребенке p два электричества +Е, которое перейдет на вращающийся круг, и -Е, которое оттолкнется и перейдет в гребенку q. Таким образом
42
после перваго полуоборота верхняя половина круга А будет содержать свободное +Е, внизу же будет в последней его четверти, считая против часовой стрелки от начала движения, -Е, которое частию переходит из гребенки q на поверхность круга.— Гребенка q действует разлагающим образом на гребенку s, притягивает +Е и отталкивает по проволоке в гребенку n -Е, заряжая ее электричеством противоположным электричеству m. Далее, верхняя часть круга, содержащая свободное +Е, подходя к гребенке n, частию нейтрализуется, но большею частию передает +Е и отталкивает его в гребенку s, усиливая ея заряд.— Таким образом, продолжая вращать круг, можно усилить заряжение как его передней поверхности, так и гребенок m и n настолько, что между последними, как содержащими противоположныя электричества, может происходить разряжение в виде тока искр. Когда заметно уже, по треску, достаточное заряжение, тогда следует удалить заряжающую каучуковую пластинку, потому что машина сама способна поддерживать заряд и даже усиливаться. Постоянное самозаряжение обусловливается присутствием свободных электричеств в кондукторах mr, ns, которые при достаточном заряжении машины обнаруживают во всей поверхности своей одинаковое электричество, в mr отрицательное, а в ns положительное. Во время действия машины четверть круга между q и m заряжена -Е, а между р и n +Е.— Между m и p, n и q нейтрализовано место.
Верхний стеклянный сектор, позади вращающагося круга, заряжен -Е, а нижний +Е; это заряжение их происходит вследствие постепеннаго стекания электричеств с гребенок r и s на заднюю их поверхность.
Таким образом видно, что первая описанная часть машины способна давать электричество большаго напряжения
43
и может употребляться для сей цели отдельно, без помощи втораго круга и его приспособлений.
Вторая часть машины состоит из вращающагося круга В, перед которым поставлено пара стеклянных секторов (фиг. 27 y), из которых верхний b содержит около 300°, а нижний почти 60°; между ними оставлен незначительный промежуток, образующий прорез, по радиусам. На передней стороне секторов наклеено, по направлению радиусов, 12 бумажных полосок, 1, 2, 3....12, из которых 6 нечетных, 1-я, 3-я, ...11-я, соединены между собою проволоками, покрытыми пластическим каучуком; точно также соединены и остальныя 6 бумажек. Против этих бумажек, позади вращающагося круга В, поставлено 12 гребенок, ввинченных в эбонитовое кольцо, состоящее из двух половинок, разнимающихся по надобности. Эти гребенки тоже соединены между собою проволоками: четныя между собою и нечетныя отдельно тоже между собою (фиг. 27 z). Такая звезда поддерживается эбонитовыми вилкообразными подставками, пропущенными на чертеже.
Для заряжения этой второй машины надобно поступать следующим образом. Предварительно следует удалить разрядник ab по возможности дальше от m, n; потом одну из четных бумажных полосок, посредством проволоки, покрытой каучуком, соединить с кондуктором mr, а одну из нечетных бумажек соединить с кондуктором ns.— Если передняя система не заряжена, то надобно зарядить ее указанным образом, поднося наэлектризованную эбонитовую пластинку.— Вследствие заряжения кондукторов mr и ns противоположными электричествами, все четныя бумажки получают одно, а нечетныя противоположное ему электричество. От действия полосок заряжаются и противолежащия гребенки звезды, которыя попе-
44
ременно приобретают противоположныя электричества. Так как эти гребенки соединены между собою попеременно, то можно соединить одну из четных гребенок с полюсом разрядника, а одну из нечетных соединить с другим полюсом того же прибора: оба полюса получат противоположныя электричества слабаго напряжения; но при соединении этих полюсов можно получить продолжительный, мало - прерывистый ток. При помощи такого приспособления можно получить ток способный действовать химически, отклонять магнитную стрелку, и вообще уподобляющийся току гальванических элементов.
Машина способна перезаряжаться, и даже довольно легко. Описанное выше действие частей машины неполное; на деле примешиваются еще и побочныя обстоятельства. Так, например, вследствие накопленнаго электричества на гребенке r происходит заряжение слоя воздуха, заключеннаго между вращающимся кругом и сектором, по закону электризования чрез влияние: отрицательное электричество (-Е) этой гребенки притягивает из воздуха положительное +Е на поверхность сектора, а отрицательное в то же время заряжает заднюю поверхность вращающагося круга. Заряжение это не сильно, однако влияние +Е на -Е гребенки уменьшает действие последняго на гребенку p. Если же рукою снять -Е с гребенки r, тогда наэлектризованная поверхность сектора положительным электричеством, действуя на гребенку p, притягивает отрицательное электричество на вращающийся круг и следовательно его заряжает в смысле противоположном прежнему. Тоже самое происходит и в нижней половине этого круга. Следовательно, вообще, вся машина приобретает электричества обратныя прежним, т. е. она перезаряжается.
При внимательном разсмотрении этой машины оказывается, что гребенки r, s, p, q служат для заряжения; так, под влиянием r гребенка p сообщает передней поверхно-
45
сти круга свободное +Е, которое потом заряжает гребенку s, само нейтрализуясь под гребенкой n; подобным образом s, действуя на r, сообщает передней поверхности вращающагося круга -Е, которое заряжает гребенку r тем же электричеством, а само нейтрализуется в m. Следовательно r и s заменяют собою накладки, а m и n острия их в машине Гольца.
Несмотря на большое число гребенок, а следовательно и острий, машина действовала очень сильно, в чем могли убедиться члены 2-го съезда русских естествоиспытателей в Москве.
Лейзер (Carls Rep. d. Ph. VI 1873) заменил неподвижный круг машины Гольца прямоугольной стеклянной плитой, в видах упрощения и удешевления прибора (фиг. 28);
но в то же время пришлось сделать довольно значительныя перемены во второстепенных частях.— Эта машина состояла из вращающагося стекляннаго круга А и неподвижной стеклянной плиты В, на которой были наклеены накладки а и b из оловянных листов. Эти накладки имели особую форму, как показывает фигура 28. Оне наложены диагонально и оканчивались серебряными остриями, обращенными к вращающемуся кругу. Против накладок а и b, с наружной поверхности круга поставлены гребенки α и β, соединенныя между собою проволокой. Вне стеклянной плиты, с той же самой стороны, на которой были накладки, поставлены кондукторы с гребенками m и n. В этом отношении машина разнится от обыкновенных электрофорных машин; в последних электричество собирается с поверхности противоположной неподвижному кругу, между тем, как в описываемой оно получается на стороне, обращенной к накладкам. В остальных частях машина не представляет никакой особенности. Круг поддерживается одним столбиком, колесо, враща-
46
ющее стеклянный круг, помещено по правую руку экспериментатора, позади машины, с тем чтобы производящему опыты можно было самому стоять за машиной и собою не закрывать кондукторов от зрителей: машина, следовательно, была предназначена специально для лекционных опытов.
Действие машины основано на следующем. Предварительно надобно сообщить какой нибудь из двух накладок электричество от посторонняго источника. Пусть, например, а наэлектризовано +Е; тогда она вызовет в гребенке α, лежащей позади вращающагося круга, -Е и +Е: первое наэлектризует поверхность этого круга отрицательным электричеством, а второе оттолкнется по соединительной дуге между α и β. От перваго наэлектризуется -Е поверхность подвижнаго круга. Если вращение этого круга происходит по часовой стрелке, то -Е, по выходе наэлектризованной поверхности из области стеклянной плиты, сделается свободным и посредством острий наэлектризует накладку b. Поэтому внизу плиты действие электричества на подвижной круг такое же, как и вверху, только здесь электричество противоположнаго знака. При дальнейшем вращении круга острие y приобретает +Е и передает его накладке a, вследствие чего действие последней усиливается. Следовательно с каждым новым оборотом круга накладки заряжаются все большим и большим количеством электричества; оттого и машина становится сильнее, или, другими словами, машина способна к самоусилению.— Так как острия не уничтожают всего освободившагося на круге электричества, напротив главная его масса остается свободной на поверхности вращающагося круга, то гребенки m и n кондукторов получают значительное количество электричества, так что между концами этих кондукторов можно получать искры. По-
47
верхность круга, по выходе из пределов гребенок, оказывается не наэлектризованной; поэтому она способна к новому заряжению под влиянием накладок.
Судя по устройству, машина Лейзера могла бы действовать сильнее, если бы гребенки m и n обхватывали круг с обеих сторон.
Гребенки α и β не изолированы; оне прикреплены к стойке, поддерживающей ось, на которой вращается электризующийся стеклянный круг, потому что оне назначены не для собирания, но для удаления электричества.
Прибавление лейденских банок к кондукторам усиливало действие машины.— Оказалось, что такая машина действовала слабее обыкновенных машин Гольца; поэтому не заменила последних на практике.
Особенный интерес в свое время возбуждала машина Теплова (около 1875 г.) (фиг. 29).
Описание и теория этой машины помещены в брошюре Теплова под заглавием: «теория и конструкция электрофорных машин».— Главныя части этой машины устроены по системе Гольца; в ней тоже два круга А и В, подвижной и неподвижный. На круге А наклеены бумажныя накладки, оканчивающияся остриями r и s, которыя могут быть поставлены как угодно близко к поверхности вращающагося круга. В постоянном круге сделаны прорезы, как и в машине Гольца; накладки имеют особую форму, состоящую из дуг, соединящих по 3 сектора. К кондукторам присоединены большия лейденския банки М и N, помещенныя в ящике, служащем подставкой для осей машин. Против бумажных секторов, на наружной стороне подвижнаго круга поставлены гребенки a, b, c, d, e, f, из которых первыя две присоединены к кондукторам, а последния 4 соединены по парно металлическими дугами df и ce. Накладки занимали больше 90°, так что между радиусами, прове-
48
денными чрез их концы, заключался угол = 105°.— Машина Теплова действовала очень хорошо, но не нашла желательнаго применения.
Все до сих пор разсмотренныя машины в большей или меньшей степени удовлетворяли своему назначению и были принадлежностию всякаго физическаго кабинета; но в особенности замечательны своим действием были электрофорныя машины, как способныя сами себя усиливать, получая предварительно слабый источник начальнаго электричества. Электрофорныя машины быстро распространились и вытеснили собою прежния машины, основанныя на трении изоляторов. Различныя приспособления к ним делались на основании установившихся взглядов на явления, происходящия при электризовании изоляторов; но наиболее их сделано чисто опытным путем, так как долго не было надлежащей теории наведенных, или электрофорных машин. Особенности этих машин, когда оне сильно заряжены, нелегко поддаются объяснению, потому что появление сильнаго электричества усложняется взаимным действием наэлектризованных частей машин, а также отношением друг к другу проводников и непроводников в наэлектризованном состоянии. Гольц, построив первую свою машину, дал объяснение ея действия, но вскоре, после опытов над заряжением непроводников значительно изменил свой взгляд на происхождение электричества во вращающемся круге. Другие конструкторы машин имели свои взгляды на вызывание электричества и заряжение таковых машин; поэтому необходимо было заняться опытами, имеющими непосредственную связь с происхождением электричества в непроводниках, находящихся под влиянием проводников, как это имеет место в электрофорных машинах. Из этих опытов наиболее известны Гольца и Рисса. Из них приведем здесь только те,
49
которые непосредственно имеют применение к теории электрофорных машин.
Опыт Гольца над электризованием изоляторов.
Если над поверхностию наэлектризованной эбонитовой пластинки провести металлический кондуктор с остриями, как это имеет место в электрофорных машинах, то окажется, что наэлектризованная поверхность не теряет электричества, напротив заряжается противоположным прежнему электричеству. Кондуктор должен быть отведен в землю. Повторяя несколько раз опыт можно разрядить пластинку, потому что всякий раз она заряжается слабее. Если же пластинка была заряжена слабо в самом начале, то такой кондуктор разряжается с одного разу.
Такое заряжение противоположным электричеством изолятора можно себе объяснить только влиянием на острие как частиц, непосредственно лежащих под острием, так и в особенности тех, которыя находятся впереди, к которым приближается кондуктор. В таком случае на остриях накопляется больше электричества, нежели сколько может быть вызвано непосредственно находящимися под ними частицами; когда же происходит разряжение, то уничтожается одинаковое количество положительнаго и отрицательнаго электричества, остальное переходить на поверхность изолятора и заряжает его.
Если на стеклянную пластинку наклеить ряд параллельных узких металлических полосок, наэлектризовать их например +Е, а потом над ними провести отведенную металлическую гребенку, то явление останется в прежнем виде, то есть позади подвигающейся гребенки на полосках окажется электричество -Е.
Опыт можно произвести и с обыкновенными машинами,
50
если кондуктор отвести в землю и вращать круг: по выходе из области гребенок он оказывается наэлектризованным -Е.
Если эбонитовая пластинка не наэлектризована и над ней провести острие, отведенное в землю, и в то же время позади пластинки держать наэлектризованное тело, то поверхность пластинки окажется наэлектризованной электричеством противоположным тому, какое находится на вызывающем теле. Такой опыт можно произвести при помощи машины Гольца, если оба ея кондуктора отвести в землю и удалить постоянный круг с накладками, а на его место поставить наэлектризованную эбонитовую пластинку. Если на этой пластинке -Е, то на вращающемся круге оказывается +Е, которое, подходя ко второму кондуктору, передает ему это электричество, а после прохождения мимо его гребенки оказывается наэлектризованным уже -Е.
На этом основании Гольц делает заключение, что в его электрофорных машинах подвижной круг наэлектризовывается по преимуществу электричеством, вызываемым в металлических кондукторах, так сказать, стекающим на его поверхность.
Опыт с параллельно наложенными металлическими полосками на стеклянную пластинку можно разнообразить; когда взяты узкия полоски, равныя промежуткам между ними, тогда оне под влиянием наэлектризованнаго тела заряжаются сильнее, нежели в том случае, когда шири на их больше; в то же время и оставшееся электричество после прохождения острия также уменьшается.
Если полоски достигают размеров самой вызывающей поверхности, то плотность вызваннаго на остриях электричества почти равняется плотности вызывающаго, а остаточнаго свободнаго замечается очень немного.
51
Под влиянием отведеннаго острия и наэлектризованнаго тела изоляторы могут наэлектризоваться сильнее электризующих тел, между тем как проводники чрез влияние наэлектризовываются не сильнее своего возбудителя. На этом основании Гольц приходит к заключению, что машины Теплера, как обложенныя металлическими накладками, не могут заряжаться сильнее его машин, содержащих в себе накладки из бумаги.
Из опытов Гольца не видно, как электризуется поверхность пластинки изолятора, обращенная к возбудителю; поэтому полнаго объяснения действия электрофорных машин на основании таких опытов сделать невозможно, по недостатку данных.
На основании того заключения, что изоляторы могут электризоваться сильнее самаго возбудителя, Гольц построил новую машину, с двумя стеклянными кругами, вращающимися в противоположныя стороны (Carls Rep. d. Phys. 1869 I; Pog. An. СХХХ 128 Fortschr. d. Ph. 1867). В первоначальном виде эта машина состояла из двух горизонтальных кругов, вращающихся на одной вертикальной оси в противоположныя стороны (фиг. 30).
На прочной деревянной подставке были поставлены 4 столбика a, b, c, d с металлическими гребенками, близко подходящими к поверхности вращающихся кругов. Эти гребенки были расположены попеременно: а снизу, b сверху, d то же сверху, с была двойная, обхватывающая оба круга. Выдвижные кондукторы были вставлены в столбики а и b и служили для разряжения машины. Оба круга приводились в движение помощию одного безконечнаго шнурка, обходящаго около колеса С и желобков на осях кругов.
Предварительно надобно было зарядить машину; для сего достаточно было только поднести натертую эбонитовую пластинку к верхнему кругу против гребенки a; тогда ниж-
52
ний круг наэлектризовывался довольно сильно положительным электричеством, вследствие истечения его из острий гребенки а. Предположим, что нижний круг вращается по часовой стрелке; тогда наэлектризованная ею поверхность +Е, подходя к гребенке А, поставленной над верхним кругом, вызывает в ней -Е, которое стекает на поверхность верхняго круга, а отталкивает +Е к кондуктору В. Верхний круг, вращаясь против часовой стрелки, получив от гребенки b отрицательное (-Е) электричество и подходя к нижней гребенке a, вызывает в ней +Е, которое стекает на нижний круг, и -Е, которое отталкивается в кондуктор А. Таким образом видно, что кондуктор А заряжается -Е, а кондутор В электричеством +Е.— При дальнейшем вращении кругов происходит следующее: нижний круг подносит -Е к гребенке с, которая разряжает его, так как находится на той же стороне, где и вращающийся круг, так что дальше поверхность круга становится не наэлектризованной; верхний круг, вращаясь против часовой стрелки и зарядив гребенку a, проходит далее под гребенку d и разряжается в нее, если она соединена с землею; в случае несовершеннаго разряжения в d остаток может быть удален гребенкой с, которая должна быть соединена с землею. Столбик с сделан с двумя гребенками, чтобы в нем могли разряжаться оба круга. Собственно говоря достаточно было бы одного этого столбика, без d для разряжения кругов; но опыт показывает, что прибавка d улучшает действие машины. При том, необходимо для хорошаго действия гребенок с, чтобы оне были поставлены точно друг против друга; в противном случае оне заряжают круги чрез влияние, а не разряжают, как того требует устройство машины.
Можно не отводить электричества посредством гребенок
53
с и d в землю, но употребить их для усиления заряда кондукторов; для сего следует соединить проволоками d с а и с с b.— В самом деле, при такой комбинации машина действовала сильнее.— Неудобство такого устройства машины заключалось преимущественно в неустойчивости вертикальной оси, последствием чего происходило колебание кругов: поэтому вскоре механик Борнгардт (1869 г.) построил машину этой системы с двумя вертикальными кругами, вращающимися на горизонтальной оси. Тогда машина получила общепринятый вид, сходный с видом машин Гольца последней конструкции (см. Carls Rep. d. Ph. 1869 I) (фиг. 31).
— Положим, что передний круг вращается по часовой стрелке, а задний в противоположную сторону. Перед первым поставлены кондукторы а и b с гребенками. Один из поперечных подвижных кондукторов, pq, с гребенками находится спереди, а другой mn сзади системы кругов.
Если против нижней гребенки m поднесем натертую эбонитовую пластинку, наэлектризованную -Е, то она притянет +Е гребенки m, которое распространится на поверхности задняго круга, а потом, вследствие вращения этого круга, подойдет к гребенке p и вызовет в ней -Е, которое затем, вследствие вращения передняго круга по часовой стрелке, пройдет над m и усилит в ней +Е. Далее, это -Е, подойдя к кондуктору a, перейдет в него и потому на его конце появится свободное -Е. Другое же +Е электричество задняго круга, подходя под кондуктор b, притянет его -Е и оттолкнет +Е, так что на его конце появится свободное +Е. При достаточном напряжении между а и b может получаться ряд искр. Свободное +Е задняго круга и -Е передняго — уничтожаются гребенками n и q.— Таким образом видно, что между p и m находятся связанныя электричества, а между а
54
и m, b и p — свободныя. Гребенки m и p заменяют собою накладки.
Примечание. Если полюсам машины сообщить два разнородныя электричества, то круги сами собою приходят в движение. Таким образом можно показать, что электричество способно превратиться в работу.
Опыты Рисса.
Рисс назвал «двойным влиянием») (Doppelinfluenz) (Pog. An. 1867. S. 215) вызывание электричества на изоляторах в таком случае, когда с одной стороны последняго подносится наэлектризованное тело, а с другой приставляется кондуктор с остриями, или металлическия пластинки. Из этих опытов я приведу здесь только те, которые имеют непосредственное отношение к объяснению электрофорных машин.
1) К наэлектризованной -Е эбонитовой пластинке был поднесен парафиновый кружок, обложенный с противоположной стороны оловянным листом. Если во время наведения и после удаления пластинки оловянный лист был сообщен с землею, тогда непокрытая сторона кружка показывала слабое +Е, а на покрытой вовсе не было Е; когда же прежде удаления пластинки оловянный лист был разобщен с землею, тогда обе поверхности круга показывали сильное +Е. В первом случае электризование было от простаго наведения, во втором же — оловянная накладка действовала от себя на кружок и электризовала его.
2) С одной стороны парафиноваго кружка была поднесена наэлектризованная -Е эбонитовая пластинка, а с другой — изолированный кондуктор, обращенный к кружку гребенкой. Под влиянием -Е эбонитовой пластинки парафиновый кружок наэлектризовался так, что по удалении его из сферы действия он показывал с обеих
55
своих сторон +Е, при чем на стороне обращенной к кондуктору более, нежели на другой. Следовательно изолятор под влиянием наэлектризованнаго тела и приставленнаго с другой стороны острия, наэлектризовывается с обеих сторон электричеством, противоположным вызывающему; то есть передняя его поверхность, обращенная к вызывающему источнику, наэлектризовывается по известному правилу электризования чрез влияние, задняя же его поверхность получает электричество, происходящее от наведения того же источника на кондуктор, или вообще на прикасающийся проводник.
3) Когда натертая каучуковая пластинка была поднесена, как прежде, к парафиновому кружку и сейчас же удалена, а кондуктор не отведен, то на нем оказалось -Е. Откуда видно, что возбужденное в кондукторе электричество, противоположное вызывающему, все перешло на поверхность изолятора, а электричество того же рода осталось на нем. Следовательно двойное влияние вызывает в теле, составленном из проводника и непроводника, три отдельныя электричества: в проводнике электричество одноименное с возбуждающим, на обеих же поверхностях изолятора электричество противоположное вызывающему.— В обоих указанных случаях тела подвергались влиянию только в течении 3 секунд.
4) Парафиновый кружок был подвержен действию наэлектризованной -Е каучуковой пластинки в течение 5 минут. Оказалось, затем, что передняя ея поверхность была сильно заряжена +Е, а задняя -Е. То же самое повторялось и по удалении кондуктора, когда пластинка сама подвергалась простому влиянию. Из этого следует заключить, что изолятор для своего электризования чрез влияние требует некотораго продолжительнаго на него действия вызывающаго источника, между тем в металлах
56
это совершается мгновенно. Поэтому при кратковременном наведении на металлическом кондукторе вызывается больше электричества, нежели на изоляторе, вследствие чего одноименное электричество его задней поверхности совершенно уничтожается противоположным, вызванным на остриях кондуктора, а излишек сего последняго передается на самую ея поверхность.— Продолжительное же действие наведения вызывает электричество по обыкновенному правилу.
5) Когда кондуктор был отведен в землю, то даже после 12 минут действия возбудителя обе поверхности парафиновой пластинки оказывались сильно наэлектризованными +Е. Следовательно в данном случае двойнаго влияния, электрическое состояние изолятора существенно зависит от наведения на кондуктор; влияние же возбудителя на этот изолятор составляет второстепенное дело.
Так как в машинах Гольца происходит кратковременное электризование чрез влияние и кондукторы, по крайней мере в начале действия, отведены в землю, то электризование вращающагося круга зависит преимущественно от электричества, возбуждающагося на кондукторах. Различныя переделки и приспособления в машинах мало изменяют главный принцип, основанный на двойном влиянии; поэтому для лучшаго действия машин следует заботиться об удовлетворении существующих выводов из этого влияния, как-то: приготовлять изоляторы для вращающихся кругов из довольно тонкаго стекла, приготовлять острия из хороших проводников, и др.
На основании вышеупомянутых опытов Рисс приводит объяснение действия электрофорных машин, разделяя их по типу на 4 рода.
1) Электрофорная машина с вращающимися металлическими пластинками. К этого рода машинам относится известная машина Теплера; устройство ея осно-
57
вано на простом наведении металлических пластинок; стеклянные круги и сектор в ней служат только для прикрепления оловянных листов и для того, чтобы препятствовать соединению противоположных электричеств между накладками. Неподвижный сектор в этой машине служит источником — возбудителем электричества, подобно смоляному кругу электрофора; подвижной же круг служит вместо щита электрофора, который быстро удаляется и приближается после разряжения. Следовательно теория этой машины в сущности очень простая и вполне согласна с теорией электрофоров. При помощи нескольких рядом поставленных электрофоров и одного возбудителя можно усилить действие машины. Такая машина может называться электрофорной.
2) Электрофорная машина с вращающимся стеклянным кругом. Сюда относится простая машина Гольца, с бумажными накладками, оканчивающимися остриями. Предварительно одна из накладок, например а, заряжается каким либо, примерно отрицательным, электричеством. Тогда это электричество на основании свойств двойнаго влияния заряжает кондуктор отрицательным же электричеством, а обе поверхности вращающагося стекляннаго круга положительным электричеством; то есть передняя его поверхность, обращенная к накладке, электризуется частию чрез влияние накладки, частию же от влияния второй поверхности; эта последняя же наэлектризовывается приходящим из кондуктора электричеством. Первоначально наэлектризовывается только узкая полоса, соответствующая гребенке; но вследствие вращения круга на нем эти полосы образуют сплошную поверхность, содержащую электричество, противоположное электричеству накладки а. Эта наэлектризованная поверхность стекляннаго круга, подходя к острию второй накладки b, вызывает в ней, в
58
данном случае, отрицательное электричество, с которым соединяется, и положительное, которым заряжает накладку. Последняя, затем, вследствие опять двойнаго влияния возбуждает в кондукторе положительное электричество, а в то же время обе поверхности вращающагося круга заряжаются отрицательным электричеством. При дальнейшем вращении круга это отрицательное электричество вызывает в накладке а положительное Е, с которым соединяется и отталкивает отрицательное в накладку, которое присоединяется к прежде находившемуся электричеству и усиливает заряд. Таким образом видно, что всякий новый оборот круга прибавляет к накладкам новое количество электричества и следовательно машина постепенно усиливается. Во время этого вращения верхняя половина круга, предполагая первоначальный заряд накладки а отрицательным электричеством и вращение круга по часовой стрелке, является наэлектризованною положительным электричеством, а нижняя — отрицательным.— Когда машина в действии и круг наэлектризован довольно сильно, то постоянный круг электризуется чрез простое влияние; то-есть верхней половине вращающагося круга, содержащей +Е, соответствует вызванное -Е на постоянном круге, в нижней же части оно +Е. Если свободное электричество постояннаго круга удалить, то машина становится тогда способной долго сохранять электричество и заряжаться, хотя и немного слабее.— Так как из опытов видно, что изолятор двойным влиянием заряжается сильнее тогда, когда кондуктор отведен в землю, то при первоначальном заряжении и действии машины полезно и даже необходимо оба кондуктора сообщать с землею, или проще, сблизить их концы до прикосновения. Когда машина зарядилась довольно сильно, тогда только следует раздвинуть кондукторы для получения разряжения между ними в
59
виде искр. Следует при этом наблюдать, чтобы на кондукторах долго не оставалось этого свободнаго электричества; в противном случае они, в свою очередь, действуя чрез влияние на накладки, уменьшали бы их силу, а затем и самое действие машины, и даже могло бы случиться и перезаряжение, то есть изменение рода электричества на кондукторах. На этом основании слишком длинныя искры, требующия значительнаго напряжения на кондукторах, могут служить причиной ослабления машины, а иногда и прекращения ея действия.— Основанием действия машины служит двойное влияние.
3) Двойная электрофорная машина с стеклянными кругами, вращающимися в одну сторону. К этой категории машин относится построенная Теплером для сравнения действия металлических и бумажных накладок.— Для уяснения рода вызывания в ней электричества признаю уместным привести в нижеследующем краткое описание устройства такой специальной машины.
На одной горизонтальной оси были насажены две пары стеклянных кругов: а, b, А, В (схематический чертеж 32).
Первая пара кругов служила для возбуждения электричества во второй паре. Параллельно кругам а, b, А, В были поставлены неподвижно полукруги с, d, С, D, на которых находились накладки; полукруги С, D можно было переменять: в одном случае на них были накладки бумажныя, в другом оловянныя; в последнем случае на место А и В вставлялись круги таких же размеров, но с наложенными на них оловянными секторами, как это делается в машинах Теплера. Насупротив секторов в обеих парах кругов машины находились гребенки, служащия для сообщения вызваннаго в них электричества вращающимся кругам. Кроме сего по другую сторону оси, на том же диаметре были поставлены
60
другия гребенки, служащия для собирания свободнаго электричества на поверхности вращающихся кругов Гребенки попеременно соединялись в первой паре кругов с накладками, а именно: гребенка g с накладкой l, h с k; затем гребенки f или e могли быть соединены с накладками С, D, второй пары кругов. В этой паре, построенной в сущности подобно первой, гребенки х, у соединялись вместе в один кондуктор; точно также и другия две гребенки Е и F.— Накладки k, l были из бумаги. Предварительно надобно было сообщить накладке c какое либо электричество, напр. +Е; тогда гребенка с сообщала поверхности круга а электричество -Е, которое потом в свою очередь при вращении круга, переходило на гребенку g, а оттуда в накладку d. Таким образом заряжалась вторая накладка, которая уже заряжала гребенку f и затем поверхность круга b +Е; вследствие чего гребенка k получала +Е и передавала его по проволоке в накладку с, усиливая таким образом ея заряд. Вращая некоторое время ось с кругами можно зарядить первую их пару до определенной степени, до так называемаго максимальнаго состояния; кондукторы этой пары е и f получат разнородныя электричества, именно первый +Е, а второй -Е. При достаточной силе напряжения этих электричеств можно каждое из них употребить для заряжения второй пары кругов А и В. Для сей цели надобно только е или f, соединить с кондуктором k, связанным с обеими накладками С и D. Если в данном случае соединить f с k, тогда обе накладки С и D зарядятся -Е, которыя затем вызовут чрез влияние в гребенках е и f по два электричества, а именно притянут к себе +Е, которое перейдет на круги А и В, а оттолкнут -Е к кондуктору М, так как е и f соединены между собою. С гребенок е и f передается +Е на поверхность
61
стекла, которое, при вращении кругов, перейдет на кондуктор N посредством гребенок x и y.— Таким образом машина могла давать искры между N и М, или заряжать лейденския банки и производить другия известныя явления. В сравнительных опытах Теплера она заряжала мерительныя лейденския банки.
По мнению Рисса эта машина может быть причислена к простейшим по теории, так как она пользуется во всех своих частях только одним из электричеств, появляющихся вследствие двойнаго влияния.
Теплер нашел: а) что при одинаковой величине возбуждающих поверхностей действие кругов А и В, не покрытых и покрытых металлическими накладками, почти одинаково и даже высказал сомнение, чтобы на изоляторе можно было вызвать более электричества, нежели на проводниках; б) при увеличении скорости вращения кругов количество электричества на необложенных кругах увеличивается медленнее, нежели на обложенных металлическими листами, что объясняется свойством, по которому изоляторы для полнаго своего заряжения требуют более продолжительнаго времени; в) круги с металлическими накладками заряжаются легче, а также такая машина способна заряжаться сама без посторонняго источника; г) необложенные круги, по системе Гольца, дают почти непрерывные токи, чего не бывает в его системе.
4) Электрофорная машина с двумя стеклянными кругами, вращающимися в противоположныя стороны. Такая машина была построена, как известно, Гольцем. В ней нет накладок; стеклянные круги сами служат друг другу накладками. Действие этих машин основано на двойном влиянии; поэтому кондукторы не должны содержать в себе много свободнаго электричества; в
64
в воздухе, заключенном между кругами, а наиболее имеет место остаток электричества, после некотораго действия машины, который удерживается долго, вследствие связаннаго состояния.
В 1878 году Теплер показал, что если его принцип приложить к машине Гольца, то может получиться машина, заряжающаяся без посторонней помощи. (Tageblatt d. Naturfor. Versamml. 1878). Надлежащее же приспособление металлических накладок в машине Гольца сделал Фосс.
Гольц в 1878 году заметил, что можно значительно облегчить и ускорить заряжение электрофорной машины, если на вращающийся круг наклеить ряд небольших кружков из оловянных листов; он пользовался такой машиной до появления новой с приспособлениями, которыя остались и до настоящаго времени.
Новейшее устройство самозаряжающихся машин, по Фоссу, следующее (фиг. 33).
На переднем стеклянном вращающемся круге А наклеены металлические кружки m, m, m... в равных друг от друга разстояниях по окружности, которой радиус немного меньше радиуса круга. На неподвижном стеклянном круге В наклеены накладки p и q из оловянных листов, сверху покрытыя бумажными накладками. Обыкновенно металлическим накладкам ныне дают форму узких полосок, с круглыми расширениями на концах; бумажныя же накладки длиннее первых и гораздо шире, то есть оне остались такими же, какия в новейшее время употреблял Гольц в своих электрофорных машинах. Накладки занимают дугу почти в 90°, начинаясь на одном диаметре и составляя части двух противоположных секторов.
В неподвижном круге нет прорезов; вместо обыкновеннаго бумажнаго язычка машин Гольца приставлена к
65
началу накладки металлическия дуги k, l, обхватывающия оба круга и оканчивающияся металлическими кисточками, прикасающимися к поверхности вращающагося круга по окружности, на которой находятся наклеенные металлические кружки.— Все же остальныя части машины Гольца остались и в новых машинах без изменения.— Поперечный кондуктор r, s с гребенками, принятый в машинах Гольца новейшей конструкции, в этих машинах составляет необходимость; без него машина не действует. Для лучшаго прикосновения и большаго действия, в гребенках этого кондуктора вставлены кисточки в тех местах, где проходят металлические кружки; последние с целию тоже лучшаго прикосновения сделаны выпуклыми.— Действие машины оказывается лучше, когда кондукторы a и b приходятся не в начале накладок, но в некотором от него разстоянии, которое определяется только практически.
Из сказаннаго видно, что самозаряжающияся машины составляют соединение двух систем машин, Теплера и Гольца; оне поэтому и называются Гольц-Теплера, или проще самозаряжающимися.
Для приведения машины в действие достаточно только вращать круг некоторое, впрочем, короткое, время, сдвинув кондукторы а и b до прикосновения; когда ужt становится слышным треск на поверхности вращающагося круга, тогда машина заряжена достаточно сильно, и можно раздвинуть кондукторы для получения искр, или для получения отдельных электричеств, смотря по надобности; в последнем случае один из кондукторов должен быть отведен в землю.
В сухом воздухе машины подобнаго рода конструкции заряжаются легко. Если машина долго оставалась в бездействии, то нельзя наперед сказать, какого рода электри-
66
чество получится на данном, например, левом, кондукторе; если же машина недавно действовала, то она заряжается всегда в прежнем порядке; это показывает, что в ней накладки и самый вращающийся круг наэлектризованы и электричества остаются в связанном состоянии продолжительное время. Так как в описываемых машинах усиливание электричества возможно, по системе Гольца, то слабый остаток его способен возрасти до значительной степени и зарядить машину. Положим, что вследствие какой либо причины первая накладка, против кондуктора а, получила слабое электричество -Е; тогда от кондуктора а на стекле появится свободное +Е, которое потом посредством кисточки второй накладки зарядит последнюю этим же электричеством и т д. Таким образом видно, что достаточно только, чтобы в какой либо из накладок появилось электричество — машина может зарядиться самостоятельно. В обыкновенных машинах Гольца такого самозаряжения, при тех же обстоятельствах, не бывает, потому что для заряжения их требуется источник довольно сильный; в машинах же с металлическими накладками заряжение вообще гораздо легче, как было замечено вскоре после появления электрофорных машин.— Если же, вследствие неблагоприятных обстоятельств, машина не заряжается сама собою, то можно ее зарядить посредством натертой каучуковой пластинки, как это делается обыкновенно в машинах Гольца; тогда уже всегда возможно наперед знать, какое электричество будет на кондукторах.
Теплер в 1866 г., как было выше сказано, делал сравнение между электрофорными машинами, снабженными металлическими и бумажными накладками, и нашел, что действие таких машин, при одинаковых размерах и других одинаковых обстоятельствах, почти одинаково;
67
напротив, машины с металлическими накладками с увеличением быстроты вращения кругов скорее усиливались, нежели машины с бумажными накладками.
Так как самозаряжающияся машины в главных частях отличаются от обыкновенных электрофорных, то подобнаго рода заключение по отношению к ним не могло иметь места; поэтому Гольц (Angew. Electr. 193. 1881) произвел ряд наблюдений над действием таких машин, сравнивая их с обыкновенными электрофорными, одинаковых размеров.— Наблюдения Гольца показали, что самозаряжающияся машины действуют слабее обыкновенных, в особенности устраиваемых по последней системе.— Правда, самозаряжающияся машины удобны в том отношении, что не нуждаются в пособии посторонняго источника и во влажном воздухе действуют иногда лучше обыкновенных; но в то же время оне не дают постояннаго тока искр, потому что металлические кружки размещены, хотя и в равных, но в довольно больших промежутках друг от друга, вследствие чего разряжение происходит толчками.— Далее, по словам Гольца, металлические кружки и накладки, как хорошие проводники, способствуют скорейшей потере электричества в воздух, в особенности, когда круг перестает вращаться. С увеличением напряжения свободнаго электричества увеличивается и потеря в воздух, чему не мало способствуют еще 4 кисточки, кроме упомянутых кружков; поэтому самозаряжающияся машины не могут давать таких длинных искр, как обыкновенныя электрофорныя. Так, например, при опытах Гольца, электрофорная его машина обыкновенной конструкции давала искру до 30 сантиметров, а самозаряжающаяся таких же размеров и при одинаковых условиях могла давать только до 20 сантиметров.— С уменьшением длины искры, в данном случае, количество
68
разряжающагося электричества тоже было меньше, то есть, вообще машина действовала слабее.
Несмотря на указанные опытом недостатки, самозаряжающияся машины довольно быстро распространились, потому что оне представляют удобство при употреблении, хотя все же в последнем отношении оне не могут сравниться с прежними, старой системы, основанной на возбуждении электричества трением. В случае сырой погоды, при многолюдном собрании, когда воздух обильно наполняется влажностию, самозаряжающияся машины также отказываются действовать, как и машины Гольца. В подобных случаях пособием для них может служить машина старой конструкции, которая менее подвергается влиянию сыраго воздуха; действие ея, правда, гораздо слабее, нежели в сухом воздухе, но по крайней мере она не отказывается совершенно от исполнения своего назначения, тогда как электрофорныя машины при таких обстоятельствах становятся совершенно непригодными.— Металлическия накладки в самозаряжающихся машинах, как хорошие проводники тепла, скорее охлаждаются, нежели бумажныя, поэтому во влажном воздухе оне скорее и обильнее покрываются слоем росы, который совершенно прекращает способность этих тел электризоваться и удерживать электричество от разряжения. Это противоречит первоначально высказанному взгляду, будто такия машины во влажном воздухе действуют немного лучше, нежели в сухом.
Самозаряжающияся машины появились у нас около 1881 года.
Причина самозаряжания машин недостаточно выяснилась как наблюдениями Тендера, так и отчасти Гольца. Принимая трение кисточек о стекло или металлическия накладки вращающагося круга как источник возбуждения элек-
69
тричества, следовало бы ожидать, что более сильное трение должно бы способствовать скорейшему заряжению; а между тем, по наблюдениям Гольца, выходит, что такое трение замедляет заряжение, что машина действует лучше, когда кисточки только слегка прикасаются к металлическим кружкам, не касаясь стекла; при таких обстоятельствах и второе предположение Тендера, именно прикосновение разнородных металлов, было бы значительно ослаблено.
Личныя мои наблюдения при помощи довольно чувствительнаго электроскопа Фехнера показали следующее. Трение металлической кисточки, укрепленной на стеклянной ручке, о стекло или об оловянный кружок, наклеенный на стекло, подобно накладке в машине Гольц-Теплера, вызывает на стекле +Е, а в то же время кисточка электризуется -Е. Для более сильнаго напряжения требуется и более сильное трение, впрочем до некотораго предела; поэтому, допуская трение как источник возбуждения электричества в самозаряжающейся машине, следовало бы ожидать скорейшаго заряжения при более сильном надавливании кисточек на поверхность вращающагося круга: опыт на самом деле подтверждает такое заключение, которое вместе с тем противоречит выводу Гольца, принимавшему достаточным для заряжения машины только легкое прикосновение кисточек к металлическим кружкам, наклеенным на вращающемся круге машины. На самом деле достаточно такого легкаго прикосновения только в таком случае, когда машина была недавно в действии и когда окружающий воздух благоприятствует легкому ея заряжению; в большинстве же случаев требуется достаточное трение и довольно продолжительное вращение круга, покуда машина зарядится.
Если машина заряжена, или если в ней имеется запас остаточнаго электричества для поддержания ея действия, тог-
70
да трение кисточек излишне, можно их поднять настолько, чтобы оне не прикасались даже к металлическим кружкам, и машина все же может зарядиться и действовать исправно. Но для первоначальнаго приведения ея в действие необходим источник, который все же заключается в трении, именно кисточек о поверхность стекла, по преимуществу.
Так как прикосновение двух разнородных металлов служит источником слишком слабаго электричества, открываемаго только чувствительными электроскопами, то оно никак не может служить причиною самозаряжания машин, для которых требуется довольно сильный источник, чтобы его действие могло производить электризование чрез влияние и притом еще на некотором разстоянии.
Допуская тот или другой источник заряжения машин, то есть трение, или прикосновение разнородных металлов, все же остается загадочным следующее обстоятельство: обе половины вращающагося круга находятся при совершенно одинаковых условиях, то есть одинаковое трение, или прикосновение, одинаковых металлов, одинаковое распределение кондукторов, кисточек и прочих приспособлений, а между тем на одном из кондукторов получается положительное, а на другом отрицательное электричество. Надобно полагать, что именно эта одинаковость условий замедляет заряжение, что если бы можно было устроить так, чтобы на обеих половинах машины действовали источники, проявляющие разнородныя электричества, машина заряжалась бы скорее и легче.— В данном же случае, при настоящем устройстве машины приходится вращать круг до тех пор, пока на одной стороне ея не появится превозмогающая сила электричества; тогда уже начинает заряжаться машина по обыкновенному способу, подобно машине Гольца. Поэтому-то нельзя наперед сказать, какого
71
рода электричество получится на кондукторах: приходится всякий раз делать испытания посредством электроскопа, или на основании других признаков, род электричества, если для опыта требуется оно определеннаго знака. Впрочем, когда машина уже действует и получаются искры между кондукторами, тогда по наружному виду искры можно легко распознавать род электричества. Обыкновенно у отрицательнаго кондуктора в перескакивающей искре явственно виден темный промежуток, как будто разрыв искры, у положительнаго же полюса такого промежутка не бывает и самая искра при своем выходе представляет как будто расходящийся светлый пучек, котораго вершина на поверхности положительнаго кондуктора. Такие разительные признаки обоих полюсов устраняют необходимость прибегать к помощи электроскопа.
Опыт показывает, что в значительном большинстве случаев положительное электричество появляется на так называемом левом кондукторе, то есть находящемся по левую руку экспериментатора, предполагая его обращенным лицом к кругу, вращающемуся по направлению часовой стрелки. Причина такого появления электричества остается пока не разгаданной. При этом предполагается, что машина заряжается вновь, что остаточнаго электричества не существует.
В случае нормальнаго заряжения машины, то есть, когда положительное электричество находится на левом кондукторе, распределение электричества на вращающемся круге и на накладках наблюдается следующее: накладка, противолежащая положительному кондуктору и находящаяся па постоянном круге, заряжена +Е; вся передняя сторона вращающагося круга по левую сторону поперечнаго диаметра rs (фиг. 34)
наэлектризована +Е, в виде свободнаго электричества большаго напряжения; непосредствен-
72
но сейчас же за поперечным диаметром rs и вся правая сторона вращающагося круга наэлектризована также сильно -Е; правый кондуктор и правая накладка содержат в себе тоже -Е. На постоянном круге, вне накладок замечается присутствие слабаго электричества, однороднаго с электричеством накладок. В промежутке между кругами пробные кружки заряжаются очень слабо; это показывает, что на этом месте электричества кругов или не проявляются, или находятся в связанном состоянии: последнее вернее всего, так как во время действия машины при сильном заряжении, в темноте, видно, что между обоими кругами происходит обильное разряжение электричества, обыкновенно в виде отдельных светлых столбиков, или пучков, как будто связывающих оба круга.
Такое распределение электричества на вращающемся круге машины не соответствует объяснению Рисса, примененному им к электрофорным машинам. Предполагая электризование подвижнаго круга машины происходящим от так называемаго стекания электричества с гребенок кондукторов, следовало бы иметь между левым кондуктором А (фиг. 34) и поперечным диаметром rs электричество -Е, которое большею частию было бы в связанном состоянии с +Е накладки постояннаго круга; далее, за rs, по правую сторону его, до кондуктора В было бы свободное -Е, а затем, между В и sr, было бы связанное +Е, и между sr и А +E свободное: вообще верхняя половина подвижнаго круга должна бы содержать -Е, а нижняя +Е. Металлические кружки (пуговки) на подвижном круге заряжены одинаково с самым кругом: во время действия машины они способны разряжаться в виде искр на некотором разстоянии от кисточек, по мере приближения к ним.
73
Опыт также показывает, что машина действует всего сильнее тогда, когда подвижной кондуктор rs поставлен так, что служит как бы соединением концов бумажных накладок постояннаго круга. Без этого поперечнаго кондуктора машина вовсе не действует. Если бы электризование подвижнаго круга происходило преимущественно от стекания электричества с гребенок кондукторов, то действие машины не должно бы прекращаться по удалении поперечнаго кондуктора rs, так как связанное электричество, например -Е верхней половины этого круга, по выходе из сферы действия накладки, становилось бы свободным и могло бы заряжать вторую накладку -Е, а вместе с тем и кондуктор В. То же самое следовало бы сказать и о нижней половине подвижнаго круга. Роль поперечнаго кондуктора rs в данном случае была бы совсем незначительной, если не излишней; а между тем без него машина безусловно не действует. Поэтому следует заключить, что заряжение машины происходит при других условиях и вызывание в ея частях электричества имеет другой источник, не только исключительное наведение в кондукторах.
По моему мнению, первоначальное заряжение машины может быть и происходит в таком порядке, как объясняется теорией Рисса; но когда машина уже заряжена до такой степени, что можно ею пользоваться при опытах, а это и самое главное, тогда поддержание ея заряда и самое действие должны совершаться при других условиях.
Известно, что сильнаго напряжения электричество чрез влияние вызывает в непроводниках электричества так же, как и в проводниках. Поэтому покуда накладки заряжены слабо, металлическия части машины, каковы кондукторы и пуговки электризуются скорее; но в это время машина действует слишком слабо и обыкновенно на это
74
действие не обращают внимания. Кондукторы — не разъединяются до тех пор, пока не услышится характерный треск на подвижном круге, показывающий, что напряжение на нем свободнаго электричества достигло уже значительной степени, при которой могут получаться искры между раздвинутыми кондукторами. В это время обе накладки постояннаго круга сильно заряжены. Тогда оне вызывают не только в гребенках, но и во вращающемся круге чрез влияние электричества в одном и том же порядке. Так например, в случае, когда левая накладка заряжена +Е, то она притягивает к себе -Е как кондуктора, так и стекляннаго подвижнаго круга, а +Е отталкивается в обоих телах; на первом оно преимущественно накопляется у конца полюса, а на втором оно остается свободным до встречи с поперечным кондуктором rs: в этом месте его можно отвести в землю, или соединить с противоположным электричеством, находящимся в кондукторе как это имеет место на самом деле, лишь бы только оно не соединялось с -Е, связанным с +Е накладки и становящимся свободным по выходе за пределы накладки.
Когда свободное +Е уничтожено поперечным диаметром тогда сделавшееся свободным -Е на поверхности подвижнаго круга, действует на кисточку второй, правой накладки, притягивает к себе вызванное в ней +Е, с которым и соединяется, а отталкивая -Е в накладку, заряжает ее этим электричеством. Надобно заметить, что в кисточку разряжается преимущественно электричество пуговок, что можно даже наблюдать в темноте по перескакивающим искрам; вся же остальная наэлектризованная поверхность подвижнаго круга разряжается только в гребенку кондуктора. Это разряжение тоже можно наблюдать в темноте, так как отрицательное элек-
75
тричество разряжается в виде длинных светлых пучков, сливающихся в одну светлую пилообразную полосу, направленную снизу вверх. Поэтому кондуктор В, правый, заряжается не только под влиянием накладки, но и преимущественно под влиянием сильно заряженнаго подвижнаго круга. По выходе из гребенки кондуктора В, поверхность круга подвергается влиянию накладки, при чем -Е становится свободным до встречи с поперечным диаметром rs, а +Е находится в связанном, состоянии, покуда не выйдет из сферы действия накладки. При встрече с rs свободное -Е уходит в него, а +Е круга становится тогда свободным, которое потом заряжает посредством кисточки левую накладку и кондуктор А. Далее все происходит в описанном выше порядке.
Таким образом становится очевидным: 1) машина способна сама себя усиливать, хотя только до некотораго предела, зависящаго от устройства машины, положения поперечнаго диаметра и от окружающей среды; 2) вся левая половина подвижнаго круга до поперечнаго диаметра rs содержит свободное +Е, а правая -Е; 3) поперечный диаметр rs составляет необходимую принадлежность машины, без котораго она действовать не может, так как разъединенныя электричества, по выходе из сферы влияния накладок, снова бы соединялись и не могли производить заряжения накладок и кондукторов. Придерживаясь такого взгляда на образование электричества в машине, нетрудно понять, почему наилучшее действие машины бывает тогда, когда диаметр rs поставлен в такое положение, что связывает концы накладок постояннаго круга; в других местах rs уводит не все свободное электричество в сторону, или, если rs поставлен далеко от концов накладок, то некоторая часть разъединеннаго электричества, по выходе из накладок, успевает снова со-
76-77
[Эти две страницы отсутствуют в имеющемся экземпляре]
78
Самозаряжающияся машины, как содержащия в себе много металлических частей, в форме разных накладок, слабо действуют во влажном воздухе; когда же приходится их заряжать при таких обстоятельствах, то оказывается, что без посторонняго источника обойтись не возможно, вопреки прежде сложившемуся мнению, будто электрофорныя машины с металлическими накладками заряжаются во всякое время легче, нежели с бумажными: очень часто, в особенности летом, приходится прибегать к натертой эбонитовой пластинке для первоначальнаго заряда накладок, подобно машинам Гольца, а иногда и к более энергическим средствам, в особенности к заряжению их при помощи обыкновенной электрической машины. Иногда в подобных случаях помогает трение лисьим мехом о поверхность вращающагося круга; но в сыром воздухе все эти средства недостаточны, машины зарядить нельзя (*).
Так как стекло сгущает на своей поверхности водяные пары и трудно его сохранить сухим, как это требуется для удовлетворительнаго действия электрических машин, то я заменил в самозаряжающейся машине стеклянный подвижной круг эбонитовым. Действительно, машина с таким кругом, снабженным металлическими же пуговками, действовала вполне исправно и несравненно менее подвергалась влиянию сырости, была более способною к самозаряжению; но, к сожалению, эбонитовая пластинка слишком легко подвергается влиянию температуры окружающей среды, она коробится, качается на оси и мешает правильному ходу машины, а также равномерному электризованию по-
------------
(*) Во время лекции, когда вследствие многолюднаго собрания в зале набралось много водяных паров, самозаряжающаяся моя машина совершенно не действовала, не смотря на все указанныя средства и приемы: части ея даже на ощупь казались влажными.
79
верхности ея и кондукторов. Притом, для безпрепятственнаго вращения такого изогнутаго круга поневоле приходится отодвинуть его от постояннаго и от гребенок кондукторов, вследствие чего электризование чрез влияние ослабевает.— В случае, когда машина неспособна к самозаряжению, эбонитовый круг легко электризуется натиранием и таким образом может служить средством к заряду накладок.— Во всяком случае эбонитовый круг вполне пригоден к применению его в самозаряжающихся машинах, если только устранить недостаток, происходящий от изменения его вследствие перемены температуры.
Для уменьшения влияния влажнаго воздуха обыкновенно помещают электрофорныя машины в стеклянные ящики, в которые кладут еще осушающия вещества, как напр. хлористый кальций; но эти средства немного помогают, если в воздухе много водяных паров. Гораздо существеннее сделано предложение в последнее время пропускать в ящик нагретый воздух, пли светильный газ до тех пор, пока внутри ящика не образуется довольно высокая температура, способствующая быстрому высыханию машины. При такой обстановке действительно машины заряжаются легко во всякое время и действуют исправно.
В видах облегчения самозаряжания машины, а также уменьшения влияния влажности на возбуждение электричества, я построил двойную самозаряжающуюся электрофорную машину с двумя вращающимися эбонитовыми кругами.
Известно, что эбонит электризуется легче, нежели стекло при трении, а также это вещество мало гигроскопично; поэтому следовало ожидать, что машина будет заряжаться и действовать при всякой погоде. Действительно, насколько можно судить по сравнительно еще не очень продолжительному времени наблюдения, ожидание оправдалось.
В главных частях эта машина мало отличается от
80
обыкновенных Фоссовых машин; только второстепенныя части получили некотораго рода изменение. Первоначальное устройство машины имело целию показать, что не только стекло, но и каучук могут служить материалом для вращающихся кругов в электрофорных машинах; поэтому она состояла из одного стекляннаго, а другаго эбонитоваго круга, с постоянным одним стеклянным же кругом; электричество можно было получать то с одного, то с другаго круга. Машина такого рода составляла лекционный прибор. В настоящее время эта машина состоит из двух эбонитовых кругов А, А (фиг. 35),
вращающихся в одну сторону на общей оси при помощи колеса Е и безконечнаго шнурка. Неподвижный круг В, находящийся между этими кругами, составлен из двух стеклянных кругов, сложенных вместе; на каждом из них наклеены оловянныя накладки общепринятой формы и переложены бумажными секторами: таким образом накладки отделяются от поверхности вращающихся кругов слоем стекла, подобно тому, как в обыкновенной Фоссовой машине.— На постоянный круг, у начала накладок насажены медные наугольники, вида латинскаго Т, с удлиненными концами перекладины: эти концы снабжены металлическими кисточками для собирания электричества с пуговиц, s, s, s... наклеенных на вращающихся кругах.
Примечание. По поводу искривления эбонитовых кругов, пришлось края их придержать каучуковыми рольками r, r, r, r, находящимися на особых стойках, которыя в то же время служили для прикрепления постояннаго круга В, как показано на фиг. 35.
Постоянные кондукторы снабжены дугообразными гребенками а и b, обхватывающими систему кругов А, А. Такой же вид имеют гребенки подвижнаго поперечнаго кондуктора t, u. Последний сделан из эбонита, только гре-
81
бенки из желтой меди; эти гребенки снабжены кисточками для собирания электричества с пуговиц s, s, s, а также зажимами, в которые можно вставлять проволоки для их соединения, или для отведения электричества в приборы для изследования.— Ось, на которой вращаются круги, вставлена в столбик М, который в верхней своей части имеет зажим для прикрепления постояннаго круга.— Само собою понятно, что нет необходимости делать поперечный кондуктор вышеупомянутаго вида, если машина не предназначена для лекционных целей; обыкновенно его делают сплошным из какого-либо металла. Остальныя приспособления легко понятны из фиг. 35.
Применение электрических машин.
Большое напряжение и мгновенное разряжение статическаго электричества, доставляемаго машинами, были давно известны и наводили наблюдателей на мысль сделать из этих машин практическое применение. Так, мы встречаем в 1747 году опыты Уатсона, в Лондоне, с электрическою машиной для изследования передачи электричества по проводникам на значительное разстояние. Уатсон имел в виду определить скорость распространения электричества и достигнуть каких либо практических результатов от передачи на разстояние в форме сигналов; но ни того, ни другого не сделал, потому что еще мало было изследовано явление электричества и его особенности при разных обстоятельствах. Скорость распространения электричества была определена Уатсоном только в 1834 году, а практическое применение передачи электричества сделано только в последния 40 лет, когда стало известно, что кроме статическаго электричества можно получать еще и динамическое, при помощи соответствующих тому приспособлений. Кратценштейн (1744 г.) пробовал при-
82
менить электричество к лечению паралитиков и излечил одного рабочаго, котораго руки были парализованы, пропуская в больныя места ряд искр из электрической машины. Вероятно и другие затем применяли электрическую машину в подобных случаях, чему служат доказательством приспособления и приборы, находящиеся в старинных физических кабинетах; так, например, в кабинете Белостокскаго реальнаго училища имеются острия, щеточки и особеннаго вида серебряные крючки для электризования кожи, языка и даже глаз; для последняго случая употреблялись стеклянныя воронки, с пропущенным чрез узкую верхнюю ея часть медным острием: очевидно в глаз пропускали ряд искр из электрической машины; насколько такое лечение опасно для больнаго легко себе представить. Вероятно все указанные приборы приносили больше вреда, нежели пользы, так как были основаны не на теоретических изследованиях системы лечения и основательнаго применения электричества, а только на догадках. Лечение электричеством имеет свое основание и рационально в настоящее время применяется, но только при помощи совершенно других приборов.— Электрическия машины, вместе с электрическими батареями, пробовали применять в бойнях для мгновеннаго умерщвления животных, но безуспешно, потому что мясо таких убитых животных приобретало особенный характеристический запах.
Применение электрических машин ко взрыву мин долго считалось неудавшимся; но в 1882 г. механик Борнгардт (Angew. El. № 20) построил специально для сей цели машину, которая считается наиболее пригодною и хорошо действующею. Она состоит из эбонитоваго круга В (фиг. 36),
вращающагося на оси посредством насаженной на ней рукоятки; круг натирается подушками
83
С, состоящими из лисьяго меха и прижимающимися к этому кругу посредством вилкообразной пружины с обеих его сторон. Кондуктором для этой машины служит большая лейденская банка, которой шарик D, соединенный с внутренней обкладкой, снабжен металлическою вилкой, обхватывающей с двух сторон эбонитовый круг; на концах вилки находятся кольца с остриями, обращенными к поверхности круга и служащими для собирания электричества.
Наружная обкладка банки соединена с кольцом, вставленным в нижнюю часть передней деревянной стенки ящика, в котором заключена машина; во время заряжения банки надобно это кольцо отводить в землю, или просто прикасаться к нему рукой.— Для разряжения банки, в случае надобности, служит разрядник k; он состоит из металлическаго стержня, вращающагося на шарнире p; другой конец его снабжен шариком и прижимается спиральною пружиной к стенке, которая в этом месте обложена с обеих сторон металлическими пластинками: от последних пластинок а а проводится соединительная проволока к предмету, который надобно воспламенить.
Вся машина заключена в деревянный, внутри выложенный цинковою жестью ящик, который может быть заперт герметически, во избежание излишняго притока сыраго воздуха; кроме сего в ящике сохраняются осушающия вещества для того, чтобы машина действовала во всякое время.— Рукоятка насажена не непосредственно на ось круга, но снабжена зубчатым колесом, которое зацеплено за зубчатое же колесо, находящееся на оси; таким образом достигается более быстрое вращение круга. Для достаточнаго заряда требуется, в описанном экземпляре, до 20 оборотов рукоятки.
Предварительно пробуется действие машины; для сей
84
цели в передней стенке ящика вставлено 15 металлических гвоздей, в равном друг от друга разстоянии (х на фиг. 36). Если посредством проволоки, или металлической цепочки, соединить крайние гвозди с кольцами а и b и потом после 20 оборотов рукоятки разрядить банку, тогда, в случае исправнаго действия машины, должно произойти между гвоздями мгновенное разряжение. Разрядник приводится в прикосновение с внутренней обкладкой банки помощию выдвижнаго штифта m, выходящаго наружу сквозь стенку ящика. На фиг. 36 пунктиром показано положение разрядника в момент разряжения банки.
Когда требуется произвести взрыв мины, надобно соединить проволоки, идущия от запала с кольцами а и b, сделать рукояткой 20 оборотов и наконец подавить штифт m для прикосновения разрядника с внутренней обкладкой банки. По словам изобретателя описанная машина с большим удобством может заменять известную катушку Румкорфа тем более, что для сей цели не требуется батарей с жидкостями, составляющими немаловажное затруднение при переноске прибора с места на место. Надобно однако-ж заметить, что искра прибора Румкорфа обладает большим химическим действием, нежели искра электрических машин с трением; поэтому и самый взрыв от действия перваго прибора должен быть надежнее.
Американский ученый Перри недавно высказал мысль, что в будущем предстоит обширное применение электрофорных машин, как доставляющих большое количество электричества; на основании его теоретических взглядов эти машины могут со временем заменить собою динамоэлектрическия машины при действии на значительныя разстояния. Этот взгляд Перри, при современном состоянии науки, признается мало основательным. Действительно,
85
электрофорныя машины доставляют большое количество электричества; оне способны производить ток в замкнутых проводниках, но этот ток обыкновенно очень слабый для практических его применений. Изследования Розетта (Rep. d. Phys. 1875, 169) над электрофорными машинами Гольца ясно показали, что сила тока электрофорных машин ослабляется чрезвычайно большим внутренним сопротивлением. Относительно электрическаго тока электрофорных машин Розетти пришел к следующим результатам.
1) Напряжение электрическаго тока, при неизменном пирометрическом состоянии воздуха, пропорционально скорости вращения круга машины.
2) Для определенной силы тока число оборотов в 1 секунду требуется меньше в то время, когда воздух сухой, нежели когда он содержит много влаги.
3) Работа, затрачиваемая для приведения машины в активное действие, пропорциональна силе тока.
4) В электрофорных машинах содержится большая электровозбудительная сила, но и огромное сопротивление току, остающееся неизменными при постоянной влажности и неизменной скорости вращения. Электровозбудительная сила не изменяется со скоростию вращения круга машины, но сопротивление уменьшается с увеличением этой скорости, и наоборот, причем уменьшение сопротивления совершается быстрее нежели увеличение скорости.— Электровозбудительная же сила уменьшается с увеличением количества влаги окружающей среды, и наоборот.
5) Токи электрофорных машин следуют закону Ома, для поверки котораго необходимо вставлять в цепь очень большия внешния сопротивления.
86
6) Для даннаго экземпляра найдено:
при 69% влажности электровозбудительная сила Е = 433000 единиц (S x W - Сименс Вебера), а при 35% — Е = 599000.
При тех же обстоятельствах эта сила элементов:
Даниеля = 11,57.
Грове = 19,98.
Поэтому электровозбудительная сила машины Гольца в 51860 раз больше Даниеля и в 30030 раз — Грове.
Откуда видно, что электровозбудительная сила увеличивается с уменьшением влажности, и что она чрезвычайно велика сравнительно с таковою же силой известных, употребительных гальванических элементов.— В то же время внутреннее сопротивление машины Гольца при 8 оборотах круга в 1 секунду = 570 миллионам единиц Сименса, между тем, как при двух оборотах оно = 2810 таких же единиц.— Откуда видно, что внутреннее сопротивление уменьшается с увеличением скорости. Принимая внутреннее сопротивление обыкновеннаго элемента Даниеля 2,8 единиц Сименса, находим, что сопротивление электрофорной машины, при 8 оборотах в 1", слишком в 203 миллиона раз больше; поэтому ток этой машины в 3923 раз слабее (приблизительно), нежели ток элемента Даниеля.
Чтобы внутреннее сопротивление электрофорной машины сделать равным сопротивлению динамоэлектрической машины пришлось бы довести скорость вращения до почти невероятной быстроты, а чтобы ток этой машины сделать равным току динамоэлектрической, пришлось бы увеличить число машин тоже до невозможной величины; по вычислению Упенборна понадобилось бы для сей цели 700 миллионов машин.— Таким образом становится сомнитель-
87
ным возможность заменить динамоэлектрическия машины электрофорными.
Между электрофорными машинами по своим большим размерам и соответственным действиям известны в настоящее время: Борнгардта с 40 стеклянными кругами и Берджа (Angew. El. 1881 г.) в Нью-Іорке с двумя кругами около 4-х футов в диаметре и вспомогательным аппаратом для заряжания; искра около 2 футов длины; почти такой же величины машина, принадлежащая Императорскому Московскому Техническому училищу.— Для практических применений именно требовалась бы машина с огромным числом кругов; поэтому машина Борнгардта подходит под категорию таковых машин; к сожалению неизвестно, какие результаты достигаются такой машиной, по крайней мере мне неизвестно, что показали опыты с нею, и насколько она может подтвердить теоретическия предположения.
Г. Оренбург
1 декабря 1887 г.
К. Чехович.
[Приложение к циркуляру №№ 6—7 по Оренб. Уч. Округу 1888 г.]
Типо-литография Ив. Ив. Евфимовскаго-Мировицкаго в Оренбурге.
Оренбургская библиографическая энциклопедия:
ЧЕХОВИЧ Карл Андреевич (1832 - 1902) - физик, педагог, общественный деятель.
По окончании физико-математического отделения Казанского университета (1857) был утвержден хранителем университетского музея, но два года спустя уехал преподавателем физики в Вильно. В 1861, вместе с М. Гусевым, начал выпуск первого в России научного журнала "Вестник физико-математических наук". Работая затем в Белостокской гимназии, удостоился золотой медали за сконструированный им оригинальный физический прибор. В 1884 Чехович назначается инспектором Оренбургского учебного округа. В течение семнадцати лет службы на этом посту он занимался организацией образовательного процесса в губернии, внедрением передового опыта преподавания, открытием и устройством учебных заведений. При его участии стало активно работать Оренбургское отделение Русского Географического общества. Большой популярностью пользовались его публичные лекции. За разностороннюю деятельность удостоился орденов и чина статского советника.
Подписаться на канал Математика и программирование
Подписаться на канал Новости из царской России
Оглавление статей канала "Новости из царской России"
YouTube "Новости из царской России"
