5.6. Электрическая машина трения. Индукционная машина

Все возрастающий интерес к электричеству и его свойствам, многочисленные научные работы, опубликованные в середине XVIII века, подвигли многих естествоиспытателей заняться усовершенствованием приборов для производства, исследования и использования электричества.

Усовершенствованная электрическая машина трения (рис. 5.4) состоит из тяжелой доски, на которой находятся две стойки, поддерживающие ось А с насаженным на нее стеклянным кругом Р. Ось приводится во вращение рукояткой М. К стеклянному кругу с обеих его сторон прижимаются упругие подушки К,К', представляющие собой деревянные дощечки, с внутренних сторон покрытые кожаными подушками, наполненными так называемой кинмейеровской амальгамой (ртуть, олово и цинк, превращенные в порошок и растертые со свиным салом в мазь). От подушек идут крылья G, G' из шелка, которые при вращении круга прилегают к нему и препятствуют стечению положительного электричества со стекла в воздух. В верхней части оси А размещен полированный кондуктор С, состоящий из полого металлического шара с двумя электродами F, F', представляющими собой два кольца с остриями. Острия обращены к кругу и предназначены для сбора положительного электричества и передаче его кондуктору С. Если стеклянный круг привести во вращение, то вследствие трения об амальгамированные подушки он заряжается положительным, а сами подушки, соединенные с землей, – соответственно отрицательным электричеством. Наведенный положительный заряд вращающегося стеклянного круга распространяется по кондуктору С тем сильнее, чем дольше вращается стеклянный круг. Кондуктор С ', расположенный в нижней части машины, предназначен для сбора отрицательного электричества.

Рис. 5.4. Электрическая машина трения

Рис. 5.5. Лейденская банка и ее разрядка

Емкость кондуктора зависит от величины его поверхности и влажности (проводимости) воздуха. Большие электрические машины трения могут накапливать значительный электрический заряд, небезопасный для человека. История знает немало трагических случаев с первыми исследователями электричества.

В середине XVIII столетия немецкие инженеры Гаузен, Бозе и Винклер произвели разнообразные конструкционные улучшения отдельных элементов машины, сделав ее более безопасной и удобной для исследователей.

Усовершенствованный прибор для собирания электричества, представляющий собой стеклянный цилиндр, внутри и снаружи до двух третей высоты обклеенный листовым оловом, назвали лейденской банкой (рис. 5.5). В соприкосновении с внутренней обкладкой цилиндра находится металлический стержень с головкой. Для заряжания лейденской банки головку внутренней обкладки соединяют с кондуктором электрической машины, а внешнюю обкладку – с землей. Количество электричества, которое может собрать лейденская банка, ее емкость, а следовательно, и действие при разрядке, зависят от ее размеров, в особенности от площади поверхности обеих обкладок. Если соединить между собой несколько лейденских банок таким образом, чтобы их внутренние обкладки заряжались одним и тем же электричеством, можно получить электрическую батарею (рис. 5.6).

Рис. 5.6. Электрическая батарея

В 1769 г. 24-летний итальянский естествоиспытатель Алессандро Вольта, признанный всеми впоследствии патриархом электрофизики, написал диссертацию, предметом которой были результаты опытов с лейденской банкой. Но настоящую известность Вольте принесло изобретение электрофора – прибора, наглядно иллюстрирующего электризацию тел с помощью электрической индукции. Прибор Вольты был очень прост: он состоял из сургучной подушки, металлического диска со стеклянной ручкой, собственного пальца и... кошки (или кошачьей шкуры, однако кошка предпочтительнее, потому что для хорошей электризации шерсть должна быть теплой). Принцип действия электрофора состоит в том, что заряд, сообщенный сургучу при трении о кошку, может быть увеличен в произвольное число раз при повторении цикла опускания металлической плиты на сургуч и отведения ее назад. При этом палец экспериментатора служит тем мостиком, по которому из диска убегает при каждом цикле очередная порция зарядов «ненужного» противоположного знака. Его электрофор – удобный прибор для получения мощных разрядов электричества, но электричества статического. Главные открытия Вольты впереди, за десятками лет, – это изобретение источника электричества нового, невиданного типа. Не электричества, скапливающегося на расческе, на куске янтаря или, как сейчас, на нейлоновых вещах, а электричества движущегося, динамичного, мощного.

Алессандро Вольта во время опыта. Фреска Николо Чианфанелли

Немецкие физики Вильгельм Гольц и Август Теплер практически одновременно и независимо друг от друга изобрели электрическую индукционную машину (рис. 5.7, 5.8), которая отличалась от электрической машины трения наличием двух и более расположенных параллельно стеклянных кругов, половина из которых приводилась во вращение. Например, Теплер установил на своей огромной машине четыре неподвижных и четыре вращающихся круга, способных индуцировать весьма значительные электрические заряды.

Рис. 5.7. Электрическая индукционная машина Гольца: а – вид спереди; б – вид сзади

Рис. 5.8. Самовозбуждающаяся электрическая индукционная машина Теплера