5.6. Електрична машина тертя. Індукційна машина

Все зростаючий інтерес до електрики і її властивостей, численні наукові роботи, опубліковані в середині XVIII століття, надихнули багатьох природодослідників зайнятися удосконаленням приладів для виробництва, дослідження і використання електрики.

Вдосконалена електрична машина тертя (мал. 5.4) складається з важкої дошки, на якій знаходяться дві стійки, що підтримують вісь А з насадженим на неї скляним кругом Р. Вісь приводиться в обертання рукояткою М. До скляного круга з обох його сторін прити скаються пружні подушки К,К', що є дерев’яними дощечками, з внутрішніх сторін покритими шкіряними подушками, наповненими так званою кінмейєровською амальгамою (ртуть, олово і цинк, перетворені на порошок і розтерті зі свинячим салом в мастило). Від подушок йдуть крила G,G' з шовку, які при обертанні круга прилягають до нього і перешкоджають збігу позитивної електрики зі скла в повітря. У верхній частині осі А розміщений полірований кондуктор С, який складається з порожнистої металевої кулі з двома електродами F,F', що є двома кільцями з вістрями. Вістря звернені до круга і призначені для збору позитивної електрики й передачі її кондуктору С'. Якщо скляний круг привести в обертання, то внаслідок тертя об амальгамовані подушки він заряджається позитивною, а самі подушки, сполучені із землею, – відповідно негативною електрикою. Наведений позитивний заряд скляного круга, що обертається, розповсюджується кондуктором С тим сильніше, чим довше обертається скляний круг. Кондуктор С', розташований в нижній частині машини, призначений для збору негативної електрики.

Мал. 5.4. Електрична машина тертяМал. 5.5. Лейденська банка та її розрядка Ємність кондуктора залежить від величини його поверхні та від вологості (провідності) повітря. Великі електричні машини тертя можуть накопичувати значний електричний заряд, небезпечний для людини. Історія знає чимало трагічних випадків з першими дослідниками електрики.

У середині XVIII сторіччя німецькі інженери Гаузен, Бозе і Вінклер здійснили різноманітні конструкційні поліпшення окремих елементів машини, зробивши її безпечнішою і зручнішою для дослідників.

Мал. 5.6. Електрична батареяВдосконалений прилад для збирання електрики, що є скляним циліндром, всередині та зовні до двох третин висоти обклеєний листовим оловом, назвали лейденською банкою (мал. 5.5). У дотику з внутрішньою обкладкою циліндра знаходиться металевий стрижень з головкою. Для заряджання лейденської банки головку внутрішньої обкладки сполучають з кондуктором електричної машини, а зовнішню обкладку – із землею. Кількість електрики, яку може зібрати лейденська банка, її ємність, а отже, і дія при розрядці, залежать від її розмірів, особливо від площі поверхні обох обкладок. Якщо з’єднати між собою декілька лейденських банок так, щоб їх внутрішні обкладки заряджалися однією і тією ж електрикою, можна одержати електричну батарею (мал. 5.6).

У 1769 р. 24-річний італійський природодослідник Алессандро Вольта, визнаний всіма згодом патріархом електрофізики, написав дисертацію, предметом якої були результати дослідів з лейденською банкою.

Алессандро Вольта під час досліду. Фреска Ніколо Чіанфанеллі

 Мал. 5.8. Електрична індукційна машина Теплера, що самозбуджується

Але справжню популярність Вольті приніс винахід електрофора – приладу, який наочно ілюструє електризацію тіл за допомогою електричної індукції. Прилад Вольти був дуже простий: він складався із сургучної подушки, металевого диска зі скляною ручкою, власного пальця і... кішки (або котячої шкури, проте краще кішки, тому що для хорошої електризації шерсть повинна бути теплою). Принцип дії електрофора полягає в тому, що заряд, переданий сургучу при терті по кішці, може бути збільшений в довільне число раз при повторенні циклу опускання металевої плити на сургуч і відведення її назад. При цьому палець експериментатора служить тим містком, по якому з диску збігає при кожному циклі чергова порція зарядів «непотрібного» протилежного знаку. Його електрофор – зручний прилад для отримання потужних розрядів електрики, але електрики статичної. Головні відкриття Вольти попереду, за десятками років – це винахід джерела електрики нового, небаченого типу. Не електрики, що скопичується на гребінці, на шматку бурштину, або, як зараз, на нейлонових речах, а електрики рухомої, динамічної, могутньої.

Німецькі фізики Вільгельм Гольц і Август Теплер практично одночасно і незалежно один від одного винайшли електричну індукційну машину (мал. 5.7, 5.8), яка відрізнялася від електричної машини тертя наявністю двох і більше розташованих паралельно скляних кругів, половина з яких приводилася в обертання. Наприклад, Теплер встановив на своїй величезній машині чотири нерухомих і чотири круги, що оберталися, здатних індукувати вельми значні електричні заряди.

Мал. 5.7. Електрична індукційна машина Гольця: а – вигляд спереду і б – вигляд ззаду