Занимательная электротехника. Опыты и простые устройства своими руками - Рюмин Владимир Владимирович - Страница 2

А другой ученый будто бы говорил: «Объясните мне, что такое электричество, а я объясню вам все остальное».

После долгих исканий и самых фантастических предположений о сущности электричества мы, кажется, наконец узнали, что оно такое. Узнали, чтобы убедиться в невозможности определить это понятие.

Попробуйте-ка ответить на вопросы: что такое время? что такое пространство?

Скажете: пространство – это то, в чем расположены все вещи, а время – это то, в чем происходят все события. Конечно, так. Ну а если бы никаких вещей не существовало и никаких событий не происходило, разве это мешало бы существованию и пространства как такового, и времени самого по себе?

Нечто в этом роде происходит в наши дни и с определением понятия об электричестве. Раньше считали, что электричество – нечто отдельное от материи (вещества), определяли его более или менее неудачно на разные лады. В данный же момент наука пришла к удивительному выводу, что электричество и вещество – это одно и то же (определение Камферта) или, пожалуй, что наэлектризованность – такое же первичное свойство материи, как способность занимать часть пространства и существовать во времени.

Все окружающие нас тела построены из молекул, строение которых определяет физические свойства вещества; молекулы же представляют собой комбинации атомов, носителей химических особенностей, а сами атомы слагаются из электронов, которым неотделимо присущ электрический заряд.

Атом – подобие солнечной системы с положительно заряженным ядром в центре и отрицательно заряженными электронами, вращающимися на определенных расстояниях вокруг положительного ядра. Пока атом содержит равные количества зарядов, он нейтрален, в нем не проявляется электрический заряд. Уменьшение числа электронов вызывает положительный заряд атомов, увеличение – отрицательный. Очень неудачно было названо электрическое состояние стекла, натертого шелком, – положительным зарядом, а янтаря, натертого о сукно, – отрицательным. Как раз наоборот: по современным понятиям тело, заряженное отрицательно, содержит избыток свободных электронов, а заряженное положительно не имеет надлежащего их количества.

Итак, электричество – это первичное свойство вещества и может быть само первичное вещество.

Удовольствуемся этим «объяснением», если только оно что-либо объясняет.

Для нас, желающих познакомиться с техническими применениями электричества, вполне достаточно рассматривать его как вид энергии, не вдаваясь в философию и метафизику и не стремясь сыскать «начало всех начал».

При случае мы, впрочем, еще вернемся к сказанному, а теперь перейдем к самому важному для каждого экспериментатора[2] вопросу: «А как же добыть это электричество, чтобы произвести с ним какие-нибудь опыты и дать ему те или иные интересные практические приложения?»

Источники электричества

Способов получения электричества имеется несколько. Наиболее общедоступный – превращение механической работы в электрическую потенциальную энергию; другими, более простыми словами – получение электричества трением разнородных тел друг о друга. В кинетическом состоянии, в виде длительного тока, электричество получается при некоторых химических реакциях[3].

Каждый начинающий экспериментатор сможет воспользоваться и этим способом. Оба они будут мной далее описаны. Ими, однако, не исчерпываются источники получения электрической энергии, и оба они имеют присущие им недостатки.

В приспособлениях для получения статического заряда удается получить лишь ничтожные количества электричества, хотя, правда, весьма высокого напряжения; в приборах, дающих гальванический ток, количество развиваемого в единицу времени электричества в миллионы раз больше, чем в электростатических машинах, но зато напряженность его в тысячи и десятки тысяч раз меньше.

Наилучшие источники тока, дающие большие количества электричества высокого напряжения, следовательно, совмещающие в себе достоинства приборов первого и второго рода, – это механические генераторы тока, производящие ток с помощью вращения проводников его в магнитном поле, т. е. вблизи полюсов магнита.

Такой ток служит для электрического освещения наших квартир, и им (с соблюдением величайшей осторожности ввиду его опасности для жизни) экспериментатор, приобретший уже некоторую опытность в обращении с электрическими приспособлениями, также сможет воспользоваться при своих работах.

Некоторое практическое значение, хотя неизмеримо меньшее трех предыдущих способов, имеет четвертый – нагреванием места спая разнородных металлов, развивающих при этом термоток. Никаких технических применений не имеют: пироэлектричество (т. е. электризация кристаллов нагреванием), пьезоэлектричество (электризация их же сдавливанием), фотоэлектричество (возникающее при разности освещения некоторых металлов и их соединений) и т. д.

О естественных источниках электричества, электрических рыбах, упомяну особо.

Легенда об открытии электричества

За 2500 лет до нашего времени люди, как и сейчас, ценили некоторые минералы за их прозрачность, красивый цвет и блеск. К таким ценным камням относили тогда, и совершенно неправильно, янтарь. В силу традиций о янтаре говорится и в современных учебниках минералогии, хотя давно уже стало известно, что янтарь – смола хвойных деревьев, росших на земле за миллионы лет до появления на ней человека.

Древние греки очень любили украшения и мелкие поделки из янтаря, названного ими за его цвет и блеск электроном (солнечным камнем).

Отсюда произошло – правда, много позже – и самое слово «электричество».

Способность же янтаря электризоваться была открыта дочерью знаменитого философа древности Фалеса Милетского. Вот как о том рассказывает легенда: «Дочь Фалеса пряла шерсть янтарным веретеном – изделием финикийских мастеров. Как-то, уронив его в воду, девушка стала обтирать его краем своего шерстяного хитона и заметила, что к нему пристало несколько шерстинок. Думая, что они прилипли к веретену потому, что оно все еще влажно, она принялась вытирать его еще сильнее. И что же? Шерстинок налипало тем больше, чем сильнее натиралось веретено. Девушка обратилась за разъяснением причины этого явления к отцу. Фалес понял, что причина в веществе, из которого сделано веретено, и в первый же раз, как к пристани Милета подошел корабль финикийских купцов, он накупил различных янтарных изделий и убедился, что все они, будучи натерты шерстяной материей, притягивают легкие предметы, подобно тому как магнит притягивает железо».

Ученые нашего времени знают много других веществ, при трении которых можно обнаружить присутствие электрического заряда. Вернее, мы не знаем вещества, которое не обладало бы этой способностью хотя бы в самой слабой степени.

Начало этому знакомству со свойствами электричества положил д-р Джильберт 250 лет тому назад, а самое слово «электричество» было тогда же (в 1675 году) предложено физиком Байлем.

Подумайте, два с четвертью тысячелетия человечество довольствовалось скромными наблюдениями древних греков над электризацией янтаря, ни шагу не сделав дальше в этом направлении! Да и после опытов Джильберта более полутораста лет люди смотрели на электричество как на какую-то занимательную, но бесполезную в практическом отношении силу природы.

Зато как широко оно им пользуется теперь!

I. Первые опыты по электричеству

Как получить и обнаружить электрический заряд

Воткните вертикально деревянную палочку толщиной с карандаш, с расщепом вверху, в центр пробки от банки с горчицей. В расщеп защемите горизонтальную спичку, а на конце последней повесьте на шелковинке шарик из бузинной сердцевины.

Очень хорошо (но не обязательно) пробку и стойку для такого маятника проварить в парафине. Авансом сделаем это замечание для всех вообще деревянных частей приборов, которые будут описаны далее.