Загадки электричества: читать начало книги онлайн

– Эта заметка напомнила мне один случай. Когда я был ребенком, я с сестрой проходил мимо окна электрической станции и спросил ее: «Отчего получается электричество в динамо-машине?» – «От трения», – отвечала сестра. К сожалению, я убедился впоследствии, что большинство не знакомых с электротехникой уверены в том, что та часть динамо-машины, которая вращается (якорь), трется о ту часть, которая ее окружает. Это трение, по их мнению, и является источником электрического тока. Если бы они знали, что все усилия техники направлены именно к тому, чтобы ослабить возможно больше существующее, к сожалению, в динамо (как и во всякой другой машине) трение подшипников и воздуха! Если бы они понимали, что ослабить трение стараются для того, чтобы усилить ток динамо! Велосипедный электрогенератор построен на тех же принципах, как и динамо-машина. Поэтому разбираемая фраза о «порождении» в нем электричества трением указывает на незнакомство автора не только с устройством этого простенького приборчика, но и с основами электротехники.

К нашему удивлению, и после этой задачи нашелся еще один не убежденный, который заявил:

– Во всяком случае, какая-то разница между токами существует, даже если мы не будем касаться электростатических машин. Например:

Задача № 36

О земляном проводе

Для телеграфной, звонковой и телефонной проводки употребляют вместо одного провода землю, а для осветительной этого никогда не делают.

Почему?

Сопротивление земли, как и любого другого тела, зависит от длины пути, по которому проходит ток. Говорят: сопротивление проводника будет прямо пропорционально его длине. Указанная зависимость как будто бы говорит в пользу применения «земляного провода» именно для электрического освещения, а не для телеграфа. Расстояние от электростанции до самого удаленного абонента можно измерить несколькими километрами, а длину телеграфной линии – сотнями и тысячами километров. Следовательно, электрический ток во втором случае проходит по земле в сотни раз большее расстояние, чем в первом, поэтому во втором случае и сопротивление земли должно было бы быть во столько же раз больше. И однако, как правильно указал наш товарищ, именно во втором случае пользуются землей в качестве обратного провода, а в первом нет. Вопрос был очень интересный, но разрешить его нам удалось лишь много времени спустя. Однако председатель обратил наше внимание на одну ошибку, которую мы допустили в наших рассуждениях.

– Вы правы, конечно, сказал он, – утверждая, что сопротивление земли зависит от длины пути проходящего в ней электрического тока, но вы забыли одно важное обстоятельство: сопротивление проводника будет обратно пропорционально его толщине, т. е. площади его поперечного сечения. Огромная толщина земли в сильнейшей степени уменьшает ее сопротивление, так что практически, будет ли длина «земляного провода» в несколько километров или сотен километров, его сопротивление будет очень небольшое. Я также не смогу вам ответить на вопрос: почему для осветительной сети не употребляют в качестве второго провода землю, но могу сказать о некоторых неудобствах применения «земляного провода» вообще.

В толще земли протекают электрические токи естественного происхождения, которые меняют как свою силу, так и направление. Эти земные токи могут попасть в любую электрическую проводку, если в качестве обратного провода применяется земля. Для работы таких сравнительно грубых аппаратов, как телеграфные, это, вообще говоря, не имеет существенного значения, хотя и их приходится иногда выключать во время сильных токов, возникающих в почве. Такой же чувствительный аппарат, как, например, телефон, никогда не может работать удовлетворительно на больших расстояниях. В телефонной трубке слышится от действия земных токов характерное шипение и потрескивание, которое при неблагоприятных условиях совершенно заглушает речь.

Однако, товарищи, мы очень поверхностно коснулись законов сопротивления. Чтобы напомнить о них, я сообщу вам один любопытный рассказ.

В маленькой стране Нидерланды сотни лет назад было сделано замечательное изобретение. Эта прибрежная страна вечно страдала от наводнений, которые происходили иногда так неожиданно и с такой силой, что жители не успевали принять какие-либо меры предосторожности. И вот однажды, как говорит предание, старый ученый «погрузил в море два стержня и провел от них проволоки к городской башне». На башне он установил «указатель» и колокол. И с того дня жители города могли заранее знать о подъеме воды в море. «Если воды поднимались, стрелка указателя шла вправо, и когда вода поднималась до роковой черты, начинал бить колокол на башне».

Конечно, мы сейчас совершенно не можем выяснить, как были сделаны «указатель» и «колокол» старого ученого, но для меня ясно, что вся его установка работала электричеством. Мне хочется использовать идею нидерландского ученого и предложить вам задачу чисто практического характера.

Задача № 37

О шпильках для волос и о «немецком море» в банке

– Воспользуемся, товарищи, током от городской станции, а вместо указателя возьмем электрическую лампочку. Вот вам проволоки для включения; вот две шпильки для волос вместо «стержней» и банка вместо Немецкого моря.

Повышение уровня воды в банке мы будем отмечать по степени яркости горения лампы.

– Ну-ка, товарищи, покажите на практике, как выполнить такую установку.

Установка вполне понятна из рис. 9. Ток из одного провода городской сети шел в лампочку накаливания, затем по проволоке проходил в соединенную с ней шпильку для волос, из нее в воду, из воды во вторую шпильку и, наконец, по проволоке возвращался во второй провод городской сети.[11]

Рис. 9. Чем больше мы подливали воды в банку, тем ярче горела лампочка

Чем больше мы наливаем воды в банку, тем по большей толщине ее идет ток и лампочка начинает гореть светлей. Это происходит оттого, что чем толще проводник, тем меньше он оказывает сопротивления току.

Вообще можно сказать, что сопротивление проводника будет прямо пропорционально его длине и удельному сопротивлению и обратно пропорционально площади его поперечного сечения.

Эту зависимость можно записать такой формулой:

где R – сопротивление в омах, ρ – удельное сопротивление, l – длина в см и S – площадь сечения в см2.

Ом – это практическая единица сопротивления.

1 ом равен сопротивлению столба ртути длиной в 106 см при площади сечения в 1 мм2.

Сопротивление раствора зависит от длины и толщины (от площади) погруженной в жидкость шпильки.

Тут же следует заметить, что подобная установка дает возможность очень легко убедиться на опыте в зависимости сопротивления и от длины проводника. Стоит лишь сдвигать и раздвигать шпильки для того, чтобы по яркости горения лампы можно было убедиться в этом.

Когда мы решили, наконец, как следует соединить все отдельные части установки, то мы чуть было не отказались от этого проекта, так как наше «Немецкое море» совершенно не проводило тока. Мы наливали полную банку воды, и, несмотря на это, лампочка даже не накалялась. Для нас была понятна причина этого – вода имеет огромное сопротивление и через нее проходит такой слабый ток, который не может накалить волосок лампочки, но от этого соображения решить задачу становилось не легче. Наоборот, казалось, что в обстановке нашей комнаты ее вообще нельзя решить.

Однако кто-то из нас вспомнил, что морская вода «соленая». Мы посолили немедленно и воду в банке, и лампочка загорелась. Конечно, мы не могли удержаться, чтобы не испробовать таким простым способом другие растворы. Мы подливали уксус, выжимали лимон, насыпали вместо соли (поваренной) соду, глауберову соль и проч. Легко было заметить по силе света лампочки, что: 1) сопротивление различных веществ различно, 2) сопротивление растворов кислот меньше растворов солей и 3) сопротивление раствора зависит от его концентрации.

[11] Во всех работах включение в городскую сеть у нас производилось через штепсель.