Борис Андреев - Завоевание природы
Мы говорим об электричестве.
V. ПОРАБОЩЕННАЯ МОЛНИЯ.
1. Молния — электричество.
В мае 1752 года недалеко от Парижа был установлен странного вида высокий шест. Шест был деревянный, но заканчивался железным стержнем, укрепленным в стеклянной оправе. От стержня вниз тянулась металлическая проволока. И вот 10 мая, когда в этом месте проходила грозовая туча, люди, возившиеся около шеста, получили из проволоки электрическую искру, как бы извлеченную из грозовой тучи. А месяц спустя в Северной Америке довольно пожилой уже человек, по имени Вениамин Франклин, несмотря на совсем не подходящую погоду (была гроза), занимался… запусканием змея. Змей был тоже не совсем обыкновенный. Он был снабжен железным острием, а пеньковая веревка, на которой его запустили, была привязана к ключу, придерживаемому шелковым платком. Когда веревка намокла от дождя, то Франклин, приближая к ключу руку, получал из него явственно видимые электрические искры.
Не для забавы запускал змей Вениамин Франклин. В его время уже знали, что при трении некоторых тел друг о друга (например какой-нибудь смолы или серы о шерсть или стекла о кожу) получается электричество. В его время строили и электрические машины, в которых электричество добывалось именно трением. С таки-
ми машинами производили много различных опытов… Но Франклина занимала мысль:
А не электрическими ли искрами являются те гигантские молнии, которые бороздят во время грозы небо? Не заряжаются ли тучи электричеством подобным же путем, как заряжаются наши электрические машины, и не получаем ли мы при разряде последних ту же молнию, только в маленьких размерах?
Описанные опыты с шестом (проделанные тоже для проверки мысли, именно Франклина) и опыты со змеем, впоследствии неоднократно проверенные и в других странах, показали, что Франклин был прав.
Та грозная молния, которая издавна пугала человека, которая и теперь еще заставляет испуганно креститься темных женщин в глухих деревнях, оказалась электрического происхождения. И значит, изучая электричество и используя плоды этого изучения для своих нужд, человек заставляет служить себе те же силы, которые производят и молнию, — одно из самых величественных проявлений природного электричества.
Открытие этого факта позволило прежде всего обезвредить молнию. Высокие металлические, заостренные сверху шесты, зарытые нижним концом глубоко в землю — громоотводы — как бы притягивают к себе молнию, отводят ее в землю и тем самым предохраняют соседние с ними предметы от удара молнии. Громоотвод, благодаря которому современные города нс боятся молнии, был также изобретен Франклином.
2. Как люди дошли до электрического двигателя.
Давно было известно, что куски одной железной руды, так называемого магнитного железняка, притягивают к
себе железо. Это свойство назвали магнетизмом. Если потереть таким куском стальной стержень, то и он становится магнитом, т.-е. начинает притягивать к себе железные предметы. Намагниченными стальными стрелками уже несколько сот лет тому назад стали пользоваться для устройства компаса — прибора, применяемого для определения направления. Такая стрелка обладает свойством всегда поворачиваться одним концом на север, другим на юг.
В 1820 году датский ученый, физик, но имени Эрштедт, случайно на лекции заметил, что электрический ток отклонял в сторону находившуюся вблизи магнитную стрелку. Это наблюдение заинтересовало его и он начал изучать действие электричества на магнитную стрелку. Изучали это и другие ученые. И вот оказалось, что не только ток действует на магнит, но и магнит действует на ток: неподвижный сильный магнит отклоняет подвижную проволочную спираль, по которой идет ток.
Мало того. Если вокруг железного стержня обмотать спиралью проволоку и пропустить по ней электрический ток, то стержень становится магнитом, пока по проволоке идет ток. Такой прибор получил название электромагнита.
На рисунке 30 изображен приборчик, с помощью которого легко можно видеть действие электромагнита. Вокруг изогнутого железного стержня намотано витками несколько слоев проволоки (QP) но которой можно пропускать электрический ток. Под электромагнитом находится чашка с гирями, прикрепленная к железной пластинке bа. Когда по обмотке электромагнита пропускают ток, то стержень намагничивается, притягивает к себе пластинку bа, а вместе с ней и чашку с гирями. Пока по обмотке идет ток, электромагнит удерживает чашку на весу, несмотря на положенные на нее тяжелые гири. Как только ток прекратится, гири отрывают чашку и она падает, — электромагнит уже не в силах удержать ее.
Электромагниты различного устройства получили в технике самое широкое применение. Ими пользуются, например, в подъемных кранах для поднимания тяжелых железных, стальных или чугунных предметов, для закрепления стальных предметов при шлифовке, для временного электромагнитного сцепления работающих валов и т. п. Электромагнит найдете вы в электрическом звонке, телефоне, телеграфном аппарате…
Рассмотрим для примера, как действует он в электрическом звонке, изображенном на рисунке 31.
Электромагнит расположен внутри звонка. Электрический ток идет через проволоку т в обмотки электромагнита, оттуда в пружинку, к которой прикреплен железный стержень а с шариком Р. Через этот стержень ток идет в пружинку с и уходит дальше по проволоке. Как только через электромагнит пойдет ток, он сейчас же намагнитится и притянет к себе стержень а. Прикрепленный к последнему молоточек Р ударит в чашку звонка Т. Но при этом стержень отойдет от пружинки с,— значит, прервется проход для тока, и ток поэтому прекратится.
Как только прекратится ток, электромагнит "размагнитится", т.-е. перестанет притягивать к себе стержень а, который оттянется к пружинке с. Коснувшись пружинки, стержень снова замкнет ток, — электромагнит
намагнитится, притянет стержень, молоточек ударит в чашку, — и так далее. Звонок будет непрерывно звонить, пока через него пропускают ток.
Электромагнит очень удобен в обращении. Простым замыканием и размыканием тока мы можем управлять им по своему желанию, находясь от него на любом расстоянии. Он гораздо сильнее простого стального магнита. Но особенно широкое техническое применение получил он благодаря работам упоминавшегося уже в этой книжке ученого физика — Михаила Фарадея.
В то время уже хорошо знали, что если к заряженному электричеством предмету поднести другой предмет, то в последнем тоже появляется электричество через "влияние" первого предмета. Знали также, как мы видели, что электричество вызывает в железе магнитные свойства. Фарадей и думал, нельзя ли, наоборот, с помощью магнетизма получить электричество. Он располагал проволку, концы которой были соединены с чувствительным к току прибором ,— гальваноскопом, вблизи сильного магнита. Сколько, однако, ни бился Фарадей, никакого постоянного тока в проволоке ему таким способом обнаружить не удалось. Но зато ему удалось заметить другое очень важное обстоятельство.
Постоянного тока в проволоке не было. Но в тот момент, когда Фарадей двигал сильный магнит внутри проволочной спирали, в проволоке появлялся ток. Шел этот ток только во время движения магнита. То же самое получалось, если около неподвижного магнита двигалась проволока, концы которой были соединены с гальваноскопом.
Удалось Фарадею получить такие токи, когда он, вместо магнита, брал вторую проволоку, по которой шел ток. В то время когда он замыкал или размыкал ток во второй проволоке, в расположенной вблизи первой на короткое время появлялся ток.
Это были те самые опыты, которые Фарадей показывал министру и из которых развилась вся современная электротехника. Опыты Фарадея послужили исходным пунктом дли развития современного электродвигателя. Но, конечно, они нашли себе практическое применение не сразу. Понадобились труды многих ученых физиков и техников для того, чтобы электродвигатель мог появиться.
Современная динамомашина (так называется машина, вырабатывающая электрический ток) состоит из следующих главных частей (рис. 32):
1) электромагнита М, вокруг которого намотана проволока. Когда по этой проволоке идет ток, то электромагнит намагничивается;
2) якоря Л, состоящего из большого числа катушек изолированной (т.-е. покрытой не пропускающей электричества обмоткой) медной проволоки, которые надеты на железное кольцо. Кольцо помещается между концами (полюсами) электромагнита;
3) коллектора K, состоящего из ряда изолированных друг от друга медных пластинок. К этим пластинкам присоединяются свободные концы проволок от катушек якоря. Коллектор и якорь сидят на общем валу;
