Борис Андреев - Завоевание природы
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 А, 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;
4) щеток, которые при вращении коллектора скользят по нему. Щетки делаются из металлических или угольных
пластинок, закрепленных в общей оправе, и соединяются с отходящими от динамомашины проводами.
Как же действует такая динамомашина?
Ее якорь приводится в быстрое вращение с помощью передачи от паровой машины, водяной турбины или какого-либо другого двигателя. Электромагнит устроен так, что в это время он сильно намагничивается. Так как катушки якоря быстро двигаются между его полюсами,
то в проволоке катушек возбуждается сильный электрический ток. Он идет из катушек в пластинки коллектора, из них — в скользящие щетки, а из щеток — во внешние провода. Таким образом, пока якорь вращается, во внешних проводах (если они, конечно, не разомкнуты) все время идет ток.
Динамомашины бывают разного устройства и служат для различных целей. Но мы не будем здесь останавливаться на подробностях, а перейдем к собственно электродвигателю, т.-е. машине, превращающей электрическую энергию в энергию движения.
В 1807 году в городе Париже, столице Франции, устраивалась всемирная выставка. Устанавливались на ней, между прочим, и изобретенные незадолго до этого динамомашины. Когда одну из них соединили с передаточным валом от паровой машины и она начала работать, вдруг завертелся якорь и одной из остальных динамомашин, которые с передаточным валом соединены еще не были. И эту вторую машину никак нельзя было ни остановить, ни затормозить, пока работала первая. Удивленные монтеры начали расследовать это обстоятельство и выяснили в конце концов следующее.
Провода, шедшие от первой машины, случайно оказались соединенными с проводами второй машины. Когда передаточный вал завертел якорь первой машины, то вырабатывавшийся в ней электрический ток пошел в обмотки якоря второй машины. Якорь второй машины благодаря этому тоже завертелся. К ее валу можно было присоединить передаточный ремень и с помощью последнего привести в движение любую машину.
Таким образом была открыта возможность превращения динамомашины в электродвигатель. Современные электродвигатели устраиваются несколько иначе, чем динамомашины, но, в сущности говоря, электродвигатель — это та же динамомашина, только действующая как раз наоборот:
динамомашина превращает энергию движения в электрическую, а электродвигатель превращает электрическую энергию в энергию движения.
3. Что делает для нас электричество.
Если бы мы вздумали подробно описывать все практические применения электричества, то для этого не хватило бы и десяти таких книжек, как наша. Поэтому придется ограничиться упоминанием лишь самого главного и рассмотрением только некоторых примеров.
Если вам придется когда-нибудь попасть на фабрику, работающую электричеством, то вы сразу заметите, что она даже по внешнему виду отличается от фабрики, обслуживаемой паровыми машинами. Вы не увидите на ней сложной системы передаточных валов и ремней, загромождающей помещение и представляющей большую опасность для рабочих. Здесь около машин и станков стоят электродвигатели, которые приводятся в движение от динамомашин центральной станции, общей для всего предприятия; иногда же эта станция находится далеко от предприятия. Провода к электродвигателям идут где-нибудь скрыто под полом или вдоль стен здания и никому не мешают. Каждый мотор может быть пущен в ход или остановлен в любой момент, независимо от других. Энергия расходуется только в то время, пока работает мотор: нет потерь на холостой ход, обычных при передачах от паровой машины.
Чистота, экономия, удобство, безопасность — вот характерные черты фабричного производства, оборудованного электродвигателями. И кроме того оно для своего обслуживания требует гораздо меньше людей, чем обычно.
Современная электрическая станция мощностью в 100000 лошадиных сил требует для своего обслуживания всего около 100 рабочих.
Благодаря применению электричества значительно удешевились многие отрасли промышленности, а некоторые только и могли возникнуть после того, как люди научились пользоваться электричеством. Приведем примеры.
Кто теперь не пользуется алюминиевой посудой,— по своей цене она доступна всем.
Алюминий добывается из особой белой глины. Семьдесят лет тому назад приготовление его обходилось настолько дорого, что килограмм алюминия стоил около 300 рублей. Это был драгоценный металл. Теперь алюминий добывают с помощью электрического тока и цена его упала благодаря этому в несколько сот раз.
С помощью электричества в заводской практике можно достигнуть такого жара, которого не удается достигнуть никакими другими способами. Для этого применяются электрические печи. Одна из таких простых печей показана на рисунке 33. Она выложена из огнеупорного материала (известкового кирпича). Верхнюю часть ее можно снимать и опять накладывать. С боков внутрь печи входят, как показано на рисунке, два длинных угольных стержня, но которым пропускается сильный электрический ток. Когда по ним идет ток, то между концами обоих несколько отодвинутых друг от друга стержней вспыхивает та яркая вольтова дуга, которую можно видеть в больших уличных электрических фонарях. При этом развивается такой сильный жар, при котором плавятся многие тугоплавкие вещества.
Под углями в печи устанавливается огнеупорный сосуд из графита, куда помещается то вещество, которое надо расплавить. После плавки верхняя часть печи снимается и сосуд опоражнивается. В более усовершенствованных печах имеются приспособления, позволяющие просто выпускать из печи наружу расплавленное вещество.
С помощью электрических печей готовятся, например, разные важные для техники сплавы: очень твердая и прочная хромовая сталь, применяющаяся для артиллерийских снарядов и выделки брони военных судов, ванадиевая сталь, употребляющаяся для выделки инструментов, не теряющих своей твердости и прочности при разогревании, вольфрамовая сталь и другие сплавы.
Широкое применение находит электричество при получении многих чистых металлов, например меди, олова, свинца, цинка. Для этого нечистые металлы растворяют в кислотах и потом в особых аппаратах пропускают через такие растворы электрический ток. При прохождении тока металл осаждается в очень чистом виде.
С помощью электричества можно серебрить, золотить, никелировать разные металлические вещи. Делается это так. Для золочения, например, помещают металлическую вещь в раствор такого вещества, которое содержит золото. Электрический ток от внешнего провода идет в металлическую вещь, а потом через раствор в другой провод. Во время прохождения тока из раствора выделяется золото и очень тонким, но в то же время прочным слоем осаждается на подвергающемся золочению предмете.
Скажем еще об одной важной отрасли промышленности, которая стала возможной благодаря электричеству.
Для повышения урожая истощенную посевами землю необходимо удобрять искусственными удобрениями. Одним из таких необходимых для роста растений удобрений является селитра. До недавнего времени для удобрения, а также и других целей (например для приготовления взрывчатых веществ) шла исключительно природная селитра. Добывалась она, главным образом, в Америке, в государстве Чили. Однако залежи природной селитры начали быстро истощаться, надо было подумать об их замене. Такую замену позволило найти электричество.
Если пропускать сильные электрические искры через воздух, то из воздуха начинают образовываться едкие бурые пары. Пары эти распускаются в воде, при чем получается азотная кислота. Растворяя в ней известь можно получить так называемую кальциевую селитру, которая является прекрасным удобрением, заменяющим природную селитру. Этот способ и применяется теперь для заводского производства селитры из воздуха с помощью электричества. Так как воздуха на земле сколько угодно, то теперь уже, благодаря физике, бояться истощения природных залежей селитры не приходится.
