Учебник - Трактат об электричестве и магнетизме Том 1 - Джеймс К.М. (1238775), страница 64
Текст из файла (страница 64)
См, сэр ильям Томсон «Об электродинамических свойствах металлов». Рйя1. Тгапэ.. !856. р. 649. 264 Часть 1. Эаеа«роста«а«а Работа, совершаемая рукой при разделении пластин, всегда превышает работу сил электрического притяжения, совершаемую при сближении пластин, так что процесс зарядки конденсатора связан с затратой работы. За счет части этой работы создается энергия заряженного конденсатора, часть работы идет на шум и тепло при возникновении искр, а остальная часть — на преодоление других сил, препятствующих движению.
0 машинах, создающих электризацию посредством л~еханичекой работы 209. В обыкновенной фрикционной электрической машине работа, затрачи» ваемая на преодоление трения, оказывается намного больше, чем та, которая идет на увеличение электризации. Поэтому любая установка, с помошью которой электризация может производиться целиком за счет механической работы против электрических сил, представляется важной с научной точки зрения, даже если она и не имеет практического значения. Первой машиной такого рода, по-видимому, был вращающийся удвоитель Никольсона, описанный в РЫ(озорй7са1 Тгапзаеггопз за 1788 г. как «прибор, который при врашении рукоятки создает два состояция электричества без трения нли соединения с Землейь.
210. Именно с помощью вращающегося удвоителя Вольта смог увеличить электризацию, получаемую от столба, до величины, способной воздействовать на его электрометр. Приборы, действующие на том же самом принципе, были независимо изобретены г-ном Варлеем ' (Чаг1еу) и сэром У. Томсоном. Эти приборы в своей основе состоят из изолированных проводников различной формы, из которых одни закреплены, а другие подвижны. Движущиеся проводники называются носителями, а неподвижные могут быть названы индукторами, приемниками и регенераторами. Индукторы и приемники имеют такую форму„что, когда носители при своем обращении достигают определенных точек, они оказываются почти полностью внутри некоторого проводящего тела. Однако индукторы и приемники не могут полностью окружать носитель и в то же время позволять ему свободно входить и выходить наружу. Этого нельзя добиться без сложного устройства подвижных частей.
Поэтому прибор с теоретической точки зрения не является совершенным без пары регенераторов, накапливающих небольшие количества электричества, которые носители удерживают на себе при выходе из приемников. Однако мы пока можем предположить. что индукторы и приемники полностью окружают носитель, когда он находится внутри них, поскольку в этом случае теория очень упрощается.
Мы предположим, что машина состоит нз двух индукторов А и С, из двух приемников В н Р и из двух носителей Р и 6. Предположим, что индуктор А наэлектризован положительно, так что его потенциал равен А, и пусть носитель Г находится внутри иядуктора А и имеет потенциал Г. Тогда, если коэффициент индукции между Л и Р равен 1,1 (величину Я считаем положительной), количество электричества на носителе будет равно 1',1 (Р— А). а Брссп1саыоп о1 Ра1еп1, Лап. 27, 1860, Х 206, Глава Х 111.
Электростатнческне крнборы Если носитель, находясь внутри индуктора, соединен с землей, то Р=О, и заряд на носителе будет равен — ЯА, отрицательной величине. Пусть теперь носитель движется по кругу, пока он не попадет в приемник В. Находясь внутри В, носитель касается пружины и, таким образом, приходит в электрическое со- единение с В. Тогда, как показано в п. 32, носитель полностью разряжается и передает весь свой отрицательный заряд приемнику В. Затем носитель войдет в индуктор С, о котором мы будем предполагать, что он заряжен отрицательно.
Находясь внутри С„ носитель приходит в соединение с землей и, таким образом, приобретает положительный заряд, который он уносит и передает приемнику О и т. д. Таким путем, если потенциалы индукторов остаются все время постоянными, то приемники В и ):1 получают последовательно заряды одной н той же вели-. чины для каждого оборота носителя, н, таким образом, каждый оборот дает одно и то же приращение электричества в приемниках. Но если индуктор А соединить с приемником Р, а нндуктор С с приемником В, потенциалы индукторов будут непрерывно возрастать, и количество электри- чества, доставляемое в приемники при каждом обороте, также будет непрерывно возрастать.
Пусть, например, потенциалы А и Р равны У, а потенциалы В и С равны 1', тогда, поскольку потенциал носителя внутри А равен нулю (носитель, на- ходясь в А, соединен с землей), его заряд равен — ЯУ, Носитель входит в В с этим зарядом и передает его В. Если емкость В и С равна В, их потенциал изменится от т' до т' — (Я/В)У. Если другой носитель в то же самое время перенес заряд — Я'т' от С к О, это изменит потенциалы А и П от У до (/ †(Я'/А)Г, где 1)' — коэффициент индукции между носителем и С, а через А обозначена емкость А и 11. Таким образом, если обозначить через У„ и Рв потенциалы двух индукторов после ет полуоборотов, а У„ , и т'„„ — потенциалы после а+1 полуоборотов, то У„„=ӄ— (9'/А)Ь'„, )г„е,—— Ь'„— Д/В)0 .
Если мы обозначим р'=1',1/В и де=Я'/А, то найдем ри„., + пи„„=(р(/„+ ~)/„) (1 — РВ) = (ри, + /1'.) (1 — р /)-', р脄— г/)/„„=(ри„— /~У (1+ р /) =(ри,— /)г) (1 + рд)"+'. Таким образом, 2(/„= (/е [(1 — ж)" + (1+ Л)") + (й ) )'е [(1 — /и/)" — (1+ М)"), Ь'„= (р/д) и, [(1 — рп)- — (1+ лд).) + р, [(1 —;д)" + (1+ рд)"). Из этих уравнений следует, что величина рУ+дт' непрерывно уменьшается, так что, каковы бы ни были начальные значения электризации, приемники в конце концов приобретают электризацию противоположного знака, причем отношение потенциалов А и В равно отношению д к — р.
С другой стороны, величина рУ вЂ” д'т' непрерывно увеличивается, так что, сколь бы мало величина рУ ни отличалась вначале от дР в ту или иную сторону. эта разность будет расти по закону геометрической прогрессии с каждым оборотом, пока электродвижущие силы не станут столь большими, что изоляция прибора ~е выдержит.
Часть !. Эаектростаткка Приборы такого типа могут быть использованы для различных целей: Для достаточной подачи электричества при высоком потенциале, как это делается с помощью большой машины г-на Варлея. Для регулирования заряда в конденсаторе, как, например, в случае Томсоновского электрометра, заряд которого может быть увеличен или уменьшен с помощью нескольких оборотов очень маленькой машины такого рода, называемой Пополнителем (Кер!епЬЬег).
Для умножения малых разностей потенциала. Сначала индукторы могут быть заряжены до крайне малого потенциала, например, от термоэлектрической пары. Затем путем вращения машины эта разность потенциалов может непрерывно умножаться, пока она не станет достаточной для измерения обычным злектрометром.
Определяя на опыте коэффициент увеличения разности потенциалов при каждом обороте машины и зная число оборотов и конечную электризацию, можно определить первоначальную электродвижущую силу, с помощью которой были заряжены индукторы. Большинство этих приборов сделано так, что носители обращаются вокруг оси и при вращении приходят в должное положение относительно индукторов. Соединения осуществляются с помощью пружин, расположенных таким образом, что носители приходят с ними в контакт в нужные моменты времени. 211. Сэр У. Томсон ' построил, однако, машину для умножения электрических зарядов, в которой носителями служат капли воды, падающие в изолированный приемник из неизолированного сосуда, помещенного внутри индуктора, но не соприкасающегося с ним.
Таким образом, приемник непрерывно получает электричество противоположного знака по отношению к индуктору. Если индуктор электризован положительно, приемник будет получать непрерывно возрастающее количество отрицательного электричества. Вода выходит из приемника через воронку, носик которой почти окружен металлом приемника. Поэтому капли, падающие из этого носика, почти свободны от электризации. Другие индуктор и приемник той же самой конструкции расположены так, что индуктор одной системы находится в соединении с приемником другой системы. Поэтому возрастание заряда на приемнике уже не является постоянным, а растет со временем по закону геометрической прогрессии, причем заряды двух приемников имеют противоположные знаки.
Это возрастание происходит до тех пор. яока падающие капли не начинают под действием электрических сил отклоняться от своего пути настолько, что они падают мимо приемника или даже ударяются об индуктор. В этом приборе энергия электризации образуется за счет энергии падающих капель. 212. Построено несколько других электрических машин, в которых используется принцип электрической индукции. Наиболее замечательной из них является машина Гольтца (Нойя), в которой носитель представляет собой стеклянную пластину, покрытую шеллачным лаком, а индукторами являются куски картона. Для того чтобы между частями прибора не проскакивали искры, имеются две стеклянные пластины, по одной с каждой стороны от вращающейся пластины носителя.
Эта машина оказалась очень эффективной и мало подверженной влия- а Ргос. 1т. 5., Липе, 20, !867. Глава Х 11!. Электростатические прнборы 287 иию атмосферных условий. Принцип действия является тем же самым, что и у вращающегося удвоителя и других приборов, основанных на той же самой идее, но, поскольку носитель представляет собой пластину изолятора, а индукторами служат несовершенные проводники, полное объяснение ее действия оказывается более трудным делом, чем в том случае, когда носители являются хорошими проводниками известной формы и они заряжаются или разряжаются в определенных точках. 213.
В уже описанных электрических машинах возникают искры каждый раз, как носитель и индуктор приходят в контакт, находясь при различных потенциалахх. Но мы показали, что каждый раз при этом происходит потеря энергии, и поэтому полная работа, затраченная на вращение машины, не переходит в полезную электризацию, но часть теряется на тепло и на шум от электрической искры. Поэтому я считал желательным показать, как можно построить такую электрическую машину, которая не имела бы таких потерь производительности. Я не предлагаю пригодную форму машины, а рассматриваю пример такого метода, с помощью которого можно применить устройство, которое в тепловых машинах называют регенератором, и тем предотвратить потерю работы. Пусть на рис. 18 буквы А, В, С и А', В', С' обозначают пустотелые закрепленные проводники, расположенные таким образом, что носитель движется последовательно внутри каждого из них.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
