Текст
ЖУЧЯО-ПОНУЛЯРИАЯ
БИБЛИОТЕКА
С ОЛДА'М
Э. И. Адирович
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ
ТОК
И ЕГО ПРИМЕНЕНИЕ
НАУЧНО-ПОПУЛЯРНАЯ БИБЛИОТЕКА СОЛДАТА
ДОКТОР ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИХ НАУК
Э. И. АДИРОВИЧ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК
И ЕГО ПРИМЕНЕНИЕ
-—^0^--
ВОЕННОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО
ВОЕННОГО МИНИСТЕРСТВА СОЮЗА ССР
Москва—19 5 3
СОДЕРЖАНИЕ
Стр.
Введение ............................................. 3
I. Электрические заряды и электрическое поле ......... 8
II. Электрический ток................................ 17
III. Три действия электрического тока.................. 40
IV. Электричество на службе советского народа....... 62
Редактор Я. М. Кадер
Обложка художника Б. С. Иванова
Технический редактор Н. П. Межерицкая Корректор И. И. Преображенская
Г93029. Подписано к печати 9.2.53 г. Изд. 1/5599 Зак. 474.
Формат бумаги 84 X 108732 — 1.375 б. л. = 4,51 п. л. ф- 1 вкл.—0,125 б. л.=0,41 п. л.
4,697 уч -изд. л.
Номинал — по прейскуранту 1952 года
1-я типография имени С. К. Тимошенко
Управления Военного Издательства Военного Министерства Союза ССР
ВВЕДЕНИЕ
Llama жизнь и деятельность были бы совершенно
* ’ иными, не такими, как сейчас, если бы мы не поль-
зовались запасами энергии, находимой в природе. В тру-
довой деятельности современного человека его мускуль-
ная сила играет ничтожную роль.
В 1952 г., в конце второго года пятой сталинской
пятилетки, наши электростанции дали стране 117 мил-
лиардов киловатт-часов электроэнергии. Чтобы совер-
шить такую работу с помощью ручного труда, сто мил-
лионов человек должны были бы работать.по десять
часов ежедневно свыше 30 лет!
Энергия — это работоспособность. Всякое тело, способ-
ное совершать работу, обладает определенной энергией.
В нефти и в угле, в торфе и в древесине заключена хи-
мическая энергия. Водопады и реки, ветер и морской при-
бой таят в себе запасы механической энергии. Лишь в
незначительной степени эта энергия используется челове-
ком непосредственно. В основном же она преобразуется
в тепловую и электрическую энергию.
Наш век недаром называют веком электричества.
Даже топливо часто предпочитают сжигать теперь не в
двигателе, а в топках теплоэлектростанций. Отсюда энер-
гия топлива, превращенная в электроэнергию, поступает
на заводы и фабрики, в колхозы, в жилые дома, на элек-
трифицированные железные дороги. На водопадах по-
строены гидроэлектростанции, преобразующие энергию
падающей воды в электрическую энергию. Там, где нет
1* 3
водопадов, они создаются искусственно с помощью пло-
тин, запруживающих реки.
В 1920 г. по указанию В. И. Ленина был разработан
план электрификации (план ГОЭЛРО) К В основу плана
ГОЭЛРО, принятого VIII съездом Советов, были поло-
жены ленинско-сталинские принципы электрификации
страны. В плане ГОЭЛРО были воплощены гениальные
идеи великих вождей Коммунистической партии о социали-
стическом переустройстве всей экономики страны, превра-
щения ее из мелкокрестьянской, отсталой в социалисти-
ческую, индустриальную. Этот план Ленин назвал вто-
рой программой нашей партии.
Коммунистическая партия под руководством Ленина и
Сталина развернула борьбу за выполнение плана элек-
трификации. Электрификация народного хозяйства яви-
лась мощным фактором социалистического преобразова-
ния экономики страны, обеспечения ее технико-экономи-
ческой независимости, укрепления могущества Советского
государства. По выработке электроэнергии наша страна
вышла на одно из первых мест в мире. Этот рост энерге-
тической базы в годы сталинских пятилеток явился
одним из важных факторов подготовки нашей страны к
активной обороне. В трудных условиях Великой Отече-
ственной войны советская энергетика обеспечила беспе-
ребойную работу социалистической промышленности.
В послевоенные годы непрерывно растет производственно-
техническая мощь нашей энергетики.
Электрификация составляет основу создания мате-
риально-технической базы великого будущего чело-
вечества — коммунизма. В новой пятилетке развития
СССР на 1951—1955 годы по инициативе И. В. Сталина
в Советском Союзе началось строительство гигантских
электростанций и гидротехнических сооружений на
Волге, Днепре и Аму-Дарье.
Почему же именно электричество служит основной
движущей силой современной передовой техники?
Паровая машина непрерывно требует топлива. Хо-
рошо, если вблизи есть леса либо залежи нефти, угля или
торфа. А если их нет? Тогда к заводам, работающим с
помощью паровых машин, день и ночь должны итти из-
далека эшелоны с топливом. Огромный расход топлива,
1 ГОЭЛРО — Государственная Комиссия по электрификаций
России. План ГОЭЛРО, рассчитанный на 10—15 лет, был к 1935 г.
перевыполнен в 2,5 раза,
4
трудности его доставки во все уголки страны — все это
исключает возможность создания современной промыш-
ленности на базе одних тепловых машин. Электрическая
же энергия с ничтожными потерями передается на боль-
шие расстояния по проводам.
Для получения электроэнергии не обязательно сжигать
дорогое и дефицитное топливо — нефть и каменный уголь.
Современные тепловые электростанции работают на низ-
косортном горючем — на буром угле, торфе, сланцах,—
не имевшем раньше промышленного значения. Гидро-
электростанции позволяют использовать огромные коли-
чества механической энергии водопадов и рек, пропадав-
шей бесполезно до изобретения электрических машин.
Возможность запасания электрической энергии в аккуму-
ляторах и превращения ее в химическую энергию откры-
вает пути для широкого развития ветроэнергетики.
Благодаря электричеству стали возможны многие от-
крытия нашего времени, возникли и развились многие
важнейшие отрасли техники. Радиосвязь и радиолокация,
проникновение в недра атома и разрушение его — всем
этим мы обязаны электричеству. Электричество — бук-
вально «мастер на все руки». Оно освещает квартиры и
улицы, приводит в движение поезда, трамваи и троллей-
бусы, движет станки, плавит металл, поднимает тяжести,
производит сельскохозяйственные работы. Электричество
позволяет нам слышать за тысячи километров, лечит бо-
лезни, находит руды, уголь и нефть в недрах земли, дает
возможность видеть в полной темноте и на большом рас-
стоянии, открывает глазу работу внутренних органов че-
ловеческого тела, производит сложные математические
вычисления. Чтобы только перечислить все, что делает
электричество, понадобилось бы немало страниц.
Разумеется, электричество само по себе ничего не в
состоянии сделать. Все перечисленное смогли сделать
люди, изучившие законы электрических явлений. Это
было достигнуто в результате работы многих людей в те-
чение нескольких столетий. В слепых, не управляемых
человеком явлениях природы электрический разряд —
молния — либо проходит бесследно, либо приводит к по-
жарам и разрушениям.
Как и в другие области науки и культуры, большой
вклад в учение об электричестве и в электротехнику сде-
лан русскими учеными и инженерами. Радио и радиоло-
кация, электрическое освещение, телеграф, перв'ая прак-
5
тическая высоковольтная передача энергии, трехфазный
двигатель, давление электромагнитных волн, трансформа-
тор, обратимость электродвигателя и генератора, электри-
ческая дуга, электросварка, прожектор, гальванопла-
стика, фотоэлемент, лампы дневного света — таков да-
леко не полный перечень открытий и изобретений русской
научной электротехнической мысли. Имена М. В. Ломо-
носова, А. С. Попова, В. В. Петрова, П. Н. Лебедева,
П. Н. Яблочкова, А. Н. Лодыгина, М. О. Доливо-Добро-
вольского, Б. С. Якоби, Э. X. Ленца, П. Л. Шиллинга,
А. Г. Столетова, В. Н. Чиколева, Ф. А. Пироцкого,
Д. А. Лачинова, Р. Э. Классона, И. Ф. Усагина, Н. Н. Бе-
нардоса, И. Г. Славянова, С. И. Вавилова, Б. Л. Ро-
зинга, М. В. Шулейкина, М. А. Бонч-Бруевича,
Л. И. Мандельштама, Н. Д. Папалекси, А. А. Черны-
шева, В. П. Вологдина и многих других замечательных
русских ученых и электротехников известны всему
миру.
Для того, чтобы электроэнергетика стала основой ма-
териального благосостояния народа, недостаточно таланта
ученого или изобретательности инженера. Ленин и Сталин
учат, что социалистическая электрификация в корне
отличается от капиталистической. За рубежом капитали-
сты эксплуатируют электростанции в личных целях, по-
лучая колоссальные прибыли. Условия капиталистиче-
ского общества делают невозможным рациональное
использование электростанций. В США, Англии и других
капиталистических странах электростанции служат це-
лям подготовки к войне, способствуют еще большей
эксплуатации и обнищанию трудящихся. Электрифика-
ция в условиях капитализма приводит ко все большему
обогащению кучки капиталистов и к усилению их гнета
над трудящимися. При капиталистическом строе электри-
фикация носит уродливый характер, способствует росту и
обострению противоречий и неравномеоностей капитали-
стического развития. Еще в 1921 г. В. И. Ленин указывал,
что «пока остается капитализм и частная собственность
на средства производства, электрификация целой страны
и ряда стран, во-первых, не может быть быстрой и пла-
номерной; во-вторых, не может быть произведена в
пользу рабочих и крестьян. При капитализме электрифи-
кация неминуемо поведет к усилению гнета крупных
банков и над рабочими и над крестьянами» (Соч., т. 33,
стр. 112).
6
В условиях капитализма механизация и автоматиза-
ция приводят к деквалификации и истощению рабочих и
к увеличению армии безработных. Крестьяне не имеют
средств, чтобы пользоваться электроэнергией в сельском
хозяйстве. В колониальных странах, где рабочие руки
часто дешевле электродвигателей, капиталисты предпочи-
тают наживаться на тяжелом, изнуряющем труде рабо-
чих, а не применять электроэнергию.
Успехи СССР в электрификации красноречиво гово-
рят о преимуществах социалистической системы хозяй-
ства, о могуществе Советского государства, о силе и жиз-
ненности советского строя, о мудрости великой партии
Ленина — Сталина. Только при социализме электрифика-
ция создает неограниченные возможности для развития
производительных сил страны и служит всему народу.
У нас, в стране социализма, электроэнергетика служит
делу улучшения благосостояния и условий жизни трудя-
щихся. Электрифицируя народное хозяйство, советские
люди ликвидируют малопроизводительный неквалифици-
рованный труд. У нас в стране механизируются в первую
очередь самые тяжелые и трудоемкие процессы: земля-
ные работы, добыча угля, лесозаготовки, погрузо-разгру-
зочные работы и др. Широкое внедрение механизации и
автоматизации в советскую промышленность ведет к
замене мускульного труда квалифицированным тру-
дом по управлению машинами. Интенсивно проводится
электрификация сельского хозяйства. Электрическая энер-
гия в руках советских людей не только во много раз уве-
личивает масштабы промышленного производства. С ее
помощью осуществляется великий ленинско-сталинский
план преобразования природы, обводнения и орошения
засушливых районов.
Великий опыт Советского Союза, замечательный путь,
пройденный СССР под руководством партии Ленина —
Сталина, показывают, какие неограниченные возможности
развития производительных сил и роста благосостояния
создает электрификация в условиях социализма. Вели-
кому опыту СССР в электрификации учатся, его воспри-
нимают трудящиеся стран народной демократии, ставших
на путь социалистического строительства при братской
помощи народов великого Советского государства.
Что же такое электрический ток, такое могучее и вме-
сте с тем тонкое орудие, на много увеличившее власть
человека над природой?
7
I. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЗАРЯДЫ И ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ
ПОЛЕ
Как построены окружающие нас тела
Чтобы разобраться в природе электрического тока, нам
придется прежде всего совершить экскурсию в недра
вещества и посмотреть, как устроены окружающие нас
тела. Все тела в природе состоят из мельчайших части-
чек— атомов. Атомы слишком малы, чтобы их можно
было увидеть даже в самый сильный микроскоп. На
длине в один сантиметр, то есть на протяжении вот этой
черточки
помещается сто миллионов атомов!
Несколько атомов, соединенных вместе, образуют м о-
л е к у л у.
Мы не видим отдельных атомов и молекул, но все
свойства окружающих нас тел определяются ими.
Если молекулы находятся далеко одна от другой, то
они свободно движутся по всем направлениям, сталки-
ваются друг с другом и вновь расходятся в разные сто-
роны. Такое тело — газ. Как бы ни был велик сосуд, мо-
лекулы газа разойдутся по всему его объему.
В жидкостях атомы или молекулы тоже быстро и хао-
тически движутся. Но здесь они гораздо ближе друг к
другу, чем в газах.
Рис. 1. Самородок золо-
та. Показано, как в нем
расположены атомы
Молекулы удерживаются вместе осо-
быми силами взаимодействия.
Поэтому каждая жидкость, в от-
личие от газа, имеет определен-
ный объем. Можно налить полбу-
тылки воды, но нельзя набрать
половину бутылки воздуха.
Атомы, образующие -твердые
тела, расположены в пространстве
в определенном порядке (рис. 1).
Здесь они уже не могут переме-
щаться по всему объему, как в
жидкости или в газе. Силы взаи-
модействия между атомами удер-
живают каждый из них на своем
месте. Атомы совершают лишь
небольшие колебания, подобно
6
гирькам, закрепленным на пружинах. Поэтому каждое
твердое тело, в отличие от жидкостей и газов, имеет
определенную форму. Изо льда, например, можно выто-
чить шар; из воды — нельзя.
Если атомы или молекулы в теле движутся медленно,
тело кажется нам холодным; если быстро— горячим. Тем-
пература тела определяется энергией движения его мо-
лекул. Эту энергию мы называем теплотой.
Нагревая тело, мы увеличиваем скорость и энергию
движения составляющих его частиц, а следовательно, по-
вышаем его температуру. Атомы в куске железа, поме-
щенном в печь, колеблются все быстрее и быстрее. Раз-
мах их колебаний становится все больше и больше. На-
конец, энергия атомов становится так велика, что силы
взаимодействия между атомами уже не в состоянии
удержать их на прежних местах. Атомы уходят со своих
мест, порядок нарушается. Перед нами уже не твердое
тело, а жидкость. Железо расплавилось.
Как устроен атом
Долгое время думали, что атомы — это простейшие
частицы, из которых построена вся вселенная, весь мир.
Их так и называли «кирпичи мироздания». Теперь мы
знаем, что это не так. Маленький атом — не простая ча-
стица. В центре атома находится атомное ядро, а вокруг
ядра движутся электроны.
Схематически строение атома изображено на ри-
сунке 2. Это самый простой атом — атом водорода. В нем
Рис. 2. Схема атома водорода
только один электрон. В других атомах — по нескольку
электронов. В атоме урана, например, их девяносто два.
Но во всех атомах электроны одинаковы.
И электроны, и ядра еще в сотни тысяч раз меньше,
чем атом. На рисунке 2 ядро и электрон изображены
непомерно большими по сравнению с размерами атома.
Да мы и не можем нарисовать их в правильном мас-
щтабе. Если условно изображать ядро атома водорода
9
в виде такого шарика, как в центре рисунка 2, то раз-
мер атома (то есть диаметр электронной орбиты) должен
равняться в таком случае 200 километрам!
Другие атомы отличаются от атомов водорода не
только числом электронов, но и строением ядер. Ядра
других атомов значительно больше ядра атома водорода,
но во всех случаях их размеры остаются ничтожными по
сравнению с размерами атома.
Электрические заряды
Что же удерживает электроны в атоме? Почему они,
находясь на таких относительно огромных расстояниях
от ядра,' движутся вокруг него? Причина в том, что и у
ядер и у электронов есть электрический заряд, а элек-
трические частицы взаимодействуют между собой. Они
отталкиваются, если знаки их зарядов одинаковы, и при-
тягиваются, если заряды различны по знаку. Заряд лю-
бого ядра положителен, заряд электрона отрицателен.
Поэтому ядро удерживает электроны в атоме; сила при-
тяжения к ядру заставляет электроны двигаться вокруг
него.
Этими же электрическими силами определяются раз-
меры атомов. При очень тесном сближении двух атомов
возникают огромные силы отталкивания между их элек-
тронами. Эти силы препятствуют дальнейшему сближе-
нию и определяют объем, занимаемый атомом; внутрь
этого объема не может проникнуть другой атом.
Силы отталкивания между атомами возникают, когда
пересекаются орбиты (пути) их электронов. Поэтому раз-
меры атома определяются диаметром его самой большой
электронной орбиты (см. рис. 2).
Электризация тел трением
Почему же мы не наблюдаем электрических сил при-
тяжения и отталкивания между окружающими нас те-
лами? Ведь все тела состоят из атомов, а атомы — из
частиц, обладающих электрическими зарядами.
Причина в том, что атомы в целом нейтральны. Об-
щий отрицательный заряд всех электронов в атоме равен
положительному заряду ядра. Суммарный заряд атома —
нуль. А раз нейтрален атом — нейтральна и молекула.
И тело, состоящее из атомов или молекул, тоже ней-
трально; оно не обладает электрическим зарядом.
10
Возьмите стеклянную палочку и сильно потрите ее
куском сухого шелка. При этом часть электронов отры-
вается от молекул стекла и переходит к молекулам
шелка. Происходит так называемая ионизация неко-
торых молекул стекла, превращение их из нейтральных
частиц в электрически заряженные частицы — ионы.
Молекулы стекла, потерявшие один или несколько элек-
тронов, уже не нейтральны. Положительный заряд ядер
в такой молекуле больше, чем отрицательный заряд
оставшихся в ней электронов. Молекула заряжена поло-
жительно — это положительный ион. Атом или
молекула, захватившие один или несколько лишних
электронов, называются отрицательными ио-
нами.
Если прикоснуться этой палочкой к двум листочкам
папиросной бумаги, подвешенным на нитках, то часть
электронов с листочков притянется положительно заря-
женной палочкой и перейдет на нее. Листочки зарядятся
положительно и станут отталки-
ваться друг от друга, как это изо-
бражено на рисунке 3.
Листочки можно зарядить и
отрицательно. Для этого вместо
стеклянной надо взять эбонито-
вую или сургучную палочку,
а вместо шелка — мех или шер-
стяную ткань. При натирании
сургуча или эбонита мехом часть
электронов переходит с меха на
палочку, и она заряжается отри-
цательно.
Электроны отталкиваются друг
от друга. Поэтому когда палочка
касается листка папиросной бу-
маги, часть электронов переходит
на него. Два листочка, которых м
или сургучной палочкой, заряжаются отрицательно.
Между собой они отталкиваются так же, как показано
на рисунке 3, а к положительно заряженным листочкам
притягиваются (рис. 4).
Впервые люди познакомились с электричеством, на-
тирая янтарь шерстью. Было это в древней Греции две
с половиной тысячи лет назад. Янтарь по-гречески назы-
вается «электрон». Так родилось слово «электричество».
11
Рис. 3. Две одинаково
заряженные бумажки
отталкиваются
коснемся эбонитовой
Рис. 4. Две различно заря-
женные бумажки притягива-
ются
Положительно
шее часть своих
тело — это тело,
Электризация тел
Мы видим теперь, что
электрические свойства ян-
таря, стекла, эбонита и дру-
гих тел, с которыми люди
познакомились на опыте,
суть лишь проявление элек-
трических сил, действующих
между электронами и ядрами.
Названия «положитель-
ный» и «отрицательный» за-
ряды были даны тогда, когда
о строении атома, об электро-
нах и ядрах еще ничего не
знали. Впоследствии оказа-
лось, что положительным
был назван заряд ядра, а от-
рицательным — заряд элек-
трона.
заряженное тело — это тело, потеряв-
электронов. Отрицательно заряженное
приобретшее избыточные электроны,
при трении вызвана переходом части
электронов от одного тела к другому.
Электрическое поле
Если бы атомное ядро не обладало зарядом, то на
электрон ни вдали, ни вблизи от ядра не действовали бы
силы. Заряд ядра — вот причина того, что на другие
заряды, попадающие в пространство, окружающее ядро,
действуют силы притяжения или отталкивания. И чем
ближе к ядру, тем эти силы больше.
Таким образом, в пространстве, окружающем ядро
или любой иной электрический заряд, обнаруживаются
совершенно особые явления. На попадающие в это про-
странство другие заряды действуют силы. Причина этих
сил — электрическое поле, созданное электриче-
ским зарядом.
Каждый электрический заряд окру-
жен создаваемым им электрическим
nt) л е м.
Вокруг нейтрального тела мы не обнаруживаем элек-
трического поля. Это происходит потому, что поле, созда-
ваемое ядрами всех атомов тела, уравновешивается про-
^гивоположным полем всех его электронов. Силы, с кото-
рыми оба поля действуют на любой заряд, равны по ве-
личине и противоположны по направлению, то-есть
сумма их равна нулю.
Атом в целом, как уже говорилось, также нейтрален.
Поэтому на расстояниях, значительно больших, чем раз-
меры атома, поле атома практически равно нулю; иначе
говоря, атом не притягивает и не отталкивает электри-
ческих зарядов. Но так как положительный и отрицатель-
ный заряды в атоме не совпадают (первый связан с яд-
ром, а второй — с электронами), то вблизи атома поля
их не одинаковы и не уравновешиваются. Благодаря
этому между нейтральными атомами на малых расстоя-
ниях возникают электрические силы.
В тех случаях, когда это силы отталкивания, два
атома, случайно встретившихся, расходятся вновь. Когда
же это силы притяжения, то они могут удержать атомы
вместе. Так образуется молекула. Силы, действующие
внутри молекулы и удерживающие вместе составляющие
ее атомы, также имеют электрическое происхождение,
и в конечном счете обусловлены электрическим взаимодей-
ствием электронов и ядер.
При электризации тел трением осуществляется тес-
ный контакт между атомами двух тел. В результате
электроны одних атомов попадают в поля ядер других
атомов и отрываются ими. Трение при этом играет несу-
щественную роль. Важно сближение атомов на близкие
расстояния.
В учении об электричестве принято говорить «поле
действует» вместо «силы поля действуют», «поле направ-
лено», подразумевая «сила поля направлена», «поле от-
рывает» вместо «сила поля отрывает» и т. д. Мы будем
говорить так же.
Металлы, изоляторы и полупроводники
Мы уже знаем, что атомы в твердом теле располо-
жены в определенном пространственном порядке
(см. рис. 1). Правильнее сказать, что в пространстве
расположены в порядке не атомы, а атомные ядра. Что
же касается электронов, то они в разных телах ведут
себя по-разному.
В некоторых телах все электроны прочно удержи-
ваются вблизи ядер. Такие тела называются изолято-
13
рами или диэлектриками. В других телах — в
металлах — часть электронов свободно или почти
свободно странствует по всему объему, занимаемому
телом.
Чтобы понять причину столь различного поведения
электронов в металлах и в изоляторах, надо учесть, что
расстояния между атомными ядрами в твердых телах та-
ковы же, как размеры самих атомов. Поэтому каждый
электрон находится здесь не только в поле ядра его соб-
ственного атома, но и в поле соседних ядер. Если рас-
положение атомов таково, что поля соседних ядер срав-
нительно малы, электрон удерживается в определенном
атоме. Если же поля соседних ядер велики, то силы, дей-
ствующие на электрон, уравновешиваются и электрон
больше не удерживается ядрами, а странствует по
всему телу. Такие электроны называются свобод-
ными.
В атомах, где много электронов, одни электроны все
время движутся близко от ядра, другие находятся от
ядра значительно дальше. Очевидно, что электроны, близ-
кие к ядру в изолированном атоме, будут продолжать
удерживаться им и в том случае, когда этот атом нахо-
дится в твердом теле. Ядра соседних атомов гораздо
дальше от них, поля этих ядер значительно слабее, чем
поле ядра собственного атома. Эти внутренние
электроны не покидают атомов. Отрываются и путеше-
ствуют по металлу лишь самые внешние, самые дале-
кие от ядер, слабо удерживаемые ими электроны.
Эти же внешние электроны переходят от одного атома
к другому и при сближении двух разных атомов, напри-
мер, при встрече атома водорода с атомом хлора. В этом
случае поле ядра атома хлора отрывает электрон от
атома водорода. Теперь и водород и хлор уже не ней-
тральные атомы, а ионы. Положительный ион водорода и
отрицательный ион хлора притягиваются и образуют мо-
лекулу. Из таких молекул состоит соляная кислота.
Кроме металлов и изоляторов, в природе существует
много тел, занимающих промежуточное положение по
своим электрическим свойствам. Эти тела называются
полупроводниками.
По своему строению полупроводники стоят гораздо
ближе к изоляторам, чем к металлам. Все электроны в
них связаны с атомами, удерживаются полями ядер.
14
Однако некоторые электроны связаны слабо. Вследствие
теплового движения частиц тела такие электроны отры-
ваются от атомов и становятся свободными. Правда, они
остаются свободными недолго. Очень скоро они притя-
гиваются теми же или другими ядрами и удерживаются
ими. Однако в это же время отрываются другие элек-
троны и т. д. В полупроводнике всегда имеется некоторое
количество свободных электронов, оторвавшихся от ато-
мов вследствие теплового движения.
Свободные электроны в полупроводниках делают их
похожими на металлы. Однако между металлами и полу-
проводниками имеется глубокое различие.
Как бы сильно ни был охлажден металл, в нем всегда
останутся свободные электроны. Силы притяжения сосед-
них ядер в куске металла не дают возможности внешним
электронам удерживаться в определенных атомах. Совсем
по-иному обстоит дело в полупроводниках. Не электриче-
ские поля ядер, а тепловые колебания атомов — причина
появления в полупроводниках свободных электронов. Но
чем ниже температура тела, тем меньше энергия тепло-
вого движения его частиц. При низких температурах эта
энергия становится недостаточной для того, чтобы отры-
вать даже слабо связанные электроны. Поэтому при
охлаждении полупроводники утрачивают свои металличе-
ские свойства и превращаются в изоляторы.
В меди, серебре, железе, алюминии часть электронов
свободна. Эти тела — металлы. В стекле, парафине, фар-
форе, эбоните все электроны связаны. В этих телах нет
свободных электронов. Это — изоляторы. В закиси меди,
сернистом свинце, в элементах германий и селене неко-
торые электроны связаны так слабо, что отрываются от
своих мест вследствие теплового движения. Эти тела —
не металлы и не изоляторы, а полупроводники.
Электризация тел влиянием
Проделаем такой опыт. У меня в руках незаряжен-
ный медный стержень, состоящий из двух плотно при-
легающих друг к другу половинок. У каждой половинки
стеклянная ручка. Я вношу стержень в электрическое
поле (рис. 5), созданное двумя разноименно заряжен-
ными пластинами, и там разделяю половинки стержня.
Вынося каждую половинку в отдельности, я обнаруживаю
15
Рис. 5. Поле пластин электризует
металлический стержень. Заряды,
возникающие на концах стержня,
с помощью предвари-
тельно заряженных па-
пиросных бумажек, что
обе половинки стержня
зарядились (рис. 6).
Складываю обе поло-
винки вместе — стер-
жень оказывается по-
прежнему нейтральным.
На протяжении всего
опыта я ничем не при-
касался к стержню, ни-
чем не натирал его,
чтобы наэлектризовать.
Откуда же появились
заряды на половинках
создают в нем противоположное стержня И куда ОНИ
поле, уравновешивающее электриче- исчезли после ТОГО, как
ское поле пластин я обе ПОЛО-
ВИНКИ вместе?
В меди, как и во всяком металле, есть свободные элек-
троны. В электрическом поле и на электроны и на ядра
действуют силы. На ядра действуют силы, направленные
к отрицательной пластине; на электроны — силы, направ-
ленные к положительной пластине. Но и ядра и внут-
ренние электроны атомов удерживаются на определенных
местах и не могут перемещаться по металлу. Напротив,
свободные электроны придут в движение в том направ-
лении, в каком на них действуют силы поля (это направ-
ление изображено на рис. 5 стрелкой). В результате
часть свободных электронов перейдет с одной половинки
стержня на другую. Левая половинка, на которой нахо-
дятся лишние электроны, окажется заряженной отрица-
тельно; правая, на которой недостает электронов,—поло-
жительно. При соединении их вместе электроны возвра-
щаются обратно, и стержень становится, как и был, ней-
тральным.
Такой способ электризации тел называется элек-
тризацией влиянием. Наэлектризовать в поле (то
есть влиянием) диэлектрик невозможно. Если бы вместо
медного стержня мы взяли фарфоровый или стеклянный,
его половинки остались бы нейтральными. Ведь в фар-
форе и стекле нет свободных электронов, которые могли
бы перейти с одного конца стержня на другой.
16
Рис, 6. Мы видим, что каждая из половинок
стержня заряжена. Левая зарядилась отрица-
тельно (она отталкивает отрицательный листок
и притягивает положительный). Правая заряди-
лась положительно. После соединения их вместе
стержень снова нейтрален (он не притягивает
и не отталкивает заряженных листочков)
II. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК
Мгновенные токи
Р ассмотрим подробнее только что проделанный опыт.
* Электрическое поле заставило часть свободных элек-
тронов перейти с одной половины стержня на другую.
Но ведь и раньше свободные электроны двигались по
всему объему металла. Что же изменилось после внесе-
ния стержня в поле?
Раньше движение электронов было хаотическим.
Вправо и влево, вверх и вниз — по всем направлениям
летели они в металле, сталкиваясь с ионами и вновь
устремляясь вдаль.
Сколько электронов переходило с правой половины
стержня на левую, столько же в среднем переходило и
2 Э. И. Адирович 17
обратно. Поэтому обе половинки стержня и оставались
незаряженными.
После внесения стержня в поле в нем возникло упо-
рядоченное движение электронов. Электроны, летящие
справа налево (см. рис. 5), поле ускоряет; встречные
электроны, наоборот, — замедляет, тормозит. В резуль-
тате справа налево перемещается больше электронов,
чем слева направо. Таким образом, поле вызывает в стер-
жне поток электронов — электрический ток. Элек-
трический ток в металлах — это упорядоченное
движение электронов. Далее мы увидим, что
электрический ток может быть создан и другими дви-
жущимися зарядами.
Можем ли мы обнаружить электрический ток, возни-
кающий в стержне при внесении его в электрическое
поле? Простыми средствами — нет, не можем, так как он
существует очень недолго, малые доли секунды.
Электрический ток, то есть поток электронов, устрем-
ленный в нашем опыте справа налево, приводит к тому,
что на левом конце стержня накопляется отрицательный,
а на правом — положительный заряды. Эти заряды со-
здают свое собственное электрическое поле, направлен-
ное против внешнего поля пластин (см. рис. 5). Левый
отрицательный заряд отталкивает электроны, а правый
положительный заряд притягивает их. Чем дольше идет
ток, тем больше становятся заряды на концах стержня,
тем больше они ослабляют электрическое поле пластин.
Наконец, поля уравновешиваются. На электроны стержня
не действуют более силы электрического поля. Поэтому
исчезает и вызванный этими силами электрический ток.
Весь процесс этот протекает очень быстро. При внесе-
нии металла в поле обычно не успевают заметить пробе-
гающий в нем мгновенный ток. Обнаруживают лишь его
результат — появление зарядов, то есть, иными словами,
электризацию металла влиянием.
Постоянный ток в металлах
В опыте, изображенном на рисунке 5, электрическое
поле действует и на заряды, находящиеся на пластинах.
Но электроны не могут перейти с правой пластины на
левую, так как пластины разделены воздухом, а воздух —
изолятор. Внесем теперь в поле вместо стержня длин-
18
йую металлическую проволоку и соединим ею пластины.
Эта проволока послужит для электронов мостом, пере-
брошенным через изолятор. Электроны, гонимые полем,
устремятся по проволочке, и электрический ток будет
продолжаться до тех пор, пока обе пластины не станут
нейтральными, не разрядятся.
Разорвем проволочку и вновь зарядим пластины,
то есть перенесем каким-либо способом часть электронов
с левой пластины на правую. Соединяя затем разорван-
ные концы проволочки, мы снова получим мгновенный
электрический ток. Этот опыт можно повторять сколько
угодно раз.
Рис, 7. Аккумуляторы. Внизу изображена схема
их устройства. На электродах находятся заря-
ды, создающие поле. На практике несколько
аккумуляторов соединяется в аккумуляторную
батарею
Если же мы сумеем каким-либо способом переносить
электроны на правую пластину с такой же скоростью, с
какой они уходят с нее по проволочке, то разрывать про-
волоку каждый раз для зарядки пластин уже не нужно.
На пластинах будут все время поддерживаться постоян-
ные заряды. Поле их также будет постоянным, а значит,
и ток в проволочке не будет прекращаться.
Если поддерживать постоянными заряды двух разно-
именно заряженных тел, соединенных проводником, то
по проводнику будет итти постоянный ток.
2* 19
Рис. 8. Заряженные электроды вынуты из аккумуля-
тора. Стоит нам включить рубильник, и электроны
под действием поля устремятся с катода на анод.
Электроды разрядятся, и поле исчезнет. Без поля не
будет и тока
Рис. 9. Рубильник включен, но ток не прекращает-
ся. Внутри аккумулятора электроны возвраща-
ются обратно на катод против сил поля. На это
затрачивается химическая энергия. Когда она вся
израсходуется, аккумулятор „разрядится"
Аккумуляторы, сухие элементы, динамомашины и дру-
гие генераторы (устройства, создающие электриче-
ский ток) постоянного тока выполняют именно
эту задачу. Они поддерживают постоянными заряды,
создающие электрическое поле, непрерывно восполняя
уходящие электроны.
20
На рисунке 7 изображены два различных аккумуля-
тора, применяемых на практике. Внизу схематично пока-
зан принцип устройства аккумулятора. Две свинцовые
пластины (электроды), одна из которых покрыта пере-
кисью свинца, опущены в сосуд с серной кислотой. Хи-
мические процессы, протекающие в аккумуляторе, приво-
дят к тому, что на одной пластине (катод) оказыва-
ются избыточные электроны, а на другой (анод) нехва-
тает электронов. Заряды катода и анода создают вокруг
аккумулятора и внутри него электрическое поле.
Соединим катод и анод аккумулятора проводником —
образуется электрическая цепь. Поле вызовет в
проводнике упорядоченное движение электронов: возни-
кает электрический ток — поток электронов с катода на
анод. Если бы не было никакого аккумулятора, а элек-
троды были просто заряженными пластинами (рис. 8),
то по проводнику пробежал бы уже известный нам мгно-
венный ток, и пластины разрядились бы. Но благодаря
химическим процессам, происходящим в аккумуляторе,
электроны внутри него переходят обратно с анода на ка-
тод, и заряды электродов поддерживаются, таким обра-
зом, постоянными.
Поэтому поле не исчезает, и в цепи аккумулятора про-
текает не мгновенный, а постоянный ток (рис. 9).
Как направлен электрический ток
Этот вопрос, наверное, уже задали себе многие чита-
тели, посмотрев на рисунок 9.
Обычно считают и рисуют на схемах, что ток в цепи,
присоединенной к генератору электрического тока, идет
от анода к катоду, от плюса к минусу. А на ри-
сунке 9 указано обратное направление.
Что же правильно?
Что такое ток в металле? Поток электронов. А как
действуют на электроны силы в электрическом поле? По
направлению от отрицательного заряда к положитель-
ному, то есть от катода к аноду. Значит, и электрический
ток идет от катода к аноду.
Когда еще ничего не знали ни об электронах, ни об
атомных ядрах, а знали лишь, что в проводнике «ч т о-т о»
движется, пытались угадать направление движения этого
неизвестного «чего-то». Как оказалось теперь, угадали
неправильно. В направлении от анода к катоду могли бы
21
двигаться под действием поля лишь положительные за-
ряды. Но положительные заряды в металле — это его
ионы. Они закреплены в определенных местах и переме-
щаться под действием поля не могут. Электрический ток
в металле — это движущиеся от катода к аноду свобод-
ные электроны.
Электрический ток в растворах
На рисунке 9 электроды аккумулятора были соеди-
нены, или, как говорят, замкнуты металлами — медными
проводами и вольфрамовой спиральной проволочкой элек-
трической лампочки. Присоединим провода, идущие от
аккумулятора, к двум металлическим или угольным пла-
стинам, опущенным в воду. В цепь включим ампер-
метр — прибор, показывающий ток. Его стрелка будет
стоять на нуле. Цепь разорвана, так как между пласти-
нами находится изолятор — вода.
Так будет, если в сосуд, куда погружены пластины,
налита химически чистая, то есть не содержащая раство-
ренных примесей, вода. Но стоит прибавить к ней не-
сколько капель соляной кислоты или щепотку соли, как
стрелка амперметра отклонится. В цепи пойдет ток. Вода,
в которой растворена кислота, соль или щелочь, уже не
изолятор, а проводник.
Однако это совсем иной проводник, нежели металлы.
В растворах движутся не электроны, а ионы.
Мы уже знаем, что молекула соляной кислоты состоит
из двух ионов — водорода и хлора, связанных силой элек-
трического притяжения. Молекулы воды разрывают при
растворении молекулу соляной кислоты на составляю-
щие ее ионы. Таким образом в водном растворе соляной
кислоты появляются положительные ионы водорода и
отрицательные ионы хлора.
Такой распад молекул на ионы при растворении на-
зывается электролитической диссоциацией.
В чистой воде нет свободных зарядов. Поэтому элек-
трическое поле не вызывает в ней тока. Но в воде, где
растворена соляная кислота, находятся ничем не связан-
ные ионы водорода и хлора. Под действием поля они
приходят в движение. При этом отрицательные ионы
хлора устремляются к положительно заряженной пла-
стине — аноду, а положительные ионы водорода поле
гонит к катоду. В растворе возникает упорядоченное дви-
жение зарядов — электрический ток.
22
Однако ток в растворе не похож на ток в металле.
Вместо легких электронов здесь движутся в тысячи и де-
сятки тысяч раз более тяжелые ионы. Не один, а два
потока зарядов образуют ток: поток положительных ио-
нов, идущих к катоду, и поток отрицательных ионов, иду-
щих к аноду.
Подходя к катоду, ионы водорода забирают у него не-
достающие им электроны и превращаются в атомы водо-
рода. Ионы хлора отдают аноду свои лишние электроны
и превращаются в атомы хлора.
В результате электроны, приходящие на катод из ге-
нератора электрического тока, уходят в раствор, а на
аноде выделяются электроны из раствора. В цепи идет ток.
Таким образом, ионы как бы «перевозят» электроны
через раствор, где электроны не могут двигаться само-
стоятельно. Правда, на аноде «высаживается» совсем не
тот «пассажир», который «сел на ион» с катода. Ио пас-
сажиры эти все одинаковы. Сколько электронов приходит
в секунду на катод от генератора, столько же уходит с
анода обратно в генератор. Так поддерживается в цепи
постоянный ток.
Образующиеся на катоде атомы водорода соединяются
в молекулы водорода. Из молекул образуются пузырьки
водорода, всплывающие и улетающие из раствора. Точно
так же на аноде выделяется газ — хлор. Таким образом,
в результате прохождения тока через раствор в растворе
происходят химические процессы. Соляная кислота, кото-
рую мы растворили в воде, превращается в два газа —
водород и хлор.
Электрический ток в растворах всегда
сопровождается химическими превра-
щениями. Здесь вместе с зарядами перемещаются и
ионы растворенных веществ. Проводники такого типа на-
зываются электролитами, или ионными про-
водниками. Не только в растворенном, но и в рас-
плавленном состоянии соли являются электролитами. Под
действием электрического поля ионы, на которые распа-
даются молекулы в электролитах, уходят: одни — к ка-
тоду, другие — к аноду. Поэтому вещества, входившие в
состав молекул, разделяются полем и выделяются на раз-
личньгх электродах.
Тот же механизм прохождения тока можно наглядно
показать на опыте, где носителем электрических зарядов
служат не ионы, а хорошо видимые глазом частицы.
23
к двум металлическим цилиндрам, заключенным один
в другой (рис. 10), подведены провода от аккумуляторной
батареи; в пространстве между цилиндрами создано
электрическое поле. Но тока в цепи нет, так как, подобно
чистой воде, воздух, находящийся между цилиндрами,—
изолятор; в нем нет свободных зарядов.
Рис. 10. Электропроводность с применением пылинок в каче-
стве носителей электричества. Внутренний металлический
цилиндр служит катодом, внешний металлический
цилиндр — анодом
Начнем теперь вдувать в пространство между цилинд-
рами смесь пшеничной муки и порошка серы. Крупинки
муки вследствие трения о металл заряжаются положи-
тельно, а крупинки серы — отрицательно. Попадая в поле,
они ведут себя так же, как ионы в растворе. Крупинки
муки притягиваются к катоду и забирают с него элек-
троны. Крупинки серы идут к аноду и отдают ему элек-
троны. Таким образом, электроны уходят с катода и по-
являются на аноде. Амперметр показывает, что в цепи
идет ток.
Раскроем установку. Внутренний цилиндр, служивший
катодом, оказывается покрытым слоем муки. На внутрен-
ней поверхности внешнего цилиндра (анода) лежит слой
серы. Ток разделил смесь муки и серы подобно тому,,
как он разделяет вещества в растворах.
Ионы могут перемещаться не только в растворах и
расплавах, но и в твердых телах. Однако движение ионов
24
в твердом теле очень затруднено; заметные ионные токи
возникают лишь при высоких температурах.
Выше мы говорили об электронах в твердых телах,
отрывающихся от атомов благодаря тепловому движе-
нию. Такие тела являются электронными полупроводни-
ками. По той же причине в некоторых твердых телах при
высокой температуре отрываются от своих мест и ионы. Эти
тела — ионные полупроводники. Обыкновенная
каменная соль — типичный ионный полупроводник. Боль-
шинство твердых полупроводников имеют смешанную
проводимость — и электронную и ионную.
На рисунке 11 мы видим платиновую чашку, в кото-
рой находится иодистое серебро. Йодистое серебро было
залито в чашку в расплавленном состоянии, а затем при
охлаждении закристаллизовалось. Еще до того, как оно
затвердело, в него была опущена серебряная игла.
Рис. 11. Ионный ток в твердом теле
Подведем теперь к игле и к чашке провода от батареи
так, как это изображено на рисунке 11. Амперметр пока-
зывает, что через кристаллическое иодистое серебро идет
ток. При этом игла служит анодом, а платиновая
чашка — катодом.
Вытащим через некоторое время иглу и взвесим. Она
оказывается- легче, чем была до опыта. На внутренней
поверхности платиновой чашки мы обнаружим кристаллы
металлического серебра. При прохождении тока часть
серебра перешла с анода на катод. Это значит, что через
иодистое серебро шел не электронный, а ионный ток, пе-
ремещались ионы серебра.
25
Отрицательные ионы иода в иодистом серебре связаны
гораздо прочнее, чем положительные ионы серебра. По-
этому перемещения их и выделения иода на аноде не
обнаруживается.
В металлах электрические токи создаются только
электронами, в растворах — только ионами. Твердые
неметаллические тела ведут себя при низких температу-
рах как изоляторы, а при достаточном повышении тем-
пературы приобретают некоторую проводимость, обуслов-
ленную высвобождаемыми теплом электронами и ионами.
Электрический ток в вакууме
Из лампы, изображенной на рисунке 12, воздух тща-
тельно откачан. Физики говорят в таком случае, что в
лампе создан вакуум.
Рис» 12. Так устроена простейшая радиолампа
В лампу впаяны два металлических электрода. Одним
из них служит спираль из тонкой проволочки, другим —
металлический диск. Провода соединяют диск с анодом, а
26
спираль — с катодом аккумуляторной батареи. Значит, в
лампе создано электрическое поле. Это поле создано по-
ложительным зарядом, находящимся на диске, который
называют анодом лампы, и отрицательным зарядом на
спирали, служащей катодом.
Амперметр, разумеется, не показывает тока. Ведь в
пространстве между катодом и анодом лампы нет веще-
ства, нет электронов и ионов, нет никаких электрических
зарядов. Катод и анод лампы разделены вакуумом, а ва-
куум — самый лучший изолятор.
Однако стоит нам подогреть катод, как стрелка ампер-
метра отходит от нуля: в цепи идет ток. Ток проходит че-
рез вакуум, через лампу, из которой откачан воздух!
Чтобы понять, как это возможно, зададим себе один
вопрос. Свободные электроны странствуют в металле по
всем направлениям. Почему же они не вылетают из него?
Потому что их удерживают ионы.
Пока электрон находится внутри металла, он со всех
сторон окружен ионами. Поля ионов практически уравно-
вешены, и электрон движется свободно. Но вот электрон
подлетает к поверхности металла. С одной стороны над
ним уже нет ионов, а с другой стороны есть. Силы их
притяжения тянут его обратно. Электрон замедляется,
останавливается и возвращается внутрь металла.
Однако чем больше скорость электрона, тем труднее
ионам затормозить его у поверхности. Чем быстрее элек-
трон, тем дальше он выходит из металла, прежде чем
останавливается. Очень быстрые электроны вылетают на
такие расстояния, где поля ионов уже не действуют. Такие
электроны не вернутся обратно. Они покидают металл.
Теперь нетрудно понять результат нашего опыта, по-
казавшего, что электрический ток может итти в вакууме.
Надо только вспомнить, что чем выше температура тела,
тем больше энергия, тем больше скорости составляющих
его частиц — атомов, ионов, свободных электронов. Пока
катод был холодным, свободные электроны двигались в
нем недостаточно быстро, чтобы преодолеть тормозящие
их у поверхности силы и вылететь наружу. Нагревая ка-
тод, мы увеличиваем скорости свободных электронов, и
теперь уже многие из них легко покидают металл. Но,
вылетая из катода, они попадают в созданное в лампе
электрическое поле, которое влечет их к аноду, разгоняя
все быстрее и быстрее. Попадая на анод, электроны по
проводу уходят в генератор — аккумуляторную батарею.
27
Итак, цепь замкнута. По проводу от генератора на
катод лампы, через вакуум на анод и снова по проводу
в генератор гонит поле электроны. Вакуум — самый луч-
ший изолятор. Но если вводить электроны извне, то ва-
куум становится самым лучшим проводником, так как ни-
что в нем не препятствует свободному полету заряжен-
ных частиц.
Явление вылета электронов из нагретого металла на-
зывается термоэлектронной эмиссией. Ваку-
умные лампы, подобные описанной, применяются очень
широко. В частности, на этом принципе устроены р а-
д и о л а м п ы. Электроны вылетают из нагретого катода
радиолампы и под действием электрических сил поля
устремляются к аноду. Обычно нагревание катода произ-
водится идущим по нему электрическим током. Для этого к
концам спирали или нити, служащей катодом лампы,
присоединяется аккумуляторная батарея (батарея нака-
ла). Через радиолампу идут обычно два тока. Один, соз-
даваемый батареей накала, идет вдоль по проволоке,
служащей катодом, и раскаляет ее. Второй ток, называе-
мый анодным током, идет через вакуум с катода на анод.
Он создается анодной батареей (см. рис. 12).
Электрический ток в газах
Полного вакуума нельзя получить никаким насосом.
Сколько бы мы ни откачивали лампу, следы газа всегда
в ней останутся. Поэтому электрический ток в лампе, с
которым мы только что познакомились, проходит факти-
чески не в вакууме, а в очень разреженном газе.
Современные насосы дают столь высокое разрежение,
что остающиеся в разрядной трубке молекулы практиче-
ски не влияют на движение электронов и ток проходит
так же, как и в полном вакууме. Однако в некоторых слу-
чаях лампа сознательно не откачивается до такой сте-
пени. В такой лампе электроны на своем пути много-
кратна сталкиваются с молекулами газа. При ударах они
передают молекулам газа часть своей энергии. Обычно
эта энергия идет на нагревание газа, но при определенных
условиях молекулы или атомы газа излучают ее в виде
света. Такие светящиеся трубки можно увидеть над две-
рями метро, на витринах и вывесках магазинов.
Прохождение электрического тока в газе — чрезвы-
чайно сложное и многообразное явление. Одной из форм
28
его является электрическая Дуга, применяемая
при электросварке и при плавлении металлов. Темпера-
тура в ней при атмосферном давлении около 3700 граду-
сов. В дуге, горящей в газе, сжатом до 20 атмосфер, тем-
пература доходит до 5900° С, т. е. до температуры по-
верхности Солнца. Электрическая дуга испускает яркий
белый свет и поэтому применяется еще как мощный ис-
точник света в проекционных фонарях и в прожекторах.
Другой формой электрического разряда служит про-
бой газа. Будем сближать два разноименно заряженных
металлических шара (рис. 13). При этом электриче-
Рис. 13. Искусственная молния при напряжении в 5 000 000 вольт
ское поле между ними возрастает. Наконец, оно стано-
вится настолько большим, что разрушает молекулы воз-
духа, находящиеся между шарами. Происходит иониза-
ция воздуха. Образовавшиеся свободные электроны и
ионы устремляются к шарам. На своем пути они разби-
вают новые молекулы, создают новые ионы. Воздух на
мгновение становится проводящим.
Подходя к шарам, ионы нейтрализуют заряды шаров;
поле исчезает. Оставшиеся ионы вновь соединяются в
молекулы. Воздух — снова изолятор.
29
Все это происходит в доли секунды. Пробой сопровож-
дается искрой и треском. Искра — результат свечения
молекул, возбуждаемых ударами летящих зарядов. Треск
вызван расширением воздуха вследствие его нагревания
на пути искры.
Это явление напоминает в миниатюре молнию и гром*
Действительно, молния — это такой же электрический
разряд, происходящий при сближении двух разноименно
заряженных облаков или между облаком и землей.
Будем сближать теперь не два предварительно заря-
Рис. 14. Электрическая дуга
женных шара, а два угольных или металлических элек-
трода, присоединенных к достаточно мощному генера-
тору. Возникающий между ними разряд не прекращается,
так как благодаря генератору электроды не нейтрали-
зуются попадающими на них ионами. Вместо очень крат-
ковременного пробоя воздуха создается устойчивая элек-
трическая дуга (рис. 14), о которой мы уже говорили
выше. Высокая тем-
пература, развиваю-
щаяся в дуге, под-
держивает ионизо-
ванное состояние
воздуха между элек-
тродами и создает
значительную термо-
электронную эмис-
сию из катода.
Пробой Bi воздухе
или в другом каком-
либо газе не ухуд-
шает изоляционных
свойств газа. Закан-
чивается пробой, ис-
чезают свободные
электроны и коны,
воздух снова не про-
водит электрического
тока.
В твердых изоля-
разрушения. В разру-
шенных местах электроны и ионы связываются слабее,
чем в неиспорченном изоляторе. В отверстия и пустоты,
возникающие при пробое, проникает воздух, а воздух
пробивается при гораздо меньших полях, чем высококаче-
торах пробой вызывает сильные
30
ственные твердые изоляционные материалы. По этим при-
чинам однажды пробитый твердый изолятор уже испорчен.
Он не может более служить для изоляции проводников.
Сила тока и напряжение
Повернем выключатель. Над столом загорается элек-
трическая лампочка. Второй поворот выключателя —
и лампочка гаснет. Задумывались ли вы когда-нибудь
над тем, почему это происходит?
Многие, вероятно, скажут, что тут и думать-то нечего.
Почти каждый видел разобранный выключатель и знает,
что при одном его положении цепь разорвана (рис. 15),
а при другом — замкнута (рис. 16). Когда цепь разо-
рвана, через лампочку ток не идет. Поворачивая выклю-
чатель, мы замыкаем цепь, включаем ток — и лампа
вспыхивает.
выключателя электрическая
цепь разорвана
Рис. 16. Цепь замкнута; через
лампочку идет ток
Так, часто говорят: «включить ток», «выключить ток».
Но что это значит? Мы знаем, что электрический ток в
металле — это упорядоченное движение свободных элек-
тронов. Но свободные электроны в нити лампы имеются
и тогда, когда электрическая цепь разорвана, когда лам-
почка «выключена». Ведь свободные электроны имеются в
любом куске металла. Значит, отсутствие тока в лам-
почке при таком положении выключателя, как это изобра-
жено на рисунке 15, вызвано не тем, что в ее нити нет
электронов, а тем, что движение электронов здесь неупо-
рядоченное, хаотическое. А неупорядочено движение по-
тому, что в нити лампочки нет электрического поля.
31,
Когда мы вкручиваем лампочку в патрон при разом-
кнутом выключателе, то при этом один конец нити лам-
почки соединяется с одним из проводов, протянутых в
нашу квартиру от электростанции, а второй конец нити
присоединяется к проводу, идущему к выключателю, где
цепь разорвана (рис. 15). В течение очень малого вре-
мени, значительно меньшего, чем секунда, через нить
идет «мгновенный» электрический ток, но затем электри-
ческое поле заряда, накопляющегося на конце провода в
месте обрыва цепи, уравновешивает внешнее поле
(поле, созданное генератором). Электрическое поле в
лампе и в подводящих к ней проводах исчезает, а по-
этому исчезает и ток.
Значит, в «выключенной» лампочке нет тока потому,
что в нити ее нет электрического поля.
Как только мы поворачиваем выключатель, заряд с
места, где прежде был обрыв цепи, уходит по второму
проводу в генератор, стоящий на электростанции. В лам-
почке и в подводящих к ней проводах появляется элек-
трическое поле, которое приводит электроны в упорядо-
ченное движение. Так возникает электрический ток.
Таким образом, поворачивая выключатель, мы «вклю-
чаем» по сути дела не ток, а поле.
Итак, причиной создания и поддержания электриче-
ского тока служит электрическое поле. Ясно, что вели-
чина тока, или, как часто говорят, сила тока, дол-
жна зависеть от величины поля. Чтобы понять, как зави-
сит ток от поля, надо уметь характеризовать ток и поле
количественно.
Сила тока — это одно из многих неудачных названий
в учении об электричестве, данных еще тогда, когда яс-
ного понимания того, что такое ток, не было. Это вовсе
не с и л а в обычном понимании этого слова, а коли-
чество электричества, протекающее через поперечное
сечение провода за одну секунду. Ее можно было бы вы-
ражать просто числом электронов, пролетающих через
сечение проводника в секунду. Но заряд электрона —
слишком малая величина для измерения токов, приме-
няемых в технике. Например, через сечение нити лам-
почки карманного фонаря проходит в секунду около
2 000 000 000 000 000 000 электронов. В качестве единицы
электрического заряда принят заряд, которым обладают
6 250 000 000 000 000 000 электронов. Этот заряд назы-
вается кулоном. За единицу силы тока принят такой
32
ток, при котором за секунду через сечение проводника
проходит заряд в один кулон. Эта единица силы тока
называется ампер, а приборы для измерения силы
тока — амперметрами.
Чтобы найти количественную зависимость тока от
поля, надо уметь измерять не только силу тока, но и ве-
личину поля.
Поле правильнее всего было бы характеризовать си-
лой, действующей на какой-нибудь определенный элек-
трический заряд, например, на один электрон или на один
кулон. Ведь именно существование этих сил и характерно
для поля. Но, не говоря уже о трудности измерения сил
внутри провода, это неудобно еще и по другой причине*
Ведь в разных точках проводника поле может быть не-
одинаковым. Значит, чтобы знать, каково поле в провод-
нике, надо было бы измерить силы в разных точках его,
то есть для каждого куска провода проводить множество
труднейших измерений.
Поэтому величину поля в проводнике принято харак-
теризовать не силой, которая действует в нем на элек-
трические заряды, а той работой, которую эта сила совер-
шает, перемещая один кулон электричества от одного
конца проводника до другого. Эта работа поля при пере-
мещении'им единичного заряда по проводнику называется
напряжением, или разностью потенциа-
лов поля на концах проводника.
Единицу напряжения называют вольтом, а при-
боры, измеряющие напряжение,— вольтметрами.
О силе тока и о напряжении слышал каждый, кто
имеет дело с электрическими приборами. Теперь дол-
жно быть ясно, почему электрический ток характери-
зуют не одной, а двумя величинами. Только одна из
них — сила тока — относится непосредственно к току;
напряжением же измеряется величина электрического
поля, создающего ток.
Ток создается полем. Значит, сила тока в проводнике
зависит от напряжения поля на концах его.
На рисунке 14 мы видим амперметр и вольтметр,
включенные в цепь электрической дуги. Амперметр вклю-
чен непосредственно в цепь: ток, идущий через дугу,
проходит и через амперметр. Мы видим, что он равен
пяти амперам. Вольтметр присоединен к зажимам дуги.
Он показывает, что напряжение между углями в электри-
ческой дуге — 55 вольт.
3 Э. И. Адирович
33
Амперметр всегда включается непосредственно в цепь.
При этом ток, идущий в цепи, идет и через амперметр и
измеряется им. Вольтметр не включается в цепь. Его
присоединяют к концам какого-либо участка цепи, чтобы
измерить напряжение между ними.
Сопротивление
Сила тока в проводнике зависит не только от напря-
жения. Она зависит еще от самого проводника: от его
формы, размеров, от того, из какого материала он сде-
лан. При одном и том же напряжении токи в разных про-
водниках будут различными.
Возьмем кусок медной проволоки длиной в 100 мет-
ров с поперечным сечением в 4 квадратных миллиметра.
Создадим на концах ее напряжение в один вольт. Ампер-
метр покажет в этом случае силу тока в 2,2 ампера.
При том же напряжении в таком же куске желез-
ной проволоки ток будет равен только 0,44 ампера,
а в такой же проволоке, но сделанной из нихрома
(сплав никеля, железа и хрома), — всего лишь 0,03 ам-
пера.
Медь, железо и нихром обладают различным элек-
трическим сопротивлением. Сопротивление
меди мало, железа— больше, а нихрома — очень велико.
Сопротивление зависит не только от материала про-
водника, но и от формы и размеров его. У толстой про-
волоки сопротивление меньше, чем у тонкой. У длин-
ной — больше, чем у короткой. Чтобы попять, почему это
так, надо выяснить, чем вызвано сопротивление провод-
ников электрическому току. Об этом мы расскажем
дальше.
За единицу сопротивления принято сопротивление
такого проводника, в котором напряжение в один вольт
создает ток в один ампер. Такое сопротивление назы-
вается один ом.
Итак, сила тока в проводнике зависит от
напряжения, созданного полем на кон-
цах его, и от сопротивления проводника.
Чем больше напряжение, тем больше сила тока. Чем
больше сопротивление, тем сила тока меньше. Чтобы
узнать, какова сила тока, надо разделить напряжение,
созданное на концах проводника, на сопротивление этого
проводника.
34
На практике силу тока обычно не вычисляют, а из-
меряют амперметром. Напряжение тоже измеряют.
А зная напряжение и силу тока, не трудно уже вычис-
лить сопротивление проводника. Так как
п напряжение
сила т о к а = ---l---------,
сопр отивление
ТО
сопротивлением напряжение,^
сила тока
На зажимах дугового фонаря, изображенного на ри-
сунке 14, создано напряжение в 55 вольт. Через дугу
идет ток в 5 ампер. Значит, сопротивление горящей
дуги равно
Sf = 11 ом.
5
Электрическим сопротивлением обладают не только
металлы, но и все другие тела.
Особенно велико сопротивление изоляторов (кварц,
резина, стекло, фарфор и др.). Если бы в изоляторах
абсолютно не было свободных зарядов (электронов,
ионов), то сопротивление их было бы бесконечным.
Самое высокое напряжение не вызывало бы в изолято-
рах никакого тока.
На самом деле таких идеальных изоляторов не суще-
ствует. В любом изоляторе имеется небольшое число
оторвавшихся от своих мест электронов и ионов. Поэтому
и в изоляторах при наложении поля возникает электри-
ческий ток.
Токи в изоляторах так малы, что даже при высоких
напряжениях их удается обнаружить лишь с помощью
специальных очень чувствительных приборов. Число
свободных зарядов в изоляторах ничтожно — гораздо
меньше, чем в полупроводниках и несравненно меньше,
чем в металлах. Поэтому сопротивления реальных изо-
ляторов хотя и не бесконечны, но колоссально велики.
Вырежем из полистирола — одного из лучших современ-
ных искусственно изготовленных изоляторов — пла-
стинку сечением в 1 квадратный сантиметр и толщиной
в 1 миллиметр. Сопротивление этой пластинки около
10 000 000 000 000 000 ом. Чтобы обладать таким же со-
противлением, провод из меди того же сечения должен
был бы иметь в длину свыше 10 000 000 000 000 000 кило-
метров. Его хватило бы на сто миллионов линий протя-
женностью от Земли до Солнца.
3*
35
Этот пример показывает, как различна у разных
веществ способность проводить электрический ток.
В современной электротехнике находят свое примене-
ние и металлы, и изоляторы, и полупроводники. Металлы
используются как проводники тока. Но для нормальной
передачи электроэнергии недостаточно связать электро-
станцию и потребителя металлическим проводом. Надо
еще закрыть для тока обходные пути. Иначе ток пойдет
через опорные столбы электрических линий, через землю,
через металлические корпуса генераторов, электродвига-
телей и т. п. Чтобы этого избежать, электрическую цепь
необходимо изолировать. Для этого-то и используются
изоляторы.
На рисунке 17 мы видим линию высоковольтной
передачи. Она поднята высоко над землей, чтобы не
Рис. 17. Линия высоковольтной передачи
произошел пробой изолирующего ее воздушного слоя.
Гирлянды фарфоровых изоляторов охраняют наиболее
опасные участки — места подвеса линии.
На полупроводники раньше смотрели, как на плохие
изоляторы. Поэтому ими вообще не пользовались. Сейчас
в электротехнике и радиотехнике полупроводники при-
меняются очень широко. Они позволяют выпрямлять и
усиливать электрические токи, а также превращать
тепло и свет в электрическую энергию.
36
Работа и мощность тока
Любые машины, установки и приборы, приводимые в
действие электричеством, являются потребителями элек-
трической энергии.
Чем больше электрической энергии потребляет еже-
секундно установка, тем больше масштаб производимых
ею работ, тем больше грузов будет поднято электриче-
ским краном за смену, тем больше алюминия выплавит
печь, тем больше света даст дуга прожектора. Важней-
шей характеристикой электрической машины, установки,
прибора является мощность — количество потребляе-
мой в секунду электрической энергии.
Чтобы узнать мощность установки, надо умножить
электрическое напряжение, при котором она работает, на
силу проходящего через установку тока. Почему это
так — понять не трудно. Как мы уже знаем, напряжение,
подведенное к установке, показывает, какую работу совер-
шает поле, перемещая через установку один кулон элек-
тричества. Сила тока в амперах выражает число кулонов,
прошедшее через установку за 1 секунду. Если мы умно-
жим работу, совершенную над каждым зарядом, на число
зарядов, прошедших за секунду, то узнаем полную ра-
боту, совершенную электрическим полем за одну се-
кунду. А это и есть поглощенная в установке мощность.
За счет этой затрачиваемой ежесекундно электрической
энергии совершается полезная работа установки.
Итак,
мо ЩН‘О сть = н ап ряжение X с ил а тока.
Мощность измеряется в ваттах и киловаттах.
1 ватт — это такая мощность, которая выделяется в
проводнике в том случае, когда напряжение на концах
проводника равно одному вольту, а сила тока в про-
воднике — одному амперу. 1 000 ватт составляют 1 кило-
ватт.
Через дуговой фонарь, который мы видим на ри-
сунке 14, идет ток в 5 ампер. Этот ток вызван электриче-
ским полем напряжением в 55 вольт. Перемножая напря-
жение и силу тока, узнаем, что мощность дуги равна
55 X 5 _: 275 ватт = 0,275 киловатта.
Чем больше мощность дуги, тем больше дает она
тепла и света»
37
Мощность лампочки карманного фонаря равна при-
мерно 1 ватту, т. е. 0,001 киловатта. Мощность совет-
ского шагающего экскаватора (рис. 18) около 7 000 ки-
Рис. 18. Мощный советский 14-кубовый шагающий экскаватор,
построенный для земляных работ на строительстве крутых
гидроэлектростанций. Он может переработать без применения
транспорта свыше 2,5 млн. кубометров земли в год и заменить
таким образом тяжелый физический труд 7 тысяч рабочих
ловатт. Замечательным и очень важным для практики
свойством электрической энергии является легкая воз-
можность ее концентрации и дробления. Современный
советский тепловой генератор (турбогенератор)
развивает мощность в 100 000 киловатт. Эта мощность
равна мощности 40 тяжелых паровозов ФД. От сети, пи-
таемой этим генератором, черпает энергию огромный
стан для прокатки металла, мощностью свыше 25 000 ки-
ловатт, и электрические часы, мощность которых всего
лишь 0,000003 киловатта.
Мощность электрического прибора или установки по-
казывает, сколько электроэнергии потребляется в одну
секунду. Общее количество энергии, поступившей в уста-
новку за какое-то время, мы узнаем, если умножим мощ-
ность установки на время ее работы:
э н е р г и я м о щ н о с т ь X ® Р е м я.
38
Эта величина характеризует объем работы, совер-
шенной установкой.
Если бы вся поглощаемая электроэнергия шла на
совершение полезной работы, то, умножая мощность на
время, мы узнали бы величину работы, которую выполг
нила установка (например, подъемный кран). Однако
часть электроэнергии затрачивается на преодоление тре-
ния движущихся частей самой установки, на нагрев об-
мотки и другие непроизводительные работы. Поэтому по-
лезная работа установки меньше, чем потребляемая ею
электроэнергия. Отношение полезной работы к погло-
щенной энергии называется коэфициентом полез-
ного действия установки. Электрические машины
обладают высоким коэфициентом полезного1 действия.
В технике энергия и работа измеряются в кило-
ватт-часах. 1 киловатт-час — это такая энергия, кото-
рая потребляется за час прибором мощностью в 1 кило-
ватт. В качестве более мелкой единицы применяют
1 гектоватт-час, равный 0,1 киловатт-часа.
Представление о том, чему равна энергия в один ки-
ловатт-час, дают следующие цифры, приведенные из-
вестным советским энергетиком академиком А. В. Вин-
тером.
Для выплавки 1 тонны чугуна или стали нужно за-
тратить 20 киловатт-часов. На добычу каждой тонны
нефти — 28 киловатт-часов. 40 киловатт-часов электро-
энергии затрачивает электротрактор на вспашку 1 гек-
тара.
Энергия в 1 киловатт-час позволяет выполнить лю-
бую из следующих работ:
1) добыть и доставить на поверхность земли 75 ки-
лограммов угля;
2) прокатать 50 килограммов металлических из-
делий;
3) изготовить 10 метров хлопчатобумажной ткани;
4) выпечь 88 килограммов хлеба;
5) вывести в инкубаторе 30 цыплят.
В 1951 г. советские электростанции дали нашей со-
циалистической промышленности, транспорту и сель-
скому хозяйству 104 миллиарда киловатт-часов электро-
энергии, что превосходит производство электроэнергии в
Англии и Франции, взятых вместе.
Прирост выоаботки электроэнергии за один только
1951 г.—первый год пятой сталинской пятилетки—соста-
39
вил более 13 миллиардов киловатт-часов. Общая мощ-
ность электростанций и новых агрегатов, введенных в
действие в 1951 г., составляет около 3 миллионов кило-
ватт, что примерно равно пяти таким крупнейшим элек-
тростанциям, как Днепрогэс.
В 1955 г., в конце новой пятилетки, общая мощность
электростанций в СССР увеличится примерно вдвое по
сравнению с 1950 г., а производство электроэнергии воз-
растет примерно на 80%.
III. ТРИ ДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА
Dee практические применения электричества основаны
на трех действиях, вызываемых электрическим то-
ком: тепловом, химическом и магнитном.
О них мы и расскажем в этой главе.
Выделение тепла
Только в полном вакууме электроны движутся бес-
препятственно. Проходя через вещество, они сталки-
ваются с атомами, молекулами или ионами. При этом
электроны тормозятся и передают свою энергию части-
цам проводника, по которому идет ток. Энергия частиц
вещества увеличивается, скорость движения их возра-
стает, проводник нагревается.
Чем большее сопротивление оказывают частицы про-
водника прохождению электрического тока, тем больше
энергии теряют электроны, тем сильнее нагревается про-
водник. Вся энергия, потерянная электронами при столк-
новениях, превращается в тепло. Теперь нам понятно,
почему спираль электрической плитки сделана из ни-
хрома, а шнур, протянутый к ней от штепселя,— из меди.
При таком выборе материалов ток сильно разогревает
спираль, обладающую большим сопротивлением, и
почти совсем не нагревает подводящие провода.
Посмотрим на электрическую лампочку. Ее вольфра-
мовая нить обладает большим сопротивлением. Проходя
по нити, электроны передают ионам вольфрама много
энергии. Нить разогревается добела—лампочка светит.
Если ток слишком сильный, энергия, передаваемая
ионам вольфрама, так велика, что ионы не удержи-
ваются больше на своих местах. Правильное расположе-
ние их нарушается, нить плавится, Мы говорим, что лам-
почка «перегорела»,
40
Вольфрам применяется для изготовления нитей элек-
трических лампочек потому, что это один из самых туго-
плавких металлов Он выдерживает температуру в
3000 градусов. Температура нити горящей лампочки зна-
чительно ниже — около 2100 градусов.
Чем длиннее проводник, тем больше столкновений
испытывают в нем электроны, тем больше энергии они
теряют. Поэтому сопротивление проводника тем больше,
чем больше его длина.
Кроме того, сопротивление проводника зависит от тол-
щины его. Чем тоньше провод, тем больше его сопро-
тивление. Чтобы понять, почему это так, проделаем сле-
дующий опыт. Припаяем к куску тонкой проволоки ку-
сок проволоки толстой и присоединим их к полюсам акку-
мулятора (рис. 19). Сила тока и в толстом и в тонком
проводе одинакова; через сечения
одной и другой проволоки прохо-
дит за секунду одинаковое число
электронов. Но при этом в ..тон-
ком проводе скорость упорядо-
ченного движения электронов
больше, чем в толстом, подобно
тому как скорость реки в узком
месте больше, чем в широком. Но
ведь чем быстрее движется поток
электронов, тем больше энергии
отдает он при столкновениях ча-
стицам проводника. Значит, и
сопротивление тонкого провода
больше, чем сопротивление тол-
стого. Благодаря этому в нашем
опыте тонкий провод раскаляется
током, а толстый — остается тем-
Рис. 19. Сопротивление
проводника зависит от
его толщины
ным и едва теплым.
Таким образом, если по проволоке идет большой ток,
то во избежание сильного нагревания 'проволоки надо,
чтобы она была достаточно толстой.
Когда мы включаем какой-нибудь электроприбор —
плитку, электрическую лампочку или утюг, то сила тока
в электропроводке в квартире определяется напряже-
нием в сети и общим сопротивлением электрического
прибора и подводящих проводов. Допустим, что вклю-
чен утюг. Главную роль в этом случае играет сопротив-
ление утюга, так как сопротивление проводов очень
41
мало. Но иногда бывает так, что из-за плохой или на-
рушенной изоляции провода соединяются друг с дру-
гом и ток идет по ним, минуя электроприборы. Такое
соединение проводов называется коротким замы-
канием. При этом сила тока становится огромной, так
как сопротивление проводов очень мало. Вследствие
этого провода сильно нагреваются и может возникнуть
пожар.
Чтобы предотвратить пожар от короткого замыкания,
в цепь обычно включают предохранители, или, как их
еще называют, «пробки». В них имеется тонкая прово-
лочка, по которой проходит электрический ток. Как
только ток становится слишком большим, проволочка
перегорает и разрывает цепь раньше, чем провода успе-
вают разогреться.
Выделение тепла при прохождении тока широко ис-
пользуется для разнообразных целей (освещение, обо-
гревание, плавка, сушка, закалка, сварка и др.).
Отдавая свою энергию частицам проводника, заряды,
образующие ток, тормозятся. В промежутках между
столкновениями поле снова ускоряет эти заряды, восста-
навливает их прежнюю энергию. Значит, тепло выде-
ляется за счет работы электрического поля.
Но в случае постоянного тока поле не изменяется,
так как постоянной остается величина создающих поле
зарядов на электродах генератора.
Откуда же черпает поле энергию, расходуемую на
перемещение электрических зарядов, на поддержание
электрического тока?
Энергию полю доставляет генератор.
Посмотрим еще раз на рисунок 9. Внутри аккумуля-
тора электроны перемещаются от анода к катоду против
того направления, в котором на них действуют силы
электрического поля.
Чтобы поднять груз, надо совершить работу против
действующей на него силы тяжести, надо затратить
энергию. То же необходимо, чтобы перемещать заряды
против действующих на них сил электрического поля.
Эта работа осуществляется за счет химической энергии
аккумулятора. В результате этой работы электроны воз-
вращаются на катод, заряды электродов поддержи-
ваются постоянными, потери энергии поля возмещаются.
В динамомашине в энергию поля превращается ме-
ханическая энергия (об этом рассказано дальше, см,
42
стр. 50), в аккумуляторе и батарейке карманного фо-
наря — химическая. Таким образом, электрические
генераторы — это преобразователи энер-
гии из других форм ее в энергию элек-
трического поля.
Выше мы говорили о работе и мощности тока. Ко-
нечно, ток совершает работу — вращает вал электромо-
тора, сваривает рельсы, превращает руду в металл. Но
собственная энергия тока — энергия движущихся элек-
тронов— совершенно недостаточна для этого. Работа
совершается за счет энергии электрического поля, выра-
батываемой генератором. Электрический ток лишь ин-
струмент, с помощью которого совершает самые разно-
образные работы электрическое поле.
Химические процессы
Мы уже знаем, что прохождение электрического тока
через растворы вызывает в них химические изменения.
Такое разложение растворенного или расплавленного
вещества электрическим током называют электро-
лизом.
Вещества, выделяющиеся у электродов, часто всту-
пают в новые соединения, и тогда химические процессы
становятся очень сложными.
При растворении веществ, в состав которых входят
металлы, ионы металлов всегда положительны. Если
пропускать гок через раствор соли какого-либо металла,
например, никеля, то его ионы превращаются в атомы
и осаждаются на катоде. Катод покрывается слоем осаж-
денного металла. На этом основано никелирование, хро-
мирование, золочение. Предмет, который хотят покрыть
каким-нибудь металлом, погружается в раствор соли
этого металла и служит катодом. Наносимое покрытие
делает предмет твердым, нержавеющим, неокисляю-
щимся и т. п.
Иногда тот же прием используется для покрытия
металлической проволоки тонким, невидимым глазу
слоем кислорода. Образуется поверхностный слой
окисла, окружающий металл; он изолирует металл и за-
меняет в некоторых случаях изоляционную обмотку.
Еще более важное значение имеет применение элек-
трического тока при производстве алюминия и других
цветных металлов. Электрический ток, проходящий че-
рез алюминиевые руды, расплавляет их и выделяет на
43
катоде расплавленный металлический алюминий. Здесь
используется одновременно и химическое и тепловое дей-
ствие тока.
Магнитное поле
Тепловое и химическое действия тока становятся по-
нятными, когда знаешь, что такое электрический ток. По-
нять магнитные свойства тока значительно сложнее. Это
через
прохождения электричества
Рис. 20. Магнит и электромагнит.
С —северный полюс; Ю — южный полюс
совсем особый мир явлений, не связанный с механизмом
вещество. Только в са-
мых общих чертах
мы познакомимся с
ним в этой книжке.
Магниты знает и
видел каждый. Каж-
дому известна их за-
мечательная способ-
ность притягивать
железные предметы.
Но далеко не каж-
дый знает, что всеми
своими свойствами
магниты обязаны
электрическим токам.
На рисунке 20 слева мы видим обыкновенный магнит.
На концах (полюсах) его — гроздья железных опилок.
Рядом с ним второй такой же магнит. Но нет. Это сов-
сем не магнит. Это картонная коробка, внутрь которой
уходят провода от аккумуляторной батареи. Почему же
картонная коробка притягивает железные опилки?
Рис. 21. Что находится внутри
коробки?
Откроем ее (рис. 21).
Внутри мы находим про-
волоку, скрученную в виде
спирали. Такая прово-
лочная спираль называет-
ся в электротехнике к а-
тушкой, или соле-
ноидом. Ток, проходя-
щий по этой катушке, со-
общил ей магнитные свой-
ства. Стоит нам прервать
ток, и коробка с катушкой
потеряет способность при?
тягивать железо.
44
В пространстве, окружающем Электрический ток, на
железные предметы действуют магнитные силы. При-
чина этих сил — магнитное поле, создаваемое
электрическим током.
Электрический ток окружен создан-
ным им магнитным полем.
Магнитное поле, создаваемое магнитами, также вы-
звано протекающими в них электрическими токами. Од-
нако магнит нельзя «открыть», как картонную коробку.
Не так просто увидеть спрятанные в нем токи.
Токи эти текут в атомах. Ведь в каждом атоме дви-
жутся электроны. А движущийся электрон — это элек-
трический ток.
Движение электронов в атомах сложное. Нам не
нужно, однако, вдаваться в детали его, чтобы понять,
что каждый электрон, движущийся в атоме, создает во-
круг атома магнитное поле, так же как его создает каж-
дый виток провода в катушке.
В обычных веществах магнитные поля, создаваемые
атомами, направлены во все стороны и в сумме дают
нуль. Но в железе дело обстоит иначе. Кусок железа со-
стоит из многих малых областей, в каждой из которых
все атомы расположены так, что их магнитные поля сов-
падают. Каждая такая область создает магнитное поле,
то есть является маленьким магнитиком.
В ненамагниченном куске железа или стали эти маг-
нитики расположены хаотически (рис. 22, справа). Поля
их направлены в разные стороны и в целом уравновеши-
ваются.
Если же магнитные поля направлены одинаково, они,
складываясь, усили-
вают друг друга — пе-
ред нами магнит
(рис. 22, слева).
ме железа, по-
добными же свойствами
обладают еще металлы:
никель, кобальт и гадо-
линий, а также многие
сплавы. Эти вещества
называют ферромаг-
нитными (железо
по-латыни — феррум).
Рис. 22. Намагниченный и ненамаг-
ниченный куски железа. Стрелки
показывают, как направлены маг-
нитные поля отдельных их областей
45
Если нагреть магнит до 700—800 градусов, то вслед-
ствие теплового движения расположение атомов стано-
вится таким, что их магнитные поля направлены во все
стороны. При этом магнит размагничивается,
т. е. превращается в ненамагниченный кусок стали. Он
остается в таком же размагниченном состоянии и после
того как остынет. Отдельные малые области вновь пре-
вращаются при этом в микроскопические магнитики, но в
целом кусок стали остается ненамагниченным. Возникаю-
щие в нем магнитики расположены хаотически, как это
изображено на рисунке 22, справа.
Размагнитить магнит можно и путем сильных ударов
по нему, что приводит к тому же результату.
Кусок стали можно не только размагнитить, но и на-
магнитить. Будем водить магнитом по куску стали или
поместим стальной стержень внутрь катушки, по кото-
рой идет ток. Внешнее магнитное поле ориентирует от-
дельные магнитные области так, что их поля совпадают
с внешним полем. Кусок стали становится магнитом.
Свойства магнитов долго казались загадочными. Их
объясняли существованием особого «магнетизма», нахо-
дящегося в магнитных полюсах; Однако сколько ни пы-
тались, никак не удавалось обнаружить и выделить этот
предполагаемый магнетизм. Мы знаем теперь, что ника-
кого «магнетизма» нет. Магнитные свойства вызываются
электронными токами в атомах.
Магниты и электромагниты
Поднесем магнит к железному ключу. «Невидимая
рука» магнита — магнитное поле — притянет ключ. С по-
мощью магнита можно поднимать железные предметы,
переносить их с одного места на другое.
Естественные магниты могут поднять только легкие
предметы. Магнитное поле их невелико. Значительно силь-
нее искусственные электромагниты. Так, заводские элек-
тромагниты поднимают многотонные железные детали.
Электромагнит состоит из катушки, в которую встав-
лен железный стержень (сердечник). Ток, проходящий по
катушке, создает магнитное поле. Это поле ориенти-
рует атомы железного сердечника. Он становится
магнитом.
Таким образом, на окружающие железные предметы
действует не только магнитное поле тока, но и магнитное
46
поло, создаваемое сердеч-
ником. Сердечник увели-
чивает -силу электромаг-
нита в тысячи раз.
Электромагниты ши-
роко применяются в тех-
нике в самых разнообраз-
ных целях. На рисунке 23
показан мощный электро-
магнит. На рисунке 24 вы
видите маленький элек-
тромагнит, спрятанный в
электрическом звонке у
вас дома. Нажимая
кнопку у двери, вы замы-
каете цепь. Через обмотку
электромагнита идет ток.
Сердечник намагничи-
вается и притягивает к
себе молоточек. Но как
Рис. 23. Заводской электромагнит
только молоточек отходит
от острия, цепь разрывается и ток прекращается. Элек-
тромагнит более не действует, упругая ножка моло-
точка выпрямляется, и молоточек возвращается в преж-
нее положение. Однако при этом он снова касается
острия, замыкает цепь, и все повторяется сначала. Мо-
Рис. 24. Так устроен электрический звонок
47
лоточек колеблется между магнитом и острием и ударяет
по звонку. Звонок звонит.
Любой электромагнит — и тот, который поднимает тя-
жести, и тот, который заставляет звонить электрический
звонок,— должен не только ухватить, притянуть желез-
ную деталь, но и отпустить ее. Поэтому сердечник надо
делать не йз стали, а из мягкого железа. И вот почему.
Железо намагничено, пока идет ток в катушке, пока есть
внешнее магнитное поле. Прекратился ток, нет внешнего
поля, атомы железа дезориентируются, и железо
размагничивается. Не то в стали. Однажды намагнитив-
шись, сталь остается магнитом и после прекращения тока
в катушке. Поэтому из стали изготовляют постоянные
магниты, а для сердечников она не годится.
Как действует электродвигатель
с
ток
Электрический ток создает
чит, что электрический
Рис. 25. Модель электродвигателя
магнитное поле. Это зна-
определенной силой дей-
ствует на поднесенный
к нему магнит. С такой
же силой магнит дей-
ствует на провод, по
которому идет ток.
На рисунке 25 вы
видите маленький
электро д в и г а-
тель (электромо-
тор). Как и большие
электродвигатели, он
состоит из двух частей:
неподвижной — ста-
тора и подвижной —
ротора. У изобра-
женного на рисунке
электродвигателя ста-
тором служит подковообразный магнит, а ротором —
проволо-ка, намотанная на железный сердечник.
На рисунке 26 схематически показано, как устроен и
как действует электродвигатель. Между полюсами посто-
янного магнита—статора находится простейший ротор —
один виток проволоки, по которому идет электрический
ток. Такой виток с током создает магнитное поле, по-
добно магниту, сплющенному в тонкий листок. Поместим
48
над витком левую руку так, чтобы направление от кисти
к пальцам совпадало с направлением тока (см. рис. 26).
Тогда большой палец показывает, где у витка северный
полюс. Напомним, что направлением тока мы называем
здесь то направление,
(см. стр. 21).
Вследствие взаи-
модействия между
ротором — витком и
статором — постоян-
ным магнитом виток
повернется так, что
его северный полюс
притянется к южно-
му полюсу магнита,
а южный — к север-
ному. Именно в та-
ком положении ви-
ток изображен на
рисунке 26, а.
Изменим теперь
направление тока в
витке. В результате
этого расположение
полюсов у витка
также изменится на
обратное. Возле се-
верного полюса ста-
тора окажется север-
ный полюс витка;
в котором движутся электроны
а
устройства и действия
возле ЮЖНОГО — ЮЖ- Рис. 26. Схема
ный (рис. 26,6).
Возникнут силы от-
талкивания, и виток
электродвигателя постоянного тока.
Рука показывает направление тока
и положение полюсов витка. В кружке
показано, как устроены кольца у элек-
ПОВернется на пол- тродвигателя переменного тока
оборота. Новое изме-
нение направления тока вызовет поворот еще на
полоборота и т. д. Ротор будет вращаться вокруг
своей оси.
Таким образом, магнитные силы вращают ротор и
вал электромотора. С помощью шкива и ремня, как на
рисунке 25, или другим способом вал мотора связы-
вается с любым механизмом и приводит его в движение.
Изменение направления тока в обмотке ротора осуще-
4 Э И. Адирович
49
ствляется с помощью особого устройства — коллек-
тора. Простейший коллектор — это металлическое
кольцо, разрезанное вдоль на две половинки. С каждой
половинкой кольца соединен один из концов обмотки ро-
тора. К половинкам колец прижимаются щетки — ме-
таллические пластинки, соединенные с генератором (на
рис. 25 — с аккумулятором). Таким образом, обмотка ро-
тора оказывается присоединенной к генератору, и по ней
идет электрический ток. При таком положении ротора,
как это изображено на рисунке 26, щетки переходят с
одного полукольца на другое, направление тока в об-
мотке ротора изменяется. Поэтому вращение ротора про-
исходит непрерывно.
Таковы физические принципы устройства и действия
электродвигателей постоянного тока. В моторах перемен-
ного тока, о которых будет рассказано дальше, нет на-
добности в коллекторе. На щетки такого мотора подается
переменное напряжение; щетки много раз в секунду пере-
заряжаются. Каждая щетка прижимается к отдельному
неразрезанному кольцу, соединенному с одним из концов
обмотки ротора (рис. 26). Необходимое для вращения
ротора изменение направления тока в его обмотке проис-
ходит вследствие перезарядки щеток.
Рис. 27. Модель генератора
Электродвигатель
и генератор
Отсоединим электро-
двигатель от аккумулято-
ра и подведем провода,
идущие от него, к патрону
электрической лампочки.
На шкив намотаем нить,
к концу которой привя-
зана гиря (оис. 27).
Отпустим гирю. Под
действием силы тяжести
гиря опускается и, разма-
тывая нить, вращает вал
вместе с ротором электро-
мотора. Лампочка вспы-
хивает. Электромотор пре-
вратился в генератор. Он
преобразует механиче-
50
скую энергию (потенциальную энергию гири) в электри-
ческую.
Этот опыт демонстрирует замечательную обратимость
электродвигателя и генератора. Один и тот же механизм
может служить и для преобразования электрической энер-
гии в механическую и для превращения механической
энергии в электрическую.
Как действует электродвигатель, какие силы вращают
ротор — мы уже знаем. А как действует генератор, по-
чему возникает в обмотке ротора электрический ток?
Действие генератора электрического тока основано на
явлении так называемой электромагнитной ин-
дукции. Это явление состоит в том, что в проводе,
вблизи которого изменяется магнитное поле, возникает
электрическое поле.
Рис. 28. Опыты по электромагнитной индукции
На рисунке 28,а, мы видим катушку, присоединенную
к амперметру. Амперметр, разумеется, показывает, что в
цепи нет тока. Тока не будет и в том случае, если внутрь
катушки поместить магнит (рис. 28,6).
Будем теперь быстро вдвигать магнит в катушку и
выдвигать его обратно (рис. 28,в). Отклонение стрелки
амперметра немедленно покажет нам, что в катушке воз-
4* 51
йикает при этом электрический ток. Но мы знаем, что
электрический ток, т. е. упорядоченное движение зарядов,
может возникнуть только под действием электриче-
ского поля. Проведенный опыт показывает, что при пе-
ремещении магнита вблизи катушки в ней возникает
электрическое поле.
Продумаем результаты проведенных опытов. В том
случае, когда проводник находится вне магнитного поля
(рис. 28,а) или же в постоянном магнитном поле (рис.
28,6), в нем электрическое поле не возникает. Если же
поместить проводник в изменяющееся магнитное
поле, то это изменяющееся магнитное поле создаст в про-
воднике электрическое поле.
В опыте, изображенном на рисунке 28,в, переменное
магнитное поле в катушке создавалось с помощью пере-
мещения магнита. Можно поступить и иначе — закрепить
магнит и двигать относительно него катушку (рис. 28,г).
Результат будет тот же, что и в предыдущем опыте.
Электромагнитная индукция возникает независимо от
того, перемещается ли магнит вблизи неподвижного про-
вода или же движется провод в магнитном поле непо-
движных магнитов.
Когда мы вращаем ротор в магнитном поле статора,
в обмотке ротора возникает электрическое поле. Это
электрическое поле вызывает упорядоченное движение
электронов — электрический ток. То же самое произой-
дет, если магниты расположить на роторе, а обмотку — на
статоре. Вследствие движения магнитов появится электри-
ческое поле в неподвижной обмотке статора. На концах
обмотки будет создаваться напряжение. В цепи, присоеди-
ненной к этой обмотке, возникнет электрический ток.
Та часть генератора, где находятся магниты, назы-
вается индуктором. Та часть, на которой располо-
жена обмотка, — якорем. В модели генератора, изо-
браженной на рис. 27, индуктором является статор (непо-
движная часть), а якорем — ротор (движущаяся часть).
Мы видим, что возможна и иная конструкция, когда ин-
дуктор вращается, а якорем служит статор. При этом от-
падает необходимость в скользящих контактах — щет-
ках, так как обмотка, в которой индуктируется электриче-
ское поле, неподвижна.
На щетках происходит искрообразование, ограничи-
вающее возможность повышения напряжения электриче-
ской машины. Поэтому большинство генераторов и элек-
52
тродвигателей переменного тока конструируется с непо-
движным якорем.
На электростанции стоит генератор (рис. 29). Вода
или пар вращают его ротор. Здесь механическая энергия
превращается в электрическую.
Рис. 29. Мощный гидрогенератор
За сотни километров от электростанции в сеть ее
включают электродвигатели (рис. 30). Магнитное поле
тока приводит в движение ротсп двигателя. Здесь элек-
Рис. 30. Электродвигатель постоянного тока
53
трическая энергия превращается в механическую и ис-
пользуется для выполнения любой требуемой работы.
Благодаря электричеству оказалось возможным заста-
вить падающую воду или сжигаемое топливо совершать
работу за сотни километров от того места, где выделяется
их энергия. В недалеком будущем энергия будет переда-
ваться по проводам за тысячи километров.
Несколько слов о переменных токах:
Кроме токов, текущих все время в одном направлении,
в технике широко применяются также так называемые
переменные токи. Направление переменного тока в
цепи изменяется обычно много раз за секунду.
Рассмотрим здесь в общих чертах вопрос о том, что
такое переменный ток, чем и почему он отличается от по-
стоянного.
Генератор постоянного тока создает в окружающем
пространстве постоянное электрическое поле. В цепи, при-
соединенной к его электродам, это поле гонит электроны
в одном направлении — от отрицательного электрода к по-
ложительному. У генераторов переменного тока заряды
на электродах не остаются постоянными. Положительный
электрод через малую долю секунды становится отрица-
тельным, затем снова положительным, опять отрицатель-
ным и т. д. Одновременно перезаряжается и другой
электрод. При этом заряды на обоих электродах все
время противоположны.
У генераторов переменного тока, питающих освети-
тельную сеть и электродвигатели, электроды перезаряжа-
ются сто раз в секунду. Столько же раз в секунду из-
меняется направление создаваемого ими в сети электри-
ческого поля. Вслед за полем изменяется и направление
электрического тока. В течение одной секунды через нить
лампы, горящей на вашем столе, ток пятьдесят раз про-
ходит в одном и пятьдесят раз в противоположном на-
правлении. В остальном переменный ток не отличается от
постоянного. Это также упорядоченный поток электронов,
но только направление этого потока много раз за се-
кунду изменяется.
Широкое применение переменного тока в технике свя-
зано с тем, что его можно трансформировать.
С помощью специальных устройств — трансформа-
торов — напряжение в цепи переменного тока можно
повышать и понижать,
54
На рисунке 31 мы видим железный сердечник, на ко-
торый надеты две катушки. Создадим в одной из кату-
шек электрический ток, присоединив ее к генератору. Вто-
рую катушку замкнем на электрическую лампочку. Когда
в первой катушке идет постоянный ток, лампа не горит.
Если же ток в первой катушке переменный, то лампа,
присоединенная ко второй катушке, где нет никакого ге-
нератора, загорается.
Рис. 31. Простейший трансформатор
Здесь мы имеем дело с тем же явлением электро-
магнитной индукции, с которым познакомились,
когда речь шла о генераторах. Когда в первой катушке
идет переменный ток, то создаваемое им магнитное поле
также будет переменным. Таким образом, в этом случае
вторая катушка, подобно якорю генератора, находится в
переменном магнитном поле. Благодаря этому в ней со-
здается электрическое поле и возникает электрический
ток.
Две катушки, надетые на общий сердечник, — это про-
стейший трансформатор. Переменный ток в первой ка-
тушке (в первичной обмотке трансформатора)
создает переменное магнитное поле. Переменное магнит-
ное поле вызывает ток во второй катушке (во вторич-
ной обцотке).
Если увеличивать число витков вторичной обмотки, то
лампочка в нашем опыте с переменным током будет го-
реть все ярче. Если уменьшать число витков, лампа будет
гореть более тускло. Когда число витков во вторичной
обмотке больше, чем в первичной, напряжение на ее кон-
55
цах больше, чем напряжение, созданное генератором на
концах первичной катушки,
Трансформаторы, у которых во вторичной обмотке
больше витков, чем в первичной, называются повы-
шающими. Они позволяют получать более высокие
напряжения, чем то напряжение, которое создает гене-
ратор. При этом сила тока во вторичной обмотке оказьь
вается во столько же раз меньше, во сколько напряже,
ние на ее концах больше.
Трансформаторы, у которых во вторичной обмотке
меньше витков, чем в первичной, называются пони-
жающими. С помощью понижающих трансформато-
ров можно получать токи большой силы при низком на-
пряжении.
Поды шлющий
Рис. 32. Схема передачи электрической энергии переменным током
Между электростанцией и потребителем электрической
энергии — заводом, трамваем или квартирой — протянуты
провода. Они обладают значительным сопротивлением.
Ведь сопротивление тем больше, чем провод длиннее, а
здесь длина проводов измеряется обычно километрами, а
то и сотнями километров. Если соединить этими прово-
дами генератор и электродвигатель, то лишь незначи-
тельная часть энергии, вырабатываемой генератором,
дойдет до электродвигателя. Почти вся она бесполезно
растратится на нагревание проводов или, как говорят,
будет «потеряна на линии». Чтобы избежать этого,
генератор соединяют с первичной обмоткой повышающего
трансформатора, а провода, идущие к потребителю, при-
соединяют к концам вторичной обмотки (рис. 32).
В таком случае сила тока в цепи очень мала, а значит,
56
малы и потери энергии даже на длинных проводах. Но
в сети создается высокое напряжение, опасное для
жизни. Стоящий в месте потребления электроэнергии
понижающий трансформатор снижает напряжение.
Таким образом, благодаря трансформаторам можно
передавать электрическую энергию с малыми потерями
слабым током высокого напряжения, а потреблять ее при
обычных напряжениях, не требующих особых условий
изоляции и нет* опасных для жизни. Это — одна из основ*
ных причин широкого развития электротехники перемен-,
ных токов.
Электромагнитные волны
Электрическую энергию можно передавать не только
по проводам, но и без проводов. Правда, количества
энергйи, передаваемой таким способом, еще не велики.
Пока нельзя еще питать без проводов электродвигатели,
электровозы или осветительную сеть. Но уже можно пе-
редавать на огромные расстояния сигналы, речь, музыку.
Беспроволочная передача электрической энергии произ-
вела революцию в средствах связи.
Если создать постоянное электрическое поле в незам-
кнутом проводнике, например, в антенне (см. рис. 33), то
оно вызовет лишь очень кратковременный «мгновенный»
ток (такой же, как в стержне на рис. 5). Очень скоро
заряды, возникающие на концах проводника, создадут
свое поле, которое уравновесит поле, вызывающее ток.
Поле в проводнике исчезнет, и ток прекратится. Постоян.
ный ток не может протекать в незамкнутом проводнике.
Но переменный ток может быть создан и в незамкну-
том проводнике. Создадим в антенне быстропеременное
электрическое поле, которое много раз в секунду будет
изменять свое направление. Столько же раз в секунду
оно будет вызывать поток электронов то в одну, то в дру-
гую сторону. В антенне будет итти переменный ток.
Мы уже знаем, что электрический ток создает в окру-
жающем пространстве магнитное поле. Если ток постоян-
ный, то и поле постоянное. Если же ток переменный, то
и магнитное поле не остается постоянным. Оно изме-
няется, следуя за изменениями величины тока.
До сих пор мы рассматривали отдельно электрическое
поле и отдельно магнитное поле. Это было вполне есте-
ственно. Неподвижные электрические заряды создают
только электрическое поле. Постоянные токи — только
57
магнитное поле. Однако уже явление электромагнитной
индукции показывает, что магнитное и электрическое поля
тесно связаны между собой. Переменное магнитное поле,
создаваемое в сердечнике трансформатора первичной ка-
тушкой, вызывает появление электрического поля во вто-
ричной катушке. То же происходит и в генераторе. Пере-
менное магнитное поле индуктора создает электрическое
поле в обмотке якоря.
Рис. 33. Радиосвязь Москва — Владивосток. Электромагнитные
волны условно изображены в виде расходящихся кругов
Спросим себя, какую роль играет в этих явлениях ме-
таллический провод — обмотка катушки или якоря? Воз-
никнет ли электрическое поле в пространстве, окружаю-
щем сердечник трансформатора, если мы удалим вторич-
ную катушку? Оказывается, что возникнет. Изменяю-
щееся в како й-л ибо точке пространства
магнитное поле всегда создает в сосед-
них точках пространства электрическое
поле.
Если здесь находятся проводники, то это электриче-
ское поле вызывает в них электрический ток. По появле-
нию тока в проводнике мы обнаруживаем возникновение
электрического поля. Но само электрическое поле возни-
кает независимо от присутствия проводников, возникает
всегда и всюду, где происходит изменение магнитного
поля. При этом энергия магнитного поля переходит в
энергию электрического поля.
Изменяющееся электрическое поле создает в свою оче-
редь магнитное поле. Электрическая энергия переходит
58
при этом в магнитную, затем снова возникает электриче-
ское поле и т. д. Самое замечательное в этом процессе
то, что электрическое и магнитное поля (правильнее го-
ворить о едином электромагнитном поле) рас-
пространяются. Протекающий в антенне переменный ток
создает электромагнитное излучение.
На рисунке 33 слева изображена антенна радиопере-
датчика. Быстропеременный ток в ней поддерживается
специальным генератором. Этот ток создает вблизи ан-
тенны быстропеременное магнитное поле. Магнитное поле
вызывает появление столь же быстро изменяющегося
электрического поля и т. д.
Все дальше и дальше уходит от антенны создаваемое
током электромагнитное поле. Все дальше и дальше с ог-
ромной скоростью в 300 000 километров за секунду рас-
пространяется несомая полем электромагнитная энергия.
Всего лишь за 0,02 секунды проходит она путь от
Москвы до Владивостока. Здесь, встретив на своем пути
антенну приемника (см. рис. 33), электромагнитное поле
приводит в ней в движение электроны. В антенне возни-
кает электрический ток. Сигнал принят.
Есть много общего между распространением электро-
магнитного излучения и распространением звука в воз-
Рис, 34. „Связь" с помощью волн на поверхности воды
59
духе или волн на поверхности воды. Представим себе, что
на озере в двух лодках сидят рыболовы. Один из них
начинает то поднимать, то опускать поплавок. По поверх-
ности воды от поплавка побегут при этом волны (рис. 34).
Дойдя до лодки, где находится второй рыболов, эти
волны начнут колебать поплавок его удочки. «Сигнал»
принят.
В приведенном примере гораздо проще крикнуть со-
седу. Но что такое звук? Это также упругие волны.
Колебания голосовых связок вызывают сжатия и разре-
жения воздуха. Эти сжатия и разрежения воздуха
доходят до уха второго рыболова и приводят в колеба-
ние его барабанную перепонку. Так передается звуковой
сигнал,
Рис. 35. Ленты радиотелеграфа. Сверху — запись телеграфной
азбукой. Снизу — современным буквопечатающим аппаратом
Электромагнитное излучение также распространяется
от передатчика к приемнику в виде волн. Однако это
волны совсем другой природы. Это не упругие колебания
воздуха, воды или какой-либо другой среды, а движу-
щееся в пространстве электромагнитное поле.
Количество энергии, поглощаемой приемником из
поля, не велико. Ток, возникающий в приемной антенне,
очень мал; его надо специально усиливать в приемнике.
Но цель современной беспроволочной передачи состоит
пока еще не в снабжении приемной установки электро-
энергией, а в осуществлении связи на больших расстоя-
ниях. Включая и отключая генератор передатчика, можно
посылать короткие и длинные электромагнитные сигналы.
Приводимый в действие током антенны самопишущий
прибор будет отмечать на движущейся ленте приемника
короткий сигнал в виде точки, а длинный — в виде чер-
точки или тире, как говорят в радиотелеграфии (рис. 35).
Каждой букве алфавита соответствует определенное со-
60
четание тире и точек. Такая телеграфная азбука позво-
ляет передавать любые сообщения.
На куске радиотелеграфной ленты, которую мы видим
сверху на рис. 35, написано «Александр Попов» — имя
человека, которому мир обязан изобретением радио.
Передача сигналов по телеграфной азбуке — простей-
ший вид радиосвязи. Сейчас аппараты печатают на лентё
текст принимаемого сообщения обыкновенным шрифтом
(см. рис. 35 внизу). Осуществляется передача по радио
речи, музыки, изображения. Благодаря радиолокации
можно обнаруживать предметы на больших расстояниях.
Все это осуществляется с помощью электромагнитного
поля, излучаемого быстропеременными токами.
Рис. 36. Схема действия радиолокатора. Слева показан экран, на
котором отмечаются моменты отправки и возвращения сигнала
Расскажем в заключение несколько подробнее о ра-
диолокации. Встречая на своем пути какое-либо препят-
ствие, например, самолет, электромагнитная волна отра-
61,
жается от него. Если вместе с передатчиком поставлен й
приемник, то отраженную волну можно обнаружить.
Вращая антенну такой установки (радиолока-
тора), находят такое положение ее, когда отраженный
сигнал оказывается наибольшим. Так определяется на-
правление, в котором находится самолет. Измеряя время
между отправлением и возвращением сигнала и зная
скорость распространения излучения, нетрудно измерить
расстояние до самолета.
На рисунке 36 условно показано, как происходит рас-
пространение электромагнитных волн от радиолокатора
до самолета и возвращение отраженных волн к радиоло-
катору. Токи в момент отправки и в момент приема сиг-
нала регистрируются специальным прибором. Мы видим,
что сигнал прошел путь до самолета и обратно за 0,001
секунды. На путь в одну сторону затрачено вдвое меньше
времени, т. е. 0,0005 секунды. Умножая это время на ско-
рость распространения электромагнитного сигнала, рав-
ную 300 000 километров в секунду, мы узнаем, что само-
лет находится на расстоянии 150 километров.
Можно, конечно, все вычисления произвести заранее
и проградуировать радиолокатор не в секундах, а сразу
в километрах. Так и делается в действительности.
Радиолокация нашла широкое применение в мирной
и военной технике.
IV. ЭЛЕКТРИЧЕСТВО НА СЛУЖБЕ СОВЕТСКОГО
НАРОДА
Творцы современной электротехники
Современная электротехника создана трудами сотен ты-
сяч человек — ученых, инженеров, рабочих.
Более двух с половиной тысячелетий отделяет нас от
того времени, когда, по преданию, греческий мыслитель
Фалес обнаружил впервые, что магнит притягивает же-
лезо, а натертый янтарь — легкие соломинки. Впрочем,
сейчас установлено, что значительно раньше, еще в XI
веке до нашей эры, замечательные свойства магнита были
известны в Китае.
Много столетий прошло, прежде чем узнали, что в ма-
леньком кусочке янтаря, в магнитной стрелке и в
62
ослепительной молнии
прорезывающей небо в
грозу, проявляется одна
и та же сила приро-
ды — электричество. У
истоков науки об элек-
тричестве мы встречаем
имя великого Ломоно-
сова. «Сыскать подлин-
ную Електрической
силы причину и соста-
вить точную ее тео-
рию» — такую задачу
поставил в 1755 г.
М. В. Ломоносов перед
учеными всего мира.
Ломоносовым была
впервые высказана
мысль об электрической
природе молнии и се-
верного СИЯНИЯ. Во вре- М. В. Ломоносов
мя опытов с «громовой
машиной» —прообразом современного молниеотвода —
был убит молнией сподвижник 'М. В. Ломоносова —
академик Г. В. Рихман. Труден и опасен был путь позна-
ния и покорения могучей и грозной «Електрической
силы».
В изучении электричества, так же как во многих дру-
гих областях науки, М. В. Ломоносов намного опередил
свое время. Основные открытия в области электричества
были совершены в XIX веке.
В это время овладение электрическими процессами
приобрело уже прямое практическое значение. Был накоп-
лен значительный опытный материал, и существовали
хотя и разрозненные кадры ученых, изучавших электри-
ческие явления в различных университетах и академиях.
Этим обусловлен бурный поток открытий в области элек-
тричества.
На пороге XIX века была открыта возможность полу-
чать электрический ток с помощью химических про-
цессов.
Вскоре после этого установили, что электрический ток
действует на магнитную стрелку. Известный ученый
Фарадей открыл электромагнитную индукцию и показал
£3
возможность превращений
электрической энергии в ме-
ханическую и механической
в электрическую. Выдаю-
щийся русский ученый
А. Г. Столетов открыл воз-
можность превращения энер-
гии света в энергию элек-
трического тока.
Развивая идеи Фарадея,
ученый Максвелл предска-
зал, что электрическая энер-
гия должна распростра-
няться в виде электромаг-
нитных волн и что свет —
это тоже электромагнитные
волны. Знаменитый русский
физик П. Н. Лебедев дока-
зал электромагнитную при-
А. . Столетов роду света, обнаружив и из-
мерив давление света на
твердые тела и на газы. Физик Герц подтвердил другое
предсказание Максвелла, создав в лабораторных опытах
электромагнитные волны при помощи быстропеременных
токов. Блестящим завершением XIX века явилось созда-
ние А. С. Поповым радио—одного из самых замечатель-
ных творений человеческого ума.
В бурном развитии науки об электричестве и электро-
техники исключительно важную роль сыграли работы рус-
ских исследователей. Достаточно бросить взор на совре-
менную электротехнику, чтобы убедиться в этом.
Начнем с техники сильных токов. Так называют сей-
час все те приложения электричества, основной задачей
которых является передача энергии для производства тех
или иных работ. В технике слабых токов электричество
служит средством передачи сигналов, звука, изображения,
способом контроля или управления различного рода про-
цессами.
Россия — родина первого электрического двигателя.
Этот двигатель был создан в 1834 году академиком
Б. С. Якоби. Через 4 года двигателем Якоби был обо-
рудован первенец электрического транспорта — речной
электроход на Неве.
64
В. С. Якоби и другим рус-
ским академиком Э. X. Ленцем
установлен принцип обратимо-
сти электродвигателя и генера-
тора. Этот принцип составляет
энергетическую основу всей со-
временной электротехники.
Возможность совершать полез-
ную работу на больших рас-
стояниях от того места, где
имеются запасы химической
энергии топлива или механиче-
ской энергии падающей воды,
открыла широкие перспективы
для развития промышленности.
Однако эта возможность
стала реальной только благо-
даря высоковольтным переда-
чам. При передаче низким
напряжением коэфициент полезного действия ничтожен —
почти вся энергия тратится на нагревание проводов. Осу-
ществить же промышленную высоковольтную передачу
энергии невозможно без трансформаторов. Решающее
звено силовой энергетики — трансформатор изобретен и
усовершенствован П. Н. Яблочковым и И. Ф. Усагиным.
С изобретением трансформатора и с созданием
М. О. Доливо-Добровольским электрического двигателя
переменного тока электротехника широким фронтом во-
шла в промышленность и за несколько десятилетий не-
узнаваемо изменила ее.
Важное место в потреблении электроэнергии занимает
электрическое освещение.
Первый источник электрического освещения — элек-
трическая дуга — был открыт академиком В. В. Петро-
вым. Развитием этого открытия явилась знаменитая
электрическая свеча П. Н. Яблочкова, совершившая в
конце прошлого века триумфальное шествие по всему
миру. «Русский свет» — так называли тогда электриче-
ское освещение.
Дуговым свечам П. Н. Яблочкова пришла на смену
лампа накаливания, изобретенная А. Н. Лодыгиным.
Открытие В. В. Петрова положило начало не только
дуговым способам освещения, но и дуговым методам
плавки и сварки. Возможность таких применений
5 Э. И. Адирович
65
была отмечена уже самим
В. В. Петровым. Промышлен-
ные методы электросварки
также разработаны в России
Н. Г. Славяновым и Н. Н. Бе-
нардосом.
Перейдем к технике сла-
бых токов. Здесь достаточно
назвать имя А. С. Попова —
изобретателя радио. Ника-
кое другое изобретение не
повлияло так, как радио, на
всю жизнь человечества.
Вспомним, как несовер-
шенны были прежние сред-
ства связи. Вести о событиях
шли из города в город, из
страны в страну неделями и
месяцами. О блестящей
П. Н. Лебедев
победе русского флота под
командованием адмирала П. С. Нахимова над турецким
флотом в Синопской бухте (1853 г.) в Петербурге узнали
только через две недели.
До изобретения радио корабли, уходившие в море, те-
ряли связь с землей. В бурю, при крушении они не могли
обратиться за помощью. В 1912 году пропала без вести
экспедиция отважного русского полярного исследователя
Владимира Александровича Русанова, предполагавшего
на шхуне «Геркулес» пройти северным морским путем к
проливу Беринга. Только в 1934 году на островах вблизи
полуострова Таймыр были найдены остатки лагеря этой
экспедиции и столб с надписью: «Геркулес», 1913 г.». Че-
рез 25 лет после В. А. Русанова замечательная совет-
ская экспедиция под руководством И. Д. Папанина со-
вершила героический 2500-километровый путь на льдине
от Северного полюса до 70-й параллели. Девять месяцев
провела она на льдине, и благодаря радио каждый день
и каждый час была связана с Родиной. Радиосвязь по-
зволила ледоколам найти и снять отважных папанинцев,
когда сжатие льда разрушило их ледовую научную
станцию.
Радиосвязь и радиовещание, телевидение и радиоло-
кация — всем этим мы обязаны изобретению А. С. Попова.
66
A. H. Лодыгин П. Н. Яблочков
Заметим, что первый пригодный для практических це-
лей проволочный телеграф также был изобретен в России.
Создатель его — П. Л. Шиллинг, русский офицер, один
из образованнейших людей начала XIX века. Первая в.
мире линия электрического телеграфа была проложена В'
1832 году в Петербурге, между Зимним дворцом и Ми-
нистерством путей сообщения. П. Л. Шиллинг является
также основателем применения электричества в военном
деле. Он придумал взрывание подводных мин с помощью
электрического тока.
После Великой Октябрьской социалистической рево-
люции советские ученые Б. Л. Розинг, М. В. Шулейкин,
М. А. Бонч-Бруевич, Л. И. Мандельштам, Н. Д. Папа-
лекси, А. А. Чернышев, В. П. Вологдин и многие другие
создали лучшие в мире современные электрические ма-
шины, приборы, аппараты. Электрические люминесцент-
ные ла^пы (лампы дневного света) в три-четыре раза
более экономичные, чем лампы накаливания, изобретены
замечательным советским ученым, академиком С. И. Ва-
виловым.
Невозможно перечислить здесь все открытия и изобре-
тения в области электричества, сделанные в нашей
стране. Невозможно назвать имена всех замечательных
5*
67
С. И. Вавилов
русских ученых и инженеров.
Мы рассказали лишь о некото-
рых из пионеров великих дел
и событий.
Известно, что в зарубежной
литературе успехи и достиже-
ния русских ученых игнориро-
вались, замалчивались. Прини-
жая русскую науку, иностранцы
наряду с этим широко приме-
няли обкрадывание русских
ученых, присваивали резуль-
таты их исследований и откры-
тий. В царской России не было
благоприятных условий для
научного творчества, для раз-
вертывания научных опытов и
исследований. Но любовь к
Родине, вера в великое буду-
щее России давали ученым моральные силы претерпевать
все трудности и неудобства и высоко держать знамя рус-
ской науки.
На смену отдельным ученым и изобретателям, вынуж-
денным в условиях царской России работать в одиночку,
не имевшим научной и материальной поддержки, встре-
чавшим косность и непонимание, пришли многотысячные
коллективы советских ученых, инженеров и рабочих-нова-
торов, создавших самую передовую в мире электротех-
нику.
Электрификация Советского Союза
Дореволюционная Россия занимала пятнадцатое ме-
сто в мире по выработке электроэнергии. В 1913 г. мощ-
ность всех ее электростанций составляла около 1 милли-
она киловатт, а годовое производство электроэнергии не
достигало и 2 миллиардов киловатт-часов.
Царское правительство не заботилось о создании
электроэнергетической базы для промышленности. Рус-
ских капиталистов не привлекала перспектива вложений
больших средств в строительство крупных электростан-
ций, не суливших быстрых и значительных барышей. Ино-
странные концессионеры всячески тормозили развитие
русской энергетики, так как ее развитие привело бы к
68
ослаблению зависимости хозяйства России от иностран-
ного капитала. До Великой Октябрьской социалистиче-
ской революции в России не было ни одной гидроэлек-
тростанции крупного промышленного значения. Тепловые
электростанции, весьма отсталые по своему техническому
оборудованию, работали на высокосортном угле и на
нефти. Для многих электростанций России, обладающей
богатейшими в мире запасами горючих ископаемых,
уголь привозили из Англии.
За годы первой мировой войны и гражданской войны
электрическое хозяйство нашей Родины было разрушено.
В 1920 г. производство электроэнергии составляло всего
лишь полмиллиарда киловатт-часов. Именно в это время
на VIII съезде Советов Владимир Ильич Ленин указал
на электрификацию, как на решающее звено в построе-
нии коммунистического общества. «Коммунизм — это
есть Советская власть плюс электрификация всей
страны»,— эти слова Ленина определили главное направ-
ление коммунистического строительства.
Что такое электрификация? На этот вопрос исчерпы-
вающе отвечает И. В. Сталин: «...под электрификацией
страны Ленин понимает не изолированное построение от-
дельных электростанций, а постепенный «перевод хозяй-
ства страны, в том числе и земледелия, на новую техни-
ческую базу, на техническую базу современного крупного
производства», связанного так или иначе, прямо или
косвенно, с делом электрификации» (Соч., т. 11,
стр. 254).
Ленин и Сталин учат, что народное хозяйство комму-
нистического общества — промышленность, транспорт,
сельское хозяйство — должно быть основано на высшей
технике. А энергетическая база передовой техники —
электричество. Без электрификации нельзя построить ком-
мунизм.
Электрификация всей страны может быть осущест-
влена только при социалистическом общественном строе.
В условиях капитализма, при частной собственности на
средства производства невозможно создание единой энер-
гетической базы, невозможно рациональное и комплекс-
ное производство и распределение электрической энергии.
Короли угля и нефти, компании, владеющие тепло-
выми электростанциями, прилагают все усилия, чтобы со-
рвать строительство гидроэлектростанций. Особенно ярко
69
это видно на примере США. Значительные гидроэнерге-
тические возможности остаются здесь неиспользованными
вследствие частной собственности на землю и фантасти-
ческому повышению цен на земельные участки в районе
возможного гидротехнического строительства. Огромные
суммы, которые необходимо уплатить владельцам земель,
затопляемых при сооружении гидроэлектростанций, за-
ставляют в ряде случаев отказаться от самого строитель-
ства. Все это является неизбежным следствием капитали-
стической системы хозяйства, в основе которого лежат
частные интересы предпринимателей, погоня за
наживой.
Использование электроэнергии может быть последова-
тельно осуществлено только при социалистическом строе,
когда не частные, а общественные интересы руководят
всеми мероприятиями по использованию природных бо-
гатств.
Укажем еще на проблему теплофикации. Пар, отрабо-
танный в турбинах электростанций, содержит еще много
тепла. Использование его для теплоснабжения заводов и
жилых зданий сильно повышает экономичность и коэфи-
циент полезного действия электростанций. Отпадает необ-
ходимость в строительстве специальных котельных для
отопления, в транспортировке и расходе топлива. Сбере-
гаются значительные средства. Миллионы тонн угля эко-
номит ежегодно комплексное производство электрической
и тепловой энергии на теплоэлектростанциях социалисти-
ческого народного хозяйства СССР. Конкурентная борьба
между монополиями в капиталистических странах пре-
пятствует развитию теплофикации. Отработанный пар
турбин электростанций не используется, а отопление и
подача тепла для других бытовых нужд осуществляются
специальными котельными. Связанные с этим непроизво-
дительные затраты вынуждены покрывать трудящиеся,
так как при такой системе теплоснабжения несоразмерно
высоки цены на коммунальные услуги.
Другой пример. Применение электроэнергии в сель-
ском хозяйстве обеспечивает возможность высокой
механизации сельскохозяйственных работ, большой про-
изводительности труда. Однако в условиях капитализма
у трудящихся крестьян нет средств, чтобы пользоваться
электроэнергией. Поэтому в капиталистических странах
электричество в сельском хозяйстве почти не исполь-
зуется.
70
Первым этапом электрификации нашей Родины было
осуществление плана ГОЭЛРО, о котором мы уже гово-
рили выше. Этот, грандиозный по тем временам, план
предусматривал создание 30 новых электростанций и
реконструкцию всего энергохозяйства страны. Он был
выполнен значительно раньше намеченного 15-летнего
срока.
За годы первых советских пятилеток электроэнерге-
тическая база страны социализма продолжала бурно ра-
сти. В 1940 г. годовая выработка электроэнергии на
электростанциях Советского Союза составляла 48,3 мил-
лиарда киловатт-часов. Это—в 5,5 раза больше, чем план
ГОЭЛРО, в 25 раз больше производства электрической
энергии в царской России (1913 г.) и в 100 раз больше,
чем в 1920 г., когда Лениным и Сталиным были зало-
жены основы электрификации. При этом в 1940 г. 13%
энергии вырабатывалось на гидроэлектростанциях, а по-
давляющее большинство теплоэлектростанций работало
на местном низкосортном топливе.
В годы войны гитлеровскими разбойниками были раз-
рушены на нашей территории 61 крупная электростанция
и много электростанций местного значения. Общая мощ-
ность, потерянная советской энергетикой в результате этих
разрушений, составляла 5 миллионов киловатт, т. е. была
в 5 раз больше, чем мощность всех электростанций цар-
ской России. Фашисты уничтожили 10 тысяч километров
высоковольтных линий, разрушили более 12 тысяч зда-
ний электростанций и подстанций.
В эти тяжелые для нашей Родины годы с особой си-
лой проявились огромные созидательные возможности,
мощь и жизненность социалистического общественного
строя.
Реконструированная и электрифицированная за годы
предвоенных советских пятилеток промышленность была
в невиданно короткие сроки перебазирована в восточные
районы страны. На Урале, в Сибири, в Средней Азии
были расширены старые и построены новые крупные
электростанции, были размещены на новых площадках
эвакуированные промышленные предприятия, были по-
строены новые цехи и заводы. Героизм и патриотизм
советских людей, высокий уровень техники, мощная про-
мышленность, высокопроизводительное коллективизиро-
ванное сельское хозяйство, механизированный транс-
порт — вот что означал на практике социалистический
4 Зак. 474 71
общественный строй, созданный под мудрым руководством
Коммунистической партии, партии Ленина — Сталина.
Благодаря этому победил Союз Советских Социалистиче-
ских Республик. Никакое капиталистическое государство
не смогло бы перенести таких потерь и разрушений и
остаться жизнеспособным и боеспособным.
В невиданно короткий срок — за 5 лет — было вос-
становлено народное хозяйство нашей Родины, были лик-
видированы разрушения, причиненные войной. В 1950 г.
общий объем валовой продукции промышленности СССР,
на 73% превышал довоенный, в 1951 г. более чем вдвое,
а в 1952 г. в 2,3 раза. В 1955 г. объем промышленной
продукции увеличится по сравнению с 1940 г. в 3 раза.
Наш народ самоотверженно трудится на благо Ро-
дины. За 35 лет Советской власти наша страна до-
стигла такого промышленного прогресса, для достиже-
ния которого капиталистическим странам потребовались
столетия. Если СССР за годы Советской власти увели-
чил свое промышленное производство в 39 раз, то
Англии на увеличение промышленного производства во
столько же раз понадобилось 162 года (с 1790 г. по
1951 г.), а Франция за последние 90 лет увеличила свое
промышленное производство всего лишь в 5,5 раза. Что
же касается США, то за последние 35 лет они увели-
чили производство промышленной продукции только в
2,6 раза.
Как и в предшествующие годы социалистического
строительства, важное звено восстановления и развития
народного хозяйства СССР после Великой Отечественной
войны составляет электрификация. К 1950 г. были вос-
становлены все электростанции. При этом электростанции
были расширены, реконструированы, снабжены лучшей
современной техникой. За годы войны и за послевоенное
время были построены новые электростанции. По плану
в 1950 г. выработка электроэнергии должна была состав-
лять 82 миллиарда киловатт-часов. Этот грандиозный
план был перевыполнен советскими людьми. В 1950 г.
электростанции дали народному хозяйству нашей страны
90 миллиардов киловатт-часов, в 1951 г. 104 миллиарда
киловатт-часов. В отчетном докладе XIX съезду партии
о работе Центрального Комитета КПСС товарищ
Г. М. Маленков указывал, что в 1952 г. будет произве-
дено 117 миллиардов киловатт-часов электроэнергии,
т. е. в 2,4 раза больше, чем в 1940 г. За три последних.
72
года— 1949—1951 гг. — прирост выработки электроэнер-
гии составил 37 миллиардов киловатт-часов. Прирост-
выработки электроэнергии в этих же размерах в довоен-
ные годы был достигнут за девять лет. Производство
электроэнергии на душу населения в 1951 г. превысило
уровень 1940 г. в 2 с лишним раза.
Быстрыми темпами развивается производство электро-
энергии в восточных районах страны. В Узбекской, Ка-
захской, Киргизской, Туркменской и Таджикской совет-
ских республиках, имеющих население около 17 миллио-
нов человек, вырабатывается электроэнергии втрое
больше, чем в Турции, Иране, Пакистане, Египте, Ираке.
Сирии и Афганистане, вместе взятых, с их населением
в 156 миллионов. Например, в Советском Азербайджане,
имеющем населения почти в семь раз меньше, чем в
Турции, вырабатывается электроэнергии в четыре раза
больше, чем в Турции. По производству электроэнергии
Советский Союз занимает сейчас второе место в мире,
оставив далеко позади все страны Европы.
Но одни цифры вырабатываемой электроэнергии,—
как они ни внушительны сами по себе, — не дают еще^
полного представления о том, что такое электрификация
нашей страны. Географическое размещение электростан-
ций при плановом социалистическом хозяйстве произво-
дится в соответствии с потребностями и перспективами
хозяйственного и культурного строительства районов, об-
ластей, союзных республик. Электроэнергия обеспечивает-
возможность роста промышленности, электрификации
транспорта, орошения полей, теплофикации городов. Пло-
тины гидроэлектростанций поднимают уровень воды в ре-
ках, улучшают условия судоходства.
Отдельные электростанции связываются в единые вы-
соковольтные кольца. Так, например, высоковольтными
линиями передачи связаны энергосистемы Донбасса, Ро-
стова и Приднепровья. Весной, во время паводков, когда
промышленность Приднепровья не в состоянии потреблять
всей энергии полноводного Днепра, часть ее передается
в районы Донбасса и Ростова. В результате экономится
топливо на мощных теплоэлектростанциях в этих райо-
нах. Зимой по тем же линиям высоковольтной передачи
энергия этих теплоэлектростанций поступает на заводы
Приднепровья. Таким образом, достигается более полное
и эффективное использование энергетических ресурсов
73
природы, обеспечивается бесперебойная работа промыш-
ленности огромных районов страны, удешевляется элек-
троэнергия.
Для советской гидроэнергетики характерно строитель-
ство каскадов электростанций. Так называют расположе-
ние нескольких электростанций на одной и той же реке.
Энергия, вырабатываемая гидроэлектростанцией, тем
больше, чем больше перепад воды на ее плотине. Но на
равнинных реках нельзя создать очень большого перепада
воды на плотине. Слишком высокая плотина вызовет зна-
чительный разлив реки и затопление окружающих райо-
нов. При расположении электростанций каскадом, т. е.
одна за другой по течению реки, используется весь пере-
пад воды от верховьев реки до ее устья. При этом пло-
тины гидроэлектростанций делают реку судоходной на
всем ее протяжении.
На реке Чирчик в Средней Азии введен в эксплуата-
цию каскад из 13 электростанций. Огромный каскад со-
ставят электростанции на Волге — Иваньковская, Углич-
ская, Щербаковская, Горьковская, Куйбышевская и
Сталинградская. Каскады гидроэлектростанций строятся
и на других реках.
Советские электростанции снабжены лучшим в мире
электрооборудованием, на них широко применяется авто-
матическое управление и управление на расстоянии (те-
лемеханика). Пуск и остановка генераторов осуще-
ствляются человеком, нажимающим кнопку на щите
управления за много километров от электростанции. Так
электрический ток управляет электростанциями — фабри-
ками электрической энергии (рис. 37).
Новая техника на электростанциях находит все более
широкое применение. Например к октябрю 1952 г.
91% всех гидроэлектростанций Министерства электро-
станций полностью автоматизирован и обслуживающий
персонал не производит физической работы по пуску,
остановке и регулированию гидроагрегатов. На гидро-
электростанциях внедряется телеуправление, которое по-
зволяет проводить работу гидроагрегатов вообще без
обслуживающего персонала. Уже в 1952 г. 7 гидро-
электростанций работали без обычного дежурного
персонала, были заперты на замок, и управлялись
с диспетчерского пункта за десятки километров. К концу
1952 г. была завершена автоматизация всех гидро-
74
В течение трех-пяти лет гидроэлектростанции будут пере-
ведены на телеуправление, а в ближайшие годы будет
завершена автоматизация тепловых электростанций.
Рис. 37. Эта гидроэлектростанция заперта на замок. На ней нет
людей. Далеко от нее, в диспетчерском пункте, который мы видим
слева, сосредоточено управление целой группой станций, удален-
ных друг от друга
На базе электроэнергетики работает мощная совет-
ская промышленность, оснащенная передовой техникой.
Электрические машины добывают и транспортируют
уголь, производят колоссальные земляные, лесозаготови-
тельные, погрузочные, строительные работы. Электриче-
ство широко применяется в металлургии, в химической,
машиностроительной, нефтяной и других отраслях про-
мышленности. Полностью завершена электрификация
всего станочного парка. Электричество приводит в дей-
ствие машины и управляет ими. Электрификация про-
мышленности обеспечила огромный масштаб работ, со-
здание поточного производства, высокую механизацию и
высокую производительность труда.
75
Все шире электрифицируется транспорт. В новой
сталинской пятилетке будет введено в действие в 4 раза
больше электрифицированных железных дорог чем в пер-
вой послевоенной пятилетке. В 1951 г. грузооборот элек-
трифицированных железных дорог увеличился по срав-
нению с 1946 г. в 2,5 раза. Электровозы (рис. 38) позво-
ляют обеспечить большую скорость движения, не тратят
времени на прием воды и топлива, легко преодолевают
крутые подъемы, обладают большей мощностью, чем
паровозы. Паровозы требуют высококачественного топ-
лива— угля или нефти. Электростанции, питающие элек-
тротранспорт, работают на низкосортном топливе.
Рис. 38. Электровоз
На спусках паровоз продолжает пожирать топливо,
хотя он не тянет, а тормозит состав. Двигатель электро-
воза работает на спусках, как генератор; не электродви-
гатель вращает ведущие колеса электровоза, а наобо-
рот— идущий под уклон состав приводит во вращение
ротор двигателя, подобно тому, как это делает гиря на
рисунке 27. Поэтому электровоз на спусках не потреб-
ляет энергию от сети, а отдает ее обратно в сеть. Здесь
особенно наглядно проявляется замечательное свойство
обратимости электродвигателя и генератора.
Широко развит в СССР электрифицированный город-
ской транспорт — трамваи, троллейбусы. Заканчивается
76
строительство четвертой очереди метрополитена в Москве.
Строится метрополитен в Ленинграде.
Задачу электрификации партия большевиков ставила
в неразрывной связи с коренными вопросами строитель-
ства коммунизма в нашей стране, создания необходимой
передовой материально-технической базы.
Ленин и Сталин указывали на всю важность электри-
фикации не только промышленности, но и земледелия.
Ленин и Сталин подчеркивали огромную роль крупной
промышленности в социалистическом преобразовании
Рис. 39. Электрический трактор
сельского хозяйства. Сейчас в нашей стране электрифи-
цированы почти все МТС, совхозы и десятки тысяч кол-
хозов. Кроме больших электростанций районного значе-
ния, сельское хозяйство снабжают электроэнергией ты-
сячи колхозных электростанций, выстроенных на малых
реках. Электрическая энергия применяется при орошении
земли, пахоте (рис. 39), молотьбе, дойке коров, заготовке
кормов, поливке огородов. Электрические моторы приво-
дят в движение станки ремонтных мастерских. Электри-
чество освещает дома колхозников, позволяет слушать
радио, смотреть кинокартины. Электрификация способ-
ствует укрупнению колхозов и высокой механизации
сельского хозяйства.
Значительная часть всей производимой в нашей
стране электроэнергии идет на удовлетворение комму-
нально-бытовых нужд трудящихся города и деревни.
Электрический транспорт, освещение, радио, телеграф,
телефон, кино, бытовые и медицинские электроприборы
прочно вошли в жизнь советских людей.
77
В военной технике электричество также нашло много-
численные и разнообразные применения. Правда, оно не
является здесь основной энергетической базой. Военную
технику движет топливо — уголь, нефть, бензин, тяжелое
горючее. Электрические двигатели совершают лишь под-
собные работы — поворот огромных орудийных башен на
военных кораблях, наводку на цель, подачу снаря-
дов и т. п.
Это связано с тем, что в боевых условиях военный ко-
рабль, самолет или воинскую часть нельзя связать прово-
дами с электростанцией. А беспроволочная передача
электроэнергии для силовых целей еще не осуществлена.
Рйс. 40. Передвижная электрическая станция па марше
Электрический ток для вспомогательных работ соз-
дают на военных кораблях генераторы, работающие от
главных двигателей, а в воинских частях, находящихся в
полевых условиях,— специальные передвижные электри-
ческие станции (рис. 40). Генераторы передвижных элек-
трических станций приводятся в действие двигателями
внутреннего сгорания.
На подводных лодках при плавании в погруженном
состоянии электромоторы служат основными двигателями.
Без достаточного количества воздуха двигатель внутрен-
него сгорания работать не может. Питание электродвига-
телей на подводной лодке обеспечивается аккумулято-
рами. При надводном плавании те же электромоторы,
приводимые в движение двигателем внутреннего crop а-
78
ния, работают как генераторы. Создаваемый ими ток идет
на зарядку аккумуляторов. Здесь также используется
свойство обратимости электродвигателя и генератора.
Все управление подводной лодкой — очистка воздуха,
посылка мин — совершается электричеством.
В тех случаях, когда вблизи расположения воинской
части проходит линия высоковольтной передачи, электро-
энергия может быть использована с помощью передвиж-
ных трансформаторных подстанций, понижающих напря-
жение (рис. 41).
Рис. 41. Передвижная трансформаторная подстанция
Широко применяются в военных условиях электриче-
ские прожекторы. Ночью и в условиях плохой видимости
мощный луч электрического света позволяет обнаружить
противника (корабли, самолеты, воинские части).
Широко применяется электрифицированная техника в
военно-инженерном деле. Во время Великой Отечествен-
ной войны инженерные войска только одного из фронтов
Советской Армии за месяц построили 108 мостов общим
протяжением 8378 метров, а также проложили заново
133 километра дорог и отремонтировали 3720 километров
дорог. Такие грандиозные работы могли быть выполнены
только с помощью электроэнергии. Таких фактов много.
79
Для укрепления обороны создаются минные поля и
минные заграждения. Многие типы мин имеют электриче-
ский взрыватель. В неко-
Рис. 42. Сапер с миноискателем
торых случаях взрыватель
приводится в действие
магнитными силами, воз-
никающими при прохож-
дении вблизи мины боль-
шой железной массы ко-
рабля (магнитные
мины).
Для борьбы с минами
применяют специальные
электроприборы и устрой-
ства.
Специальные электри-
ческие миноискатели по-
зволяют обнаруживать
замаскированные мины.
На рисунке 42 мы видим
сапера с таким миноискателем. По обмотке катушки,
укрепленной на конце палки, течет переменный ток.
Ток создает вокруг катушки переменное магнитное
поле. Поле эго проникает и под землю. Когда в поле ка-
тушки попадает мина, то настройка контура изменяется,
что регистрируется обычно телефоном, включенным в
цепь катушки. Таким образом находят мины.
В обороне иногда применяются также электроза-
граждения — проволочные заграждения, находящиеся под
высоким напряжением. Человек, схватившийся за про-
волоку, замыкает электрическую цепь (рис. 43). Ток, иду-
щий через его тело, убивает его.
Рис. 43. Как действует электрозаграждение
80
Саперы, посланные для того, чтобы разрезать электро-
заграждение противника, надевают металлические
костюмы. Сопротивление металла гораздо меньше, чем
сопротивление человеческого тела. Поэтому ток идет в
землю через костюм и не поражает сапера.
Совершенно незаменимую роль играет электричество
в деле связи, разведки, управления. Радио, телефон и
телеграф обеспечивают непрерывное управление огром-
ными воинскими соединениями, связь фронта с тылом,
взаимодействие различных родов войск. Радиолокация
позволяет обнаруживать противника на значительных
расстояниях в воздухе, на море и на суше, производить
разведку местности в тылу противника, вести полеты
ночью и в сложных метеорологических условиях. Много-
образная и сложная слаботочная техника обеспечивает
контроль за работой различных машин и механизмов и
управление ими.
Советская Армия, Авиация и Военно-Морской Флот
оснащены лучшей в мире военной техникой. Электриче-
ство не только является основной движущей силой всего
народного хозяйства СССР, но и помогает Советской
Армии нести службу по охране рубежей нашего социа-
листического государства.
* , *
В Уставе Коммунистической партии Советского Союза,
принятом XIX съездом в 1952 г., говорится, что ныне
главные задачи Коммунистической партии Советского
Союза состоят в том, чтобы построить коммунистическое
общество путем постепенного перехода от социализма
к коммунизму, непрерывно повышать материальный и
культурный уровень общества, воспитывать членов обще-
ства в духе интернационализма и установления братских
связей с трудящимися всех стран, всемерно укреплять
активную оборону Советской Родины от агрессивных дей-
ствий ее врагов.
Под руководством Коммунистической партии совет-
ский народ в годы пятилеток создал могучую индустрию,
добился огромных успехов в электрификации страны,
обеспечил непрерывный и мощный подъем социалистиче-
ского производства на базе высшей техники.
Развитие электрификации обусловлено у нас основным
экономическим законом социализма. Суть основного эко-
номического закона социализма заключается в обеспече-
6 Э« И* Адирович
81
нии максимального удовлетворения постоянно растущих
потребностей всего общества путем непрерывного роста
и совершенствования социалистического производства на
базе высшей техники. Действие этого закона ведет к
подъему производительных сил общества, к непрерыв-
ному росту материального благосостояния и культуры
трудящихся.
В противоположность этому суть основного экономи-
ческого закона современного капитализма заключается в
обеспечении наивысшей прибыли путем эксплуатации че-
ловека человеком. В- странах капитала новая техника
применяется лишь тогда, когда она сулит капиталистам
наивысшие прибыли. Капиталисты выступают как реак-
ционеры, стоят против новой техники, за переход на руч-
ной труд, когда эта техника не сулит наибольших при-
былей. При наличии громадной армии безработных капи-
талисты вместо внедрения новой техники предпочитают
наживать миллиардные прибыли за счет применения
ручного труда жестоко эксплуатируемых рабочих.
В СССР электрификация страны, внедрение совре-
менной техники и передовой технологии способствуют
росту производительности труда и увеличению выпуска
продукции. Все это высвобождает от тяжелых и трудоем-
ких работ большие массы рабочих. В громадной степени
облегчается труд человека и ускоряется подъем куль-
турно-технического уровня людей, повышение их мате-
риального благосостояния.
Советский народ — творец новой жизни — проявляет
неиссякаемую активность и творческую инициативу в
электрификации страны. Благодаря заботе Партии и Пра-
вительства в области электрификации у нас выросли мно-
гочисленные кадры квалифицированных рабочих и спе-
циалистов, замечательные передовики и новаторы, ученые,
конструкторы и технологи, рационализаторы и изобрета-
тели. Эти люди способны создать самое первоклассное
энергетическое оборудование, крепко оседлать эту тех-
нику, выжать из нее все, что она может дать, использо-
вать ее по всем правилам искусства.
Электрификация страны во многом изменила и харак-
тер трудовых операций. Появились новые профессии:
машинисты угольных комбайнов, операторы по добыче и
переработке нефти, бурильщики турбинного бурения,
электропильщики на лесозаготовках, машинисты котлов
на электростанциях и многие другие.
82
В области электрификации страны у нас достигнуты
выдающиеся результаты. За последние годы в Советском
Союзе ежегодно в среднем вводится в действие в два раза
больше электрических мощностей, чем по плану ГОЭЛРО
было введено за десять лет. Электростанции Советского
Союза за один лишь месяц вырабатывают теперь элек-
троэнергии столько, сколько вырабатывали электростан-
ции дореволюционной России в течение пяти лет. При
братской помощи Советского Союза высокими темпами
осуществляется электрификация стран народной демо-
кратии.
Но еще более ответственные задачи советскому на-
роду предстоит решить впереди. XIX съезд партии в
директивах по пятому пятилетнему плану развития
СССР на 1951 —1955 гг. дал задание обеспечить даль-
нейшие высокие темпы развития энергетики. Производ-
ство электроэнергии в 1955 г. увеличится примерно на
80% по сравнению с 1950 г.
IB директивах XIX съезда партии говорится: в области
электрификации обеспечить высокие темпы наращения
мощностей электростанций в целях более полного удовле-
творения растущих потребностей народного хозяйства и
бытовых нужд населения в электроэнергии и увеличения
резерва в энергетических системах.
Увеличить за пятилетие общую мощность электростан-
ций примерно вдвое, а гидроэлектростанций — втрое, обе-
спечив в части тепловых электростанций в первую оче-
редь расширение действующих предприятий. Ввести в
действие крупные гидроэлектростанции, в том числе Куй-
бышевскую на 2100 тысяч киловатт, а также Камскую,
Горьковскую, Мингечаурскую, Усть-Каменогс рскую и
другие общей мощностью 1916 тысяч киловатт. Осуще-
ствить строительство и ввести в действие линию электро-
передачи Куйбышев — Москва.
Развернуть строительство Сталинградской, Каховской
и Новосибирской гидроэлектростанций, начать строитель-
ство новых крупных гидроэлектростанций: Чебоксарской
на Волге, Воткинской на Каме, Бухтарминской на
Иртыше и ряда других.
Начать работы по использованию энергетических
ресурсов реки Ангары для развития на базе дешевой
электроэнергии и местных источников сырья алюминие-
вой, химической, горнорудной и других отраслей про-
мышленности.
6*
83
В целях серьезного улучшения электроснабжения
Юга, Урала, Кузбасса обеспечить значительный рост мощ-
ностей тепловых районных и заводских электростанций в
этих районах. Для обеспечения электроснабжения горо-
дов и районов наряду со строительством крупных элек-
тростанций осуществлять строительство небольших и
средних электростанций.
В связи с задачами дальнейшей индустриализации
обеспечить увеличение в 2—2,5 раза выработки электро-
энергии в Литовской ССР, Латвийской ССР и Эстон-
ской ССР. Построить Нарвскую гидроэлектростанцию,
Рижскую теплоэлектроцентраль и развернуть строитель-
ство Каунасской гидроэлектростанции. Провести
проектно-изыскательские работы по строительству
гидроэлектростанций в Прибалтике.
Обеспечить строительство теплоэлектроцентралей и
теплосетей для осуществления широкой теплофикации
городов и промышленных предприятий.
Осуществить широкое применение автоматизации
производственных процессов на электростанциях. Завер-
шить полную автоматизацию районных гидроэлектростан-
ций, а также приступить к внедрению телемеханизации в
энергетических системах.
Таковы директивы Коммунистической партии по
электрификации страны.
Коммунистическая партия направляет советских лю-
дей на решение новых грандиозных задач мирного со-
циалистического строительства. Советский народ с огром-
ным воодушевлением развернул борьбу за претворение в
жизнь исторических решений XIX съезда партии по элек-
трификации страны.
В 1952 г. сданы в эксплуатацию Волго-Донской судо-
ходный канал имени IB. И. Ленина и Цимлянская гидро-
электростанция. Канал, проложенный от Сталинграда на
Волге до Калача на Дону, замыкает сеть судоходных пу-
тей, связывающих все моря Европейской части Советского
Союза в единую транспортную систему. Одновременно
решается проблема обеспечения водой засушливых земель
в Ростовской и Сталинградской областях. Энергегической
базой оросительной и обводнительной системы, а также
механизированного сельского хозяйства в этих областях
служит Цимлянская гидроэлектростанция.
На крупнейшей водной артерии Европейской части
СССР — реке Волге и ее притоках —будут построены
84
новые гидроэлектростанции — Камская, Горьковская,
Куйбышевская, Сталинградская, Воткинская и Чебоксар-
ская. Три из них — Камская, Горьковская и Куйбышев-
ская — вступят в строй в течение пятой пятилетки. Куйбы-
шевская и Сталинградская гидроэлектростанции будут
величайшими в мире. Мощность Куйбышевской гидро-
электростанции— 2 миллиона 100 тысяч киловатт. Мощ-
ность Сталинградской гидроэлектростанции—1,7 мил-
лиона киловатт.
Куйбышевская и Сталинградская гидроэлектростан-
ции будут вырабатывать в 18 раз больше электроэнергии,
чем все гидроэлектростанции Англии.
Пять лет — таков срок, за который будет построена
и введена в действие самая мощная в мире Куйбышев-
ская гидроэлектростанция. Таковы строительные возмож-
ности страны социализма. Крупнейшие американские
гидроэлектростанции на реках Колумбия и Колорадо,
значительно уступающие Куйбышевской и Сталинград-
ской по своим показателям, строились несколько десяти-
летий, но до сих пор еще не введены в эксплуатацию на
полную мощность. В этих фактах воочию видно преиму-
щество социалистического общественного строя перед ка-
питалистическим.
Энергия новых волжских гидроэлектростанций посту-
пит в Москву, в районы Поволжья и в Центрально-Чер-
ноземные области. Огромный поток энергии будет переда-
ваться при напряжении в 400 тысяч вольт на расстояние
до 1000 километров. До сих пор в технике не существует
линий электропередачи при напряжении большем чем
287 тысяч вольт и протяженностью превышающих
430 км. Энергостроительство в нашей стране ныне осуще-
ствляется главным образом путем сооружения крупней-
ших гидравлических и тепловых электростанций, путем
значительного повышения мощности агрегатов — турбин,
котлов, генераторов и т. д. У нас открыты безграничные
перспективы для полной и всесторонней электрификации
промышленности, транспорта, сельского хозяйства, быта.
Сооружение новых электростанций-гигантов, расшире-
ние действующих предприятий, широкое строительство
средних и небольших электростанций, намеченные в ди-
рективах XIX съезда КПСС, означают крупный шаг по
пути создания материально-технической базы коммуни-
стического общества и дальнейшего подъема благосостоя-
ния советских людей. Расширение электроэнергетической
85
базы приведет к дальнейшему росту промышленности, к
еще большей механизации работ, к повышению произво-
дительности труда. Увеличится электрификация железно-
дорожного транспорта, сельского хозяйства.
Электрификация земледелия и животноводства приве-
дет к дальнейшему развитию высокопродуктивного меха-
низированного сельского хозяйства. Изменится облик це-
лых районов.
По примеру Советского Союза проводится электрифи-
кация народного хозяйства стран народной демократии,
ставших на путь строительства социализма. Осуществля-
ются пророческие слова великого Ленина, сказанные в
1920 году на VIII Всероссийском съезде Советов: «...если
Россия покроется густою сетью электрических станций и
мощных технических оборудований, то наше коммунисти-
ческое хозяйственное строительство станет образцом для
грядущей социалистической Европы и Азии» (Соч., т. 31,
стр. 486).
Тесно сплотив свои ряды вокруг Коммунистической
партии и Советского правительства, наш народ успешно
выполнит поставленные XIX съездом партии задачи по
электрификации страны. Электрификация, внедрение ме-
ханизации, особенно комплексной механизации и автома-
тизации, послужат дальнейшему мощному подъему социа-
листической промышленности и непрерывному росту
благосостояния и культуры трудящихся нашей Родины.
Успешным выполнением пятого пятилетнего плана совет-
ский народ сделает новый крупный шаг к коммунизму.
К ЧИТАТЕЛЯМ!
Военное Издательство просит присылать
свои отзывы и замечания на эту книгу
по адресу: Москва, Тверской бульвар, 18,
Управление Военного Издательства.
ОПЕЧАТКА
Стр. Строка Напечатано Должно быть
74 43 гидро- гидроэлектростанций.
Зак. 474.
Цена 1 р. 55 к.