Физический эксперимент в школе. Том IV. Электричество. Часть 2 - Галанин Д.Д., Горячкин Е.Н., Жарков С.Н., Сахаров Д.И., Павша А.В.

Автор: Галанин Д.Д. Горячкин Е.Н. Жарков С.Н. Сахаров Д.И. Павша А.В.

Теги: физика электричество эксперименты физические опыты

Год: 1954

Похожие

Физический эксперимент в школе. Том III

Физический эксперимент в школе. Том 6.

Физический эксперимент в школе. Выпуск 2

Физический эксперимент в средней школе: Колебания и волны. Квантовая физика

Текст

Д.Д. ГАЛАНИН, Е.Н. ГОРЯЧКИН,
С. Н. ЖАРКОВ, Д. И. САХАРОВ,
Л. В. ПАВ ИГА
Физическим
эксперимент
В ШКОЛЕ

Д. Д. ГАЛАНИН, Е. Н. ГОРЯЧКИН, С. Н. ЖАРКОВ,
А. В. ПАВША, Д. И. САХАРОВ
ФИЗИЧЕСКИЙ ЭКСПЕРИМЕНТ
В ШКОЛЕ
ТОМ IV
ЭЛЕКТРИЧЕСТВО
ВТОРАЯ ЧАСТЬ
ВТОРОЕ ИЗДАНИЕ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ
УЧЕБНО-ПЕДАГОГИЧЕСКОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО
МИНИСТЕРСТВА ПРОСВЕЩЕНИЯ РСФСР
Москв а 1954
ПРЕДИСЛОВИЕ КО ВТОРОМУ ИЗДАНИЮ
Во втором издании произведена перестановка материала, именно:
глава «Магнетизм» из III тома перенесена в IV, а глава «Разряд в
газах», включающая Рентгеновы лучи и неоновые лампы, помещена
теперь в III томе вместо IV.
Значительные изменения, внесённые в текст второго издания,
имели своей задачей, кроме исправления замеченных недочётов,
исключить совершенно устаревшие опыты и приборы и добавить
описание тех демонстраций и аппаратуры, которые появились после
выхода в свет первого издания и должны войти в обиход школьных
физических кабинетов. Однако часть старых опытов и приборов
оставлена с той целью, чтобы преподаватель, а может быть и произ-
водящие организации могли ознакомиться с прежней аппаратурой,
которая по своим методическим и экспериментальным качествам
заслуживает внимания и применения на уроках физики.
В настоящем томе написали: главу I — С, Н. Жарков, главы
II —IV — Е. Н. Горячкин, главу V — А. В. Павша.
В тексте применяются следующие обозначения:
D —плотность (в граммах/куб. сантиметр); численно равна
удельному весу.
q,Q —количество тепла или электричества.
i, I —сила тока.
и, U —напряжение, разность потенциалов.
е,Е —электродвижущая сила.
г, R —сопротивление.
W —работа тока.
Р —мощность тока.
Составители
ГЛАВА ПЕРВАЯ
МАГНЕТИЗМ
§ 1. Свойства магнитов
1. Набор по магнетизму. Большинство опытов по магнетизму
(за исключением опытов по диа- и парамагнетизму, обычно не вхо-
дящих в курс средней школы) требует очень простого и дешёвого
оборудования. Для многих из этих опытов достаточно набора по
магнетизму (в одном ящике), в который входят:
два полосовых магнита;
два подковообразных магнита;
три большие магнитные стрелки;
десять маленьких стрелок; .
кусок магнитной руды;
два железных кольца;
приспособление для подвешивания
магнитов;
железные опилки;
ситечко для просеивания опилок;
стойки для стрелок.
Этот набор предназначен не только для демонстраций, но и для
лабораторных занятий; в таком случае на каждую группу учащих-
ся, выполняющих самостоятельно отдельную работу, нужно иметь
особый набор.
2. Естественный магнит. 1) Кусок магнитной руды в оправе. 2) Мел-
кие железные предметы. .
В физическом кабинете необходимо иметь один естественный
магнит в виде куска магнитной руды; обычно такой рудой являет-,
ся магнитный железняк, добываемый на Урале (горы
Благодать, Высокая, Магнитная). Кусок руды должен быть снаб-
жён железной оправой (рис. 1); в этой оправе он должен всегда
храниться; оправа состоит из двух прямоугольных пластинок,
которые прикладываются с двух сторон к магниту в местах нахо-
ждения его полюсов и скрепляются четырьмя болтами; чтобы можно
было плотно приложить эти пластины, кусок руды специально об-
рабатывается. На одной из сторон каждая пластина имеет выступ-
полюс, оба эти полюса должны быть всегда замкнуты железным
якорем. Сила притяжения хорошего куска руды обычно больше
3
веса куска вместе с оправой. Если кусок руды с течением времени
потеряет свою силу, его надо намагнитить.
При демонстрации учащимся естественного магнита его надо
вынуть из оправы. При этом необходимо запомнить, как магнит
лежит в оправе, чтобы при сборке восстановить прежнее располо-
жение.
Для опытов по магнетизму надо иметь несколько видов мелких
железных предметов, именно:
1) железные опилки; опилки должны быть по возможности оди-
накового размера и иметь форму иголочек; не годится железный
порошок, применяемый в химии;
опилок надо иметь не менее 250 г;
2) железные обойные гвозди
(мелкие, не длиннее 2 сж); вме-
сто обойных гвоздей можно
взять обычные гвозди, не менее
0,5 кг;
3) железные шурупы разных
размеров (от 1 до 4 см), не
менее 20—30 штук.
Рис. 2. Различные формы стальных
магнитов.
Рис. 1. Естественный магнит.
3. Стальные магниты» Образцы магнитов.
Искусственные магниты делаются из стали и в зависимости от
своего назначения имеют разнообразную форму (рис. 2), например:
1) прямой брусок —обычный, так называемый полосовой маг-
нит;
2) дугообразный, обычной формы, для измерительных прибо-
ров и магнето;
3) дугообразный, особой формы, для измерительных приборов;
4) подковообразный — обычная форма игрушечного магнита для
детских забав;
5) со сближенными полюсами для электрических счётчиков;
6) и 7) кольцевые и полу кольцевые для телефонных трубок и
громкоговорителей;
4
8) в виде вытянутого ромба — так называемая магнитная стрел-
ка для всевозможных опытов, для компасов, буссолей и т. д.;
9) цилиндрический стержень для точных измерительных при-
боров (магнитометров); тонкие стержни (спицы) применяются (груп-
пами) в компасах (морских, авиационных);
10) полый цилиндр, в магнитометрах.
В физическом кабинете нужно иметь самое меньшее три пары
номеров: 1, 2 и 8.
От хорошего магнита, применяемого в точных измерительных
приборах (гальванометрах, счётчиках, магнитометрах), требуется
постоянство. Это значит, что магнит должен сохранять дол-
гое время без изменения свою намагниченность и не терять её от
изменения температуры и от сотрясений; для достижения такого
постоянства необходимо подобрать материал для изготовления маг-
нита и магнит специально обработать.
Для магнитов применяются: вольфрамовая сталь (5—6% воль-
фрама); хромистая сталь (2—6% хрома); кобальтовая (30—40%
кобальта, 4—6% вольфрама); кобальт-хромовая сталь (5—12% хро-
ма, 5—30% кобальта).
За последние 20 лет металлургическая промышленность стала
производить новые магнитные сплавы, обладающие весьма значи-
тельным остаточным магнетизмом и значительной коэрцитивной
силой; поэтому такие сплавы особенно пригодны для изготовления
постоянных магнитов, обнаруживающих по сравнению с обычными
стальными магнитами одинакового размера гораздо большую силу
(в 10 и более раз). О величине этой силы можно судить по рисун-
ку 27. В эти сплавы, кроме железа, входят в разных пропорциях и
комбинациях алюминий, никель, кобальт, медь и другие металлы.
У нас выпускается высококачественный сплав под названием маг-
нико. Применение постоянных магнитов из новых сплавов позво-
ляет изготовлять сильные магниты небольших размеров, что в свою
очередь уменьшает размеры приборов, например электроизмери-
тельных, в которые в качестве основной части входит постоянный
магнит. Магниты из новых сплавов долго и прочно сохраняют
постоянство своего намагничения. Новые сплавы обладают значи-
тельной твёрдостью и к тому же очень хрупки, поэтому с тру-
дом поддаются механической обработке. Эти сплавы подвергаются
специальной шлифовке. Весьма желательно, чтобы постоянные
магниты из новых сплавов имелись в физических кабинетах сред-
ней школы, так как опыты с такими магнитами дают гораздо боль-
ший эффект, чем с обыкновенными стальными магнитами, и вызы-
вают повышенный интерес у учащихся. При дальнейшем описании
опытов с магнитами из новых сплавов эти магниты будут упоми-
наться под названием «сильных магнитов».
Перед закалкой стальной стержень подвергается особой теп-
ловой обработке, заключающейся в повторном (до трёх
раз) нагревании до строго определённых температур и в охлажде-
нии с различной быстротой. После закалки (при определённой тем-
5
пературе для каждого сорта стали) производится структур-
ная стабилизация, т. е. искусственное «старение» маг-
нита, позволяющее ему сохранять без изменения свою внутреннюю
структуру в течение долгого времени; структурная стабилизация
достигается продолжительным (несколько часов) нагреванием (ки-
пячением) при 100°. После структурной стабилизации магнит на-
магничивается (с помощью электрического тока) до насыщения.
Затем магнит подвергается магнитной стабилизаци и,
т. е. небольшому (примерно, на 10%) размагничиванию с помощью
слабого переменного магнитного поля, создаваемого переменным
током внутри катушки, куда помещают магнит. Магнитное поле
должно постепенно ослабевать до исчезновения; с этой целью или
помощью реостата посте-
пенно уменьшают до ну-
ля силу тока, создающе-
го поле, или магнит мед-
ленно удаляют из ка-
тушки и отходят с ним
на расстояние 2—3 м.
В результате магнитной
стабилизации магнит по-
лучает способность о б-
р а т и м о с т и, т. е.
способность возвращать-
ся к своему начальному
состоянию намагничения
и потому сохранять его после сотрясений, после изменения темпе-
ратуры и после воздействия внешнего магнитного поля.
Магниты, применяемые при физических опытах, как правило,
специальной обработке не подвергаются и, кроме того, имеют почти
всегда не вполне удовлетворительный состав; поэтому такие маг-
ниты заметно теряют со временем свой магнетизм. Чтобы ослабить
эту потерю, надо соблюдать особые условия при хранении маг-
нитов:
1) оберегать их от ударов, толчков, от падения на пол;
2) не .подвергать сильным колебаниям температуры;
3) не допускать постоянного размагничивающего влияния внеш-
него магнитного поля;
4) хранить в замкнутом состоянии, замыкая разноимённые
полюсы помощью железного якоря (рис. 3); у прямых магнитов
таких якорей нужно два; прямые магниты на небольшом расстоя-
нии (примерно 1 см) кладутся параллельно друг другу одноимён-
ными полюсами в противоположные стороны, и полюсы их замы-
каются якорями. •
В измерительных приборах подковообразные магниты, подверг-
шиеся магнитной стабилизации, всегда остаются в разомкнутом
виде.
На магнитах должны быть ясно отмечены полюсы буквами N
6
Рис. 4. Магнитные магазины.
(север) и S (юг) или по-русски С и Ю; часто северную половину
магнита окрашивают в синий цвет и южную — в красный.
Чтобы иметь более сильные магниты, складывают вместе в об-
щий пучок несколько магнитов, одинаковых по форме, направив
одноимённые полюсы в одну сторо-
ну; так составленные магниты полу-
чили название магнитных
магазинов (от английского
слова magazine —мегезйн, озна-
чающего склад, собрание). Магнит-
ный магазин можно составить как
из полосовых, так и подковообраз-
ных магнитов (рис. 4). Как видно
на* рисунке, в магазине полосы,
помещённые в середине пучка,
делаются немного длиннее боковых.
Обязательную принадлежность
при физических опытах составляет
магнитная стрелка; так
называется магнит, который может
свободно вращаться около верти-
кальной оси (рис. 5) или около
горизонтальной (рис. 6). Магнит-
ная стрелка обычно имеет харак-
терную форму в виде сильно вытя-
нутого ромба; полюсы её располо-
жены у концов длинной диагонали;
обыкновенно северный полюс стрелки имеет синий цвет, южный —
отполирован. Вертикальной осью для стрелки всегда служит остриё.
Опорой, которая лежит на острие, служит агатовая шляпочка
(топка) с углублением в середине;
эта шляпка вделана в латунную
оправу, к которой приклёпана маг-
нитная стрелка (рис. 7). Шляпка
должна помещаться не в центре
Рис. 5. Магнитная стрелка.
Рис. 6. Магнитная стрелка наклонения.
7
тяжести стрелки, а немного должна быть сдвинута в сторону север-
ного полюса, так как в северном полушарии северный полюс маг-
нита притягивается вниз к земле. Горизонтальная ось стрелки в
точных приборах опирается на агатовые цапфы; в грубых —своими
концами входит в углубления двух установочных винтов (рис. 6)
или просто лежит в двух кольцах (рис. 15).
Для демонстраций в классе неудобны магнитные стрелки в виде
плоских ромбов, так как движения этих стрелок и наименования
полюсов видны лишь при наблюдении сверху и не заметны учащим-
ся, смотрящим сбоку на уровне плоскости стрелки. Поэтому для
демонстраций применяют
особые стрелки; у них или концы
повёрнуты и приведены в верти-
кальную плоскость (рис. 8, У),
или вся стрелка расположена в
вертикальной плоскости (рис. 8,2),
или к концам обыкновенной стрел-
ки приклеены вертикальные флаж-
ки из папиросной бумаги: синей— .
на северном полюсе и красной — на южном (рис. 8, 5).
Для получения магнита, вращающегося в горизонтальной пло-
скости, подвешивают магнитный стержень на нити; для
этого магнит вставляют в оправу из латуни или из картона с крюч-
ком или с дырочкой для привязывания нити или в подвес из прово-
локи (рис. 9, 1, 2, 3). Иногда сам магнит снабжается крючком
Рис. 7. Устройство шляпки магнит-
ной стрелки.
Рис. 9. Подвешивание полосового маг-
нита.
(рис. 9, 4) или отростком (рис. 2, магниты 9 и 10) для подвешива-
ния. Нить для подвеса не должна быть кручёной; в точных прибо-
рах применяют шёлковые коконовые нити, или нити из капрона,
почти лишённые кручения. Для полного раскручивания нити на
неё на долгое время вешают медный грузик.
8
Иногда встречаются полосовые магниты, снабжённые отвер-
стием и шляпкой, подобно магнитной стрелке (рис. 9, 5).
Достаточно подвижный магнит можно получить, если положить
полосовой магнит на пробку или на химическую фарфоровую чаш-
ку и пустить плавать на воде (рис. 10).
При физических опытах всегда может встретиться надобность
в самодельном магните или магнитной стрелке. Магниты обычно
делаются или из вязальных спиц (длина их около 20 см), или иа
Рис. 10. Свободно плавающий магнит.
Рис. И. Изготовление стеклянной шляпки
для магнитной стрелки.
стальных лент (ширина 1,5 см, толщина около 0,4 мм), или иа.
полотен для слесарной ножовки (длина 32 см, ширина 12 мм). Хо-
рошим материалом для магнитов служат стальная лента от рулетки,
и часовая пружина.
Самодельное изготовление магнитных стрелок не представляет
особых затруднений. Шляпка для опоры стрелки на острие делается
из стеклянной трубки (диаметр около 5 мм). Держа трубку, нагре-
вают открытый конец до размягчения и надавливанием размягчён-
ного конца об угольную пла-
стинку осаживают стекло так,
что получается наружная
закраина (рис. 11); на эту
закраину опирается кусок
пробки, дерева или латуни;
к этому куску прикрепляется
стрелка. Затем на расстоянии
примерно 15 мм от конца
трубка нагревается в пламени
газовой горелки и в месте
нагрева растягивается на две
части; держать трубку за ко-
роткий кусок приходится щипцами. Короткий кусок на оттянутом,
конце запаивается, и путём долгого прогревания стенка на запаян-
ном конце утолщается. Стрелку можно сделать из двух швейных
(так называемых штопальных) иголок, вколотых в пробку
(рис. 12, 1), или из двух вязальных спиц, продетых в дырочки,
просверленные в кусочке дерева (рис. 12, 2); в этом случае спицы
размещаются по обе стороны оси на равных от неё расстояниях.
Наконец, две спицы можно зажать в загибах, сделанных на двух
противоположных сторонах квадратного куска латуни, пробив в нём
9
.дырочку и припаяв над ней колпачок, отрезанный от оболочки
винтовочной пули (рис. 12, 5).
Иногда бывает нужно иметь такую магнитную стрелку, у кото-
рой второй полюс расположен около оси вращения; чтобы полу-
чить такую стрелку, надо у стрелки, сделанной из двух одинако-
вых магнитов (рис. 12, 4)у один из них заменить медной проволо-
кой такого же веса; эту проволоку можно укоротить, укрепив на
её конце свинцовый шарик (рис. 12, 4).
Для эффектной демонстрации магнитного поля применяют не-
сколько десятков магнитных стрелок; в таком случае их делают из
стальных секундных стрелок от карманных часов (рис. 13);
отверстие у стрелок залепляют сверху синдетиконом, желатином
или шеллаком и уста-
навливают стрелки на
небольших иголках, ук-
реплённых вертикально
с помощью сургуча на
плоской повер хности
(стекле).
Чтобы получить ост-
риё для укрепления маг-
нитной стрелки, втыкает-
ся иголка тупым концом
(можно взять иголку с
обломанным ушком) в
деревянную стойку или
пробку (корковую, рези-
новую); для увеличения
высоты можно наклеить
друг на друга несколько
пробок; нижнее основа-
ние можно сделать из
деревянной розетки, при-
меняемой в электротех-
нике в качестве подклад-
Рис. 12. Самодельные магнитные стрелки. ки ПОД выключателем
(рис. 14).
Магнитная стрелка с горизонтальной осью просто делается из
пробки, спицы, двух иголок (или булавок) и проволочной (латун-
ной или медной) петли (рис. 15); спице надо придать безразличное
равновесие до намагничивания; спица должна быть по возможности
длинной.
4. Намагничивание. Намагничивание магнитов, особенно круп-
ных, производится обычно с помощью электрического тока. Намаг-
ничивание мелких магнитов — спиц, иголок, стальных лент, маг-
нитных стрелок — можно выполнить путём натирания полосовыми
магнитами. Способов натирания применяется два. Первый наиболее
употребительный способ состоит в том, что два магнита, сложив
10
мх разноимёнными полюсами, ставят наклонно (под углом примерно
в 25—30°) на середину намагничиваемого стержня и натирают его,
двигая магниты от середины к концам (рис. 16); здесь магниты от-
рывают, поднимают кверху и опять попрежнему ставят на середину
стержня и т. д.
По второму способу между полюсами двух магнитов помещается
кусок дерева; разноимёнными полюсами оба магнита ещё более
наклонно, чем в первом случае, ставятся на середину стержня, но
•натирание производится без отрыва движением в обе стороны от
одного конца стержня до другого (рис. 17); кончают натирание
Рис. 14. Самодельные подставки для маг- Рис. 15. Самодельная маг-
нитной стрелки. нитная стрелка наклонения.
опять на середине стержня. Провести полюсами по стержню надо
раз 20—30; этого обычно бывает достаточно, чтобы намагнитить
стержень до насыщения. Натерев стержень с одной стороны, его
поворачивают противоположной стороной и такое натирание по-
вторяют снова ещё раз.
Иногда в обоих способах под концы натираемого стержня кла-
дут разноимённые полюсы двух других магнитов (рис. 17); полю-
сы их должны быть одноимённы с полюсами, натирающими соот-
ветствующий конец стержня.
Чтобы .натираемый стержень не двигался в стороны, для его
концов делают упоры (рис. 16); однако при намагничивании лёг-
ких стержней — спиц, лент, стрелок — одних упоров недостаточ-
но, так как при отрывании полюсов на концах стержня он вслед-
ствие своей лёгкости поднимается вместе с магнитами; поэтому
стержень надо закрепить в середине (речь идёт о первом способе
11
намагничивания); можно попросить учащегося прижать стержень
пальцем; можно сделать специальное приспособление. В деревян-
ном бруске делается углубление по толщине стрелки (рис. 18),
так что полюсы магнита не касаются стрелки и при своих движе-
ниях её не царапают; в сере-
дине бруска имеется съёмная
перекладина, прижимаемая
двумя гайками; эта перекла-
дина держит стрелку непод-
вижно.
25-30°
15-20
Рис. 16—17. Намагничивание натиранием.
Рис. 18. Приспособление для натира-
ния стрелок.
При показывании учащимся способа (первого) намагничивания
необходимо продемонстрировать, что северный полюс появил-
ся на том конце стержня, который натирали южным полюсом
магнита, и наоборот.
Рис. 19—20. Размагничивание спицы.
5. Размагничивание.
1) Магнит. 2) Намагниченная
спица. 3) Небольшой железный
предмет на проволоке. 4) Шта-
тив. 5) Газовая горелка.
Совершенно размагни-
тить магнит гораздо труд-
нее, чем его намагнитить.
При температуре 768° же-
лезо почти совсем теряет
свои магнитные свойства и
снова восстанавливает их
при охлаждении. Эта тем-
пература (768° для желе-
за), при которой исчезают
магнитные свойства, назва-
на критической точ-
кой, или точкой Кюри.
При этой температуре же-
лезо из одной своей модификации переходит в другую (из альфа-
железа в бэта-железо). Для каждого металла существует особая
точка Кюри (для никеля —около 350°, для кобальта —около 1000°)»
12
Рис. 21—22. Потеря гвоздём магнитных свойств.
Чтобы показать исчезновение магнитных свойств при крити-
ческой точке, накаливают на газовой горелке намагниченную сги-
цу и обнаруживают, что при достижении должной температуры
спица притягивается магнитом гораздо слабее, так как при крити-
ческой точке спица теряет свойства ферромагнитного тела (см. § 51)
и становится парамагнитным телом. Удобно применить односто-
роннюю магнитную стрелку из спицы (рис. 12, 4) и установить око-
ло неё сильный полосовой магнит так, чтобы получалось на неко-
тором расстоянии замет-
ное отталкивание стрел-
ки; чтобы удержать
стрелку, ставят деревян-
ную стойку (рис. 19).
Затем, заметив найден-
ное расстояние и удалив
магнит, надо накалить
свободный конец стрел-
ки на газовой горелке
и вновь поднести магнит
на такое же расстояние;
отталкивание будет едва
заметно (рис. 20).
Можно видоизменить
опыт, подвесив на мед-
ной проволоке неболь-
шой железный предмет—
гвоздь, шуруп, шарик;
на некотором расстоя-
нии устанавливают силь-
ный магнит, заметно
притягивающий к се-
бе подвешенное тело
(рис. 21). Затем это
тело накаливают на га-
зовой горелке и наблю-
дают ослабление при-
тяжения (рис. 22).
Можно вместо магнита взять намагниченную стальную полоску
и нагревать не гвоздь, а самый магнит. Необходимо его весь про-
греть до критической точки.
О размагничивании ударами см. опыт 1 § 3. О размагничива-
нии с помощью переменного магнитного поля упомянуто в опыте 3,
§ 1 при описании магнитной стабилизации.
6. Полюсы магнита. 1) Полосовой магнит. 2) Железные опилки. 3) Под-
ковообразный магнит. 4) Обойные гвозди. 5) Лист картона. 6) Большой «силь-
ный» магнит. 7) Гвозди. 8) Подставка и штатив.
Опыт имеет целью показать, что у магнита имеются два по-
люса, т. е. такие два места, где наблюдается наиболее сильное
13
Рис. 23. Притягивание магнитом гвоздей.
притяжение магнитом железных предметов, и между полюсами
нейтральная полоса, где притяжение значительно слабее
или совсем отсутствует.
На картон насыпают слой опилок; на эти опилки кладут поло-
совой магнит и повёртывают его несколько раз (удобнее иметь для
этого опыта короткий
магнит, примерно в
10 см); затем магнит
поднимают и показы-
вают учащимся располо-
жение опилок, облепив-
ших магнит. Вместо опи-
лок можно взять обой-
ные гвоздики (рис. 23).
Можно взять подко-
вообразный магнит и
опилки заменить шуру-
пами (рис. 24).
Опыт, изображённый
на рисунке 24, особенно
эффектно выглядит с
«сильным» магнитом, об-
сыпанным железными гвоздями (рис. 25).
Наконец, можно взять большой шуруп и показать, что его
притягивает и удерживает полосовой магнит не во всех точках
своей длины.
Рис. 24. Притягивание маг-
нитом шурупов.
Рис. 25. Притягивание
сильным магнитом
крупных гвоздей.
14
7, Взаимодействие ПОЛЮСОВ. 1) Два магнита. 2) Две магнитные стрел--
ки. 3) Два полосовых сильных магнита. 4) Большой полосовой сильный
магнит. 5) Стеклянная трубка. 6) Штатив. 7) Подставка.
Взаимодействие полюсов должно привести к выводу о различии
между собой обоих полюсов магнита.
Для этого опыта необходимо иметь полосовой магнит, свобод-
но вращающийся вокруг горизонтальной оси. На рисунке 9 изоб-
ражены способы подвешивания магнита, а на рисунке 10—плаваю*
щий магнит.
Поднося к полюсам подвешенного магнита полюсы другого маг-
нита, легко показать, что полюсы двух разных магнитов обнару-
живают два вида взаимодействия —они или притягиваются, или
отталкиваются. Два полюса, которые притягиваются, называются
разноимёнными; два полюса, которые взаимно отталкивают друг
друга, названы одноимёнными. Опыт покажет, что каждый магнит
обладает двумя разноимёнными полюсами.
Названия северный и южный полюсы естественнее всего сооб-
щить учащимся в связи с вопросом о земном магнетизме (см. § 3);
однако преподаватель может сейчас же, говоря о взаимодействии
полюсов, ввести термины «северный и южный полюсы» и показать,
как определить наименование полюса (см. § 3, 1).
Вместо двух магнитов с таким же успехом можно применить-
две магнитные стрелки, если одну из них держать в руке.
Можно, конечно, взять магнит и магнитную стрелку (на острие),
но опасно, так как сильный магнит при поднесении его к стрелке
может перемагнитить её, и тогда в том случае, когда надо показать
отталкивание, получится притяжение. Поэтому в таком виде этот
опыт надо производить с осторожностью.
Взаимодействие полюсов с большой силой проявляется, если
применять два сильных магнита. Особенно интересно наблюдать
это взаимодействие, используя индивидуальное ощущение. Для
этого в обе руки берут по одному, сравнительно небольшому, силь-
ному магниту и стараются или оторвать друг от друга два сопри-
коснувшихся разноимённых полюса, или удержать на небольшом
расстоянии друг от друга два одноимённых полюса, не позволяя
им соприкоснуться. Потребные усилия кажутся необычайно боль-
шими, особенно если опыт проделать с двумя подковообразными
магнитами.
Отталкивание одноимённых полюсов можно продемонстриро-
вать такими опытами.
На гладкую поверхность (полированный стол, стекло) кладут
небольшой прямой сильный магнит и медленно по направлению’
его оси приближают к нему одноимённым полюсом второй такой,
же магнит. Хотя магниты будут сравнительно далеки друг от друга
(на расстоянии нескольких сантиметров), первый магнит придёт
в движение и будет удаляться от второго по мере его приближения.
Если приближать второй магнит не вдоль оси первого, то вместо
поступательного движения можно вызвать вращение. Внимательно
15
«следя за движением, можно им управлять и направить первый маг-
нит куда угодно.
Чтобы наглядно показать отталкивание двух сильных магни-
тов, берут два магнита разного размера. Второй (больший) магнит
ставят стоймя на стол и над его верхним концом устанавливают
вертикально стеклянную трубку, зажатую в лапку штатива (рис. 26).
Диаметр трубки подбирают такой, чтобы меньший магнит свободно
мог двигаться вдоль трубки, не задерживаясь трением о стенки.
Затем этот меньший магнит помещают внутрь трубки так, чтобы
оба магнита были обращены друг к другу одноимёнными полюсами.
Тогда магнит в трубке будет неподвижно висеть
в воздухе, что хорошо видно даже издали.
Третий случай отталкивания наблюдают при
помощи двух одинаковых полосовых сильных
магнитов (в форме брусочков). Один из них кладут
плашмя на подставку, стоящую на столе, чтобы
Рис. 26. Ви-
сение магни-
та в воздухе.
Рис. 27. Свободно стоящий магнит.
юпыт был виден учащимся. Недалеко (на расстоянии 4—6 см) от
первого магнита ставят одним узким ребром на подставку второй
магнит так, чтобы полюсы обоих магнитов, обращённые друг к
.другу на подставке, были разноимёнными. Тогда верхний полюс
поставленного магнита и ближайший к нему полюс лежащего
магнита окажутся-одноимёнными и будут взаимно отталкиваться.
Вследствие этого второй магнит при надлежащем выборе места
для него будет свободно стоять без поддержки, будучи наклонён
в сторону первого магнита (рис. 27). Толкая пальцем верхний
конец стоящего магнита, мы заставим его качаться около положе-
ния равновесия.
8. Равенство полюсов магнита. 1) Два полосовых магнита. 2) Мел-
кие шурупы. 3) Намагниченная лента. 4) Лезвие безопасной бритвы или шу-
руп на нитке. 5) Штатив.
Оба полюса в магните являются совершенно одинаковыми по
своей силе. Чтобы доказать это, надо обнаружить, что совместное
действие двух разноимённых полюсов равно нулю.
16
Прежде всего ^надо показать, что вообще действия двух разно-
именных полюсов взаимно ослабляют или уничтожают друг друга.
Для этого одним полюсом полосового магнита притягивают к не-
му несколько мелких шурупов
(рис. 28). Затем к магниту прикла-
дывают второй магнит разноимён-
ными полюсами вместе; тогда шу-
рупы отпадают (рис. 29).
Рис. 28—29. Взаимное ослабление разноимённых полюсов.
Рис. 30—31. Равенство полюсов магнита.
Далее, на нитке, привязанной к лапке штатива, вешают неболь-
шой железный предмет, например гвоздик, лезвие безопасной брит-
вы, и подносят к нему один из полюсов намагниченной ленты; на-
2 Физический эксперимент, том IV
17
блюдается притяжение (рис. 30). Тогда ленту сгибают дугой так,
чтобы второй её полюс оказался рядом с первым; притяжение ис-
чезает (рис. 31).
9. Деление магнита на части. 1) Стальная лента. 2) Два полосовых
магнита. 3)"Магнитная стрелка. 4) Железные опилки. 5) Двое плоскогубцев.
6) Лист картона.
Данный опыт имеет существенное значение, так как, во-первых,
он доказывает существование в магните двух разноимённых полю-
сов и, следовательно, н евозможность получения отдельно
только одного полюса и, во-вторых, приводит к логическому
Рис. 32. Деление магнита на части.
выводу о наличии в магните молекулярных магнити-
ков, так как, продолжая мысленно деление до молекул, мы заклю-
чаем, что каждая молекула является магнитом.
Для опыта берётся стальная лента длиной около 20 см (см. в
опыте 3, § 1, описание самодельных магнитов) и намагничивается
на глазах у учащихся натиранием двумя полосовыми магнитами
(см. опыт 4, § 1). Погружением в опилки и поднесением к магнит-
ной стрелке подтверждается наличие у полученного магнита двух
разноимённых полюсов. Затем лента ломается пополам, и у каждой
половины опять обнаруживаются два разноимённых полюса (рис. 32),
причём на каждой половине остаются на своём “месте преж-
ние полюсы, какие были у целого магнита до разлома. Одна из
половинок опять ломается пополам, и так поступают далее, пока
не дойдут до магнитика длиной в 1 или даже в 0,5 см\ при
последних разламываниях приходится применять двое плоско-
губцев. Чтобы получить наиболее мелкое деление, не следует брать
толстой ленты.
При испытании полюсов очень коротких частей с помощью маг-
нитной стрелки может случиться, что или стрелка не будет чувст-
вовать действия слабого магнитика или стрелка перемагнитит маг-
нит и тем самым цсказит ожидаемое явление.
18
10. Составление магнита ИЗ частей. I) Несколько (3 или 4) ода
лаковых полосовых магнитов. 2) Обойные гвозди. 3) Деревянный стержень
4) Нитки. 5) Два штатива с лапками. 6) Прибор с магнитиками (рис. 28).
7) Небольшая пробирка с пробкой. 8) Железные опилки. 9) Подковообразный
магнит. 10) Магнитная стрелка.
В опыте 9 производилось деление магнита на части, при-
чём на месте нейтральной линии появлялись полюсы. Опыт 10
воспроизводит обратное явление — складывание магнита ив
нескольких частей, обладающих двумя полюсами, причём в месте
стыка двух полюсов появляется нейтральная линия.
Берётся деревянный стержень, толщиной подходящий к ширине
магнита и длиной около 1 м, и своими концами укрепляется ребром
горизонтально в лапках двух штативов (рис. 33). Недалеко от од-
ного конца к стержню нитками привязывают один из магнитов
и к его полюсам прикладывают обойные гвоздики или мелкие шуру-
пы, поднося их на листе картона. Затем вплотную к первому маг-
ниту привязывают вдоль стержня второй магнит, соединяя магниты
вместе разноимёнными полюсами, тогда гвоздики в месте стыка
двух магнитов отпадают; на концах полученного составного маг-
нита гвоздики держатся. Далее можно добавить третий, четвёртый
магниты.
Длинный, но прочный магнит, составленный из нескольких (бо-
лее десятка) сильных магнитиков, изображён на рисунке 46.
1S
2*
Чтобы показать, как из ряда отдельных мелких магнитов со-
ставляется один большой магнит, существует прибор, состоящий
из доски, на которой укреплены параллельными рядами вертикаль-
ные острия; на каждое остриё надет небольшой магнитик (рис. 34);
все эти магнитики могут свободно поворачиваться во все стороны,
но под влиянием поднесённого магнитного полюса магнитики рас-
полагаются рядами, причём все одноимённые полюсы обращены
в одну сторону. Правильное расположение всех без исключения
магнитиков изображает намагничение до насыщения. Этот прибор
является моделью, изображающей строение магнита.
Такую же модель даёт следующий опыт. Небольшая стеклянная
пробирка (диаметр около 1 см, длина 6—8 см) наполняется' желез-
ными опилками и закрывается проб-
Рис. 34. Модель строения маг-
нита.
кой (корковой или резиновой). Опил-
ки должны заполнять всю пробирку
вплоть до пробки. Поднося пробирку
её концами к полюсам магнитной
стрелки, показывают, что опилки в
пробирке слабо взаимодействуют с
полюсами стрелки, одинаково притя-
гивая оба полюса стрелки, и что,
следовательно, пробирка с опилками
не является магнитом.
Помещая пробирку в магнитное поле постоянного (подковооб-
разного) магнита или постоянного тока, намагничивают опилки
в пробирке. Опилки располагаются в определённом порядке, на-
поминающем расположение элементарных магнитиков в магните.
Пробирка с опилками становится магнитом. Наличие полюсов у ней
обнаруживается, когда её концы приближают к полюсам магнит-
ной стрелки.
Тепер.ь сильно встряхивают пробирку. Таким путём нарушают
организованное расположение опилок и приводят их в хаотиче-
ский беспорядок. Испытывая теперь взаимодействие пробирки с
магнитной стрелкой, обнаруживают, что пробирка с опилками пе-
рестала быть магнитом, как только было нарушено расположение
опилок, бывшее в намагниченном состоянии.
Опыт полезно повторить.
11. Действие магнита через тела. 1) Магнит. 2) Сильный магнит.
3) Магнитная стрелка. 4) Обойные гвозди, стальное перо, железные опилки.
5) Доска, картон, книга, стекло, лист латуни, цинка,- меди, железа и др.
6) Колба с водой.
Опыт показывает, что действие магнита на магнитную стрелку
или на лёгкий железный предмет передаётся через тела —через
дерево, картон, стекло, латунь, медь, цинк и др., кроме железа.
Можно отделить магнит от стрелки вертикально поставленным
экраном (рис. 35—36). Учащихся очень занимает движение желез-
ного предмета (гвоздя, стального пера или опилок), лежащего на
20
плитке из какого-нибудь немагнитного материала (дерево, кар-
тон), под действием магнита, находящегося под плиткой и потому
невидимого.
Рис. 35—36. Действие магнита через книгу.
Действие магнита через тела проявляется ещё эффектнее в слу-
чае применения сильного магнита. В этом случае толщина тел
может быть значительно увеличена, так как магнит можно удалить
на большее расстояние.
В стакан или в колбу с водой
бросают стальное перо (рис. 37) и
с помощью магнита вынимают перо
из воды, передвигая его осторожно
вдоль стенки (рис. 38).
Применяя в этом опыте силь-
ный магнит, можно вынуть из со-
суда не только лёгкое перо, но и
более тяжёлый предмет: гвоздь,
шуруп, стальной шарик, или,
мелких железных предметов,
Рис. 37—38. Вынимание магнитом
пера из колбы.
что ещё эффектнее, целую кучку
например обойных гвоздиков, кно-
пок, скрепок и т. п.
12. Распределение магнетизма в магните. I) Полосовой магнит.
2) Мелкие гвозди. 3) Железные шарики на резиновых шнурочках или спи-
ральных пружинках. 4) Лист картона. 5) Доска. 6) Булавки. 7) Нитки.
Опыты 6 обнаружили, что в разных точках магнита получается
различная сила притяжения магнитом железных предметов. Дан-
ные опыты имеют своей задачей исследовать более подробно распре-
деление магнитной силы вдоль прямого магнита.
Для этого опыта выгодно иметь магнит возможно более длинный
(например, около 30 см).
1-й случай. Прямой магнит укрепляют горизонтально и
через равные расстояния, например через каждые 2 см, приклады-
вают к нему гвоздик, к этому гвоздику второй, ко второму —тре-
тий ит. д., столько гвоздиков, сколько в данной точке магнита мо-
жет удержаться (рис. 39). Числа гвоздиков, притянутых магнитом
в разных его точках, явно обнаружат определённую закономерность
в распределении магнетизма вдоль магнита. Окажется, что полюсы,
т. е. места наиболее сильного притяжения, находятся не на самых
концах магнита, а отстоят от концов примерно на 0,07 всей длины
магнита. Так, например, у магнита длиной в 20 см полюсы отсто-
Рис. 39. Распределение магнетизма в магните.
ят от концов на 1,4 см. Расстояние между полюсами составляет
0,85 всей длины магнита.
2-й случай. Укрепляют вертикально доску (из мягкого де-
рева, например чертёжную), чтобы было легко втыкать булавки;
вдоль доски горизонтально кладут полосовой магнит и на доске
проводят 15 вертикальных и параллельных между собой прямых
на равных расстояниях друг от друга (рис. 40) так, чтобы крайние
линии совпали с концами магнита (эти линии лучше провести пред-
варительно). Затем берут 15 одинаковых железных шурупов (или
шариков) и столько же резиновых тонких шнурочков одинаковой
длины; размер шурупов и длина шнурков подбираются па прак-
тике так, чтобы при самом сильном притяжении в месте полюса
при отрывании шурупа от магнита верхний конец натянутого
шнурка не вышел из пределов доски. На одном конце шнурка пу-
тём обвязывания ниткой делается петелька для надевания на булав-
ку; к другому концу с помощью нитки привязывается железный
предмет.
На каждой из проведённых на доске прямых отыскивается та-
кая точка, до которой надо оттянуть верхний конец (с петлей) ре-
52
зинового шнурка, чтобы оторвать от магнита шуруп, приложен-
ный к магниту в точке, соответствующей взятой линии; затем чуть
ниже найденной точки втыкается булавка и на неё надевается пе-
телька шнурка; при таком натяжении шнурка шуруп должен едва
держаться у магнита и при малейшем натяжении отскакивать. Та-
кую установку надо сделать для всех шнурков. Всё это выпол-
няется заранее, и булавки получают расположение вдоль кривой
линии характерной формы; эта линия служит наглядным изобра-
жением распределения магнетизма в магните.
Рис. 40. Различные растяжения резинки при отрывании железного
шарика от магнита.
Описанная установка удаётся не сразу и требует кропотливого
подбора мест для булавок. Если указанного числа грузиков поче-
му-либо окажется слишком много, то надо, оставив крайние, сред-
нюю и вторые от края прямые на прежних местах, остальные в
любом уменьшённом числе расположить на равных расстояниях
между собой.
Описанный опыт требует длительной установки; поэтому це-
лесообразно его отнести к лабораторным работам, как это описано
в следующем разделе.
13*. То же самое. 1) Прибор для измерения силы притяжения (рис. 41
или 42). 2) Прямой магнит. 3) Лист бумаги. 4) Масштабная линейка. 5) Уголь-
ник. 6) Карандаш.
Лабораторная работа заключается в измерении силы, какую
надо употребить, чтобы в разных точках магнита оторвать от него
железный шарик. Шарик из мягкого железа вешается либо на спи-
23
ральной пружинке (рис. 41), либо на резиновом шнурке (рис. 42).
Размеры шарика и пружинки (или шнурка) подбираются на опыте
так, чтобы можно было осуществить при данных размерах прибора
отрыв шарика от полюса магнита. Величина силы измеряется или
углом поворота (рис. 41), при котором накручивание нитки на ро-
лик вызывает требуемое растяжение пружины, или той высотой
(рис. 42), на какую надо поднять ползунок с крючком для привеса
резинового шнурка, чтобы оторвать шарик от магнита. Чтобы от?
Рис. 41. Определение отрывной силы
при помощи пружинки.
Рис. 42. Определение отрывной силы
при помощи резинки.
мечать те точки, где измеряется сила притяжения, магнит переме-
щается вдоль линейки с делениями.
Пружинку и резиновый шнурск можно заменить малосильным
пружинным динамометром.
Порядок работы: 1) Положить магнит так, чтобы под
шариком (это место на линейке отмечено стрелкой) пришёлся его
конец.
2) Спустить шарик до прикосновения к магниту и натягивать
пружинку вращением верхнего диска (или резиновый шнурок
подъёмом ползунка) до отрыва; повторить отрыв несколько раз
и взять среднюю установку.
3) Записать в таблицу расстояние исследуемой точки от конца
магнита и величину измеренной силы; эта величина выражается
углом поворота диска (не забывать число целых поворотов) или
положением ползунка.
24
4) Сдвинуть магнит не более чем на 1,5 см и повторить то же
измерение.
5) Сдвинуть магнит дальше и повторить наблюдения до другого
конца магнита.
Рис. 43—44. Притягивание магнитом лёгкого предмета. Рис. 45. Цепь предме-
тов у полюса магнита.
Примечание. В первый и в последний раз надо сдвигать
магнит не более чем на 1,5 см\ между этими двумя установками ве-
личина сдвига выбирается сообразно с длиной магнита по своему
усмотрению.
На основании числовых данных таблицы построить графи-
ческое изображение распределения магнетизма в маг-
ните. В произвольном подходящем масштабе по горизонтальной
оси отложить расстояния исследуемых точек от конца магнита, по
25
сам
Рис. 46. Цепочка
из магнитов,
удерживаемая
одним магнитом.
вертикальной оси —величины сил притяжения. Полученные точки
соединить кривой линией.
14. Магнитная индукция. 1) Сильный полосовой магнит. 2) Маг-
нитная стрелка. 3) Набор сильных магнитов. 4) Разные железные предметы
{ножницы, ключ, шуруп, лезвие безопасной бритвы, перо и т. д.). 5) Кусок
мягкого железа. 6) Железный гвоздь. 7) Опилки. 8) Лист картона. ’9) Шта-
тив. 10) Две иголки. 11) Нитки.
Явление индукции состоит в том, что железный предмет, нахо-
дящийся в магнитном поле (на некотором расстоянии от полюса
становится магнитом с двумя полюсами, причём в
том месте предмета, где силовые линии поля вхо-
дят в предмет, появляется южный полюс, а где
выходят—северный, или иначе: на стороне пред-
мета, ближайшей к полюсу магнита, возникает раз-
ноимённый полюс, в удалённой части предмета
появляется одноимённый полюс; взаимодействие
этих полюсов с магнитом или с другими соседними
предметами и служит проявлением индукции. По-
казать это явление можно разнообразными спо-
собами.
1-й случай. Лёгкий железный предмет,
подвешенный на нитке (рис. 43), притягивается
к полюсам близ расположенного магнита (рис. 44),
так как полюс магнита и разноимённый с ним
полюс, возникший вследствие индукции на бли-
жайшей стороне предмета, взаимно притягиваю-
тся. Отталкивание одноимённого полюса, возник-
шего вследствие индукции на далёкой стороне
предмета, слабее притяжения ввиду большего рас-
стояния.
2-й случай. Магнит может держать целую
цепочку различных (постепенно уменьшающихся)
железных предметов (рис. 45), так как вследствие
индукции каждый из предметов становится маг-
нитом.
Гораздо более длинную цепочку из железных предметов можно
подвесить к сильному магниту. Такой магнит в состоянии удержи-
вать груз, превышающий в десятки раз вес самого магнита. Вели-
чину силы магнита наглядно показывает рисунок 46, на котором
видно, что верхний магнит держит 29 таких же магнитов. Этим
числом не исчерпывается обычно способность сильного магнита
удерживать груз.
3-й случай. Стержень из мягкого железа (например, боль-
шой гвоздь) укрепляют вертикально в лапке штатива и убеждаются,
что стержень не притягивает опилки или обойные гвозди. Затем
над стержнем на небольшом расстоянии устанавливают на том же
•штативе вертикально полосовой магнит; тогда стержень притяги-
26
вает опилки, как магнит. С помощью магнитной стрелки надо по-
казать учащимся, какие наименования имеют полюсы, возникшие
в стержне вследствие индукции.
Рис. 47— 48. Знаки полюсов при индукции.
4-й случай. Полосо-
вой магнит располагают го-
ризонтально и на некотором
расстоянии от него ставят
магнитную стрелку так, чтобы
сна заметно притянулась од-
ним своим полюсом к магниту
(рис. 47). Затем рядом со
стрелкой к тому же полюсу
магнита подносят один конец
железного стержня (например,
гвоздя); тогда полюс стрелки
явно отодвигается в сторону
от конца поднесённого стерж-
ня (рис. 48). Это явление об-
наруживает разноимённость
полюса, возникающего вслед-
ствие индукции на ближай-
шей к магниту части стержня.
Этот опыт требует некото-
рой осторожности, так как
приходится железный стер-
жень,ставший магнитом вслед-
ствие индукции, очень близко
подносить к полюсу- магнит-
ной стрелки; поэтому возни-
кает опасность перемагни-
чивания. стрелки; тогда её
Рис. 49—50. Индукция на двух иголках.
27
конец вместо отталкиваний притянется к поднесённому стер-
жню.
5-й случай. На двух нитках вешаются две иголки; они
располагаются параллельно друг другу (рис. 49). Снизу к иголкам
подносят полюс магнита; тогда иголки, особенно их верхние концы,
заметно удаляются друг от друга благодаря отталкиванию одно-
имённых полюсов, возникших вследствие индукции (рис. 50).
§ 2. Магнитное поле
1. Определение направления СИЛОВОЙ ЛИНИИ. I) Полосовой маг-
нит. 2) Магнитная стрелка. 3) Стеклянная (кристаллизационная) чашка.
4) Вода. 5) Иголка. 6) Пробка. 7) Деревянные бруски.
1-й случай. Направление силовой линии связано с сущест-
вованием двух разноимённых полюсов у магнита. Если
из одного полюса силовые линии выходят, то’ в другой разно-
имённый полюс они должны входить. Условно принято,
из северного полюса
и входят в южный, т. е. Вне
магнита силовые линии идут
от северного полюса к южному.
В соответствии с принятым
условием направление силовой
линии в любой точке магнитного
поля можно определить с по-
мощью магнитной стрелки. С
этой целью надо
что силовые линии выходят
Рис. 51. Определение направления си-
ловой линии..
магнитную
стрелку поместить в том месте,
где определяется . направление
силовой линии; тогда, во-первых,
стрелка своей продольной осью
установится вдоль силовой линии (точнее — по касательной к
силовой линии) и, во-вторых, северный полюс стрелки пока-
жет, куда направлена силовая линия.
Чтобы познакомить учащихся с этим приёмом определения на-
правления силовой линии, надо около полосового магнита поме-
стить магнитную стрелку. Чтобы она оказалась в одной плоско-
сти с магнитом, надо под магнит подложить деревянный брусок
(рис. 51). Необходимо, чтобы учащиеся поняли и хорошо усвоили
этот опыт, так как определение направления силовой линии с по-
мощью магнитной стрелки имеет существенное значение при изу-
чении магнитных полей, создаваемых током.
2-й случай. Из приведённого выше условия относительно
направления силовых линий вытекает, что северный полюс маг-
нита, помещённый в магнитное поле, должен двигаться по направ-
лению силовой линии, а южный—по противоположному напра-
влению.
28
Чтобы продемонстрировать это явление, берут намагниченную
стальную иглу и втыкают её в пробку так, чтобы игла вместе с проб-
кой плавала вертикально в воде северным полюсом вниз (рис. 52).
Чашку с водой ставят на полосовой магнит, положенный на стол.
Для устойчивости чашки рядом с магнитом надо положить дере-
вянные брусочки одинаковой толщины с магнитом.
Рис. 52. Движение полюса вдоль силовой линии.
Тогда северный полюс свободно плавающей иглы (следователь-
но, и вся игла) своим движением укажет форму и направление си-
ловой линии магнитного поля.
2. Расположение силовых линий магнитного поля. 1) Полосовой
магнит. 2) Несколько маленьких магнитных стрелок. 3) Большой сильный
магнит. 4) Несколько стальных шариков разного размера.
Чтобы наблюдать расположение силовых линий магнитного
поля, надо в этом поле поместить возможно большее число магнит-
ных стрелок. Чем больше взять стрелок, тем картина будет яснее
Рис. 53. Поле прямого маг-
нита, представленное магнит-
ными стрелками.
Рис. 54. Силовая магнитная линия
в виде цепочки стальных шариков.
и полнее; желательно их иметь не менее 20 штук. Для этого опыта
нужны стрелки самого небольшого размера; годятся стрелки от
маленьких игрушечных компасов; всего лучше подходят магнитные
стрелки, сделанные из секундных стрелок (рис. 13).
29
Для опыта вокруг прямого магнита располагают более или ме-
нее равномерно магнитные стрелки; своими продольными осями
стрелки встанут вдоль силовых линий и таким путём благодаря
своему большому числу покажут расположение силовых линий
(рис. 53).
Напряжённость магнитного поля вблизи сильного магнита
настолько велика, что мелкие железные предметы прочно держатся
на небольших расстояниях от магнита и своим расположением на-
мечают направление силовых линий. Такие условия отчасти пере-
даёт рисунок 25. Цепочка из стальных шариков располагается
почти точно (если пренебречь влиянием силы тяжести) по направле-
нию силовой линии (рис. 54). Надо применять шарики постепенно
всё более и более мелкие.
3. Магнитные спектры. 1) Две пары полосовых магнитов. 2) Дугооб-
разный магнит. 3) Стержень из мягкого железа. 4) Железное кольцо, 5) Же-
лезные опилки. 6) Ситечко. 7) Кусок белого картона. 8) Деревянные брусочки.
Расположение силовых линий выступает особенно наглядно,
если вместо небольшого числа магнитных стрелок воспользоваться
громадным числом железных опи-
Рис. 55. Применение
зеркала при показе
спектра.
наклонного
магнитного
лок — каждая отдельная частица
железа играет роль магнитной
стрелки и располагается вдоль си-
ловой линии. Картина силовых
линий поля, даваемая опилками,
названа магнитным спек-
тром.
Для получения магнитного спек-
тра кладут один (или несколько)
магнитов на стол; рядом помещают
деревянные брусочки одинаковой
толщины с магнитами и сверху всё
накрывают листом картона (или
толстой ровной бумаги, или стекла);
затем, взяв в одну руку ситечко
из мелкой (поперечник отверстия
около 0,5—1 мм) обычно латунной
сетки, другой рукой сыплют опил-
ки из коробки в ситечко; переме-
щая его по всем направлениям над
картоном, посыпают картон возмож-
но равномернее слоем опилок; надо
избегать плешин и очень густого
целых кучек их. Далее деревянной палочкой
скопления опилок,
(карандашом) стучат по картону, чтобы заставить опилки подпры-
гивать и при падении принимать надлежащие направления, соот-
ветствующие расположению силовых линий. Магнитный спектр,
30
полученный таким путём, даёт общую картину расположения магнит-
ных силовых линий около магнита.
Вместо сита можно коробочку с опилками затянуть мелкой сет-
кой.
Так как магнитные спектры получаются на демонстрационном
столе, где располагаются горизонтально, то учащимся с их мест
эти спектры не видны, и потому необходимо прибегнуть к особым
мерам, чтобы сделать магнитные спектры видимыми, притом, что,
особенно целесообразно, показать самый процесс получения спектра.
С этой целью, во-первых, можно сзади полученного спектра по-
местить большое (чем больше, тем лучше) плоское зеркало, поста-
вив его наклонно (рис. 55), примерно под углом в 45°, так, чтобы
Рис. 56. Случай магнитных полей для
получения магнитных спектров.
Рис. 57. Уширение полюсов.
Рис. 58. Экранирующее действие-
кольца.
учащиеся со своих мест видели в зеркале изображение магнитного
спектра. Во-вторых, можно процесс получения спектра и получен-
ный спектр спроектировать или на экран при помощи горизонталь-
ной проекции (см. опыт 6), или на потолок при помощи теневой
проекции. Наконец, в-третьих, можно, закрепив спектр (см.
опыт 7), дать его в руки учащимся для рассматривания.
Интересно рассмотреть следующие случаи магнитных спектров,
(рис. 56):
1) Один прямой магнит.
2) Два разноимённых полюса.
3) Два одноимённых полюса.
4) Три полюса, из них два одноимённых.
3i
5) Дугообразный магнит.
6) Два параллельных магнита одноимёнными полюсами в одну
-сторону.
7) Два параллельных магнита одноимёнными полюсами в раз-
ные стороны.
8) Один полюс.
9) Железное кольцо между разноимёнными полюсами.
10) Железный брусок около разноимённых полюсов.
Из этих десяти случаев обязательный минимум составляют:
1,2, Зи5-й. При подробном изучении магнетизма существенное зна-
чение имеют случаи 9 и 10. В некоторых случаях бывает полезно
увеличить ширину полюса; тогда к полюсу прямого магнита
прикладывают якорь (которым замыкают пару полосовых магнитов
при хранении); между двумя широкими полюсами (рис. 57) полу-
чается почти однородное поле, как между полюсами дугообразного
магнита.
Для получения отчётливой картины в случаях 9 и 10 надо при-
менять возможно более тонкий лист картона, всего лучше бумагу;
при этом лист должен вплотную прилегать к кольцу (случай 9) и
к бруску (случай 10).
Ещё лучше взять кольцо по ширине гораздо больше толщины
магнита (рис. 58); в картоне делается крупный прорез по
размеру кольца; этим отверстием картон надевается на кольцо и
кладётся на магниты, внутрь кольца вкладывается картонный
•кружок, положенный на деревянный кружочек одной толщины
ю магнитом.
4*. Зарисовка магнитных спектров. 1) Любой магнитный спектр (см.
опыт 3). 2) Бумага. 3) Резинка. 4) Карандаш.
Магнитные спектры, будут ли учащиеся их наблюдать на класс-
ной демонстрации или при лабораторной работе, должны быть
зарисованы учащимися в тетрадь.
Эта зарисовка отнюдь не должна представлять собой точную
передачу картины расположения всей массы опилок, как это обыч-
но стремятся сделать ♦ учащиеся; наоборот, зарисовка должна
передать лишь схему расположения силовых линий.
Чтобы получилась такая схема, необходимо ограничиться н е-
большим числом линий (примерно из каждого полюса прово-
дить 5—7 линий, не более) и располагать линии редко, с боль-
шими промежутками. Такое схематическое изображение магнит-
ного поля даётся учащимся с трудом. Из неправильностей, какие
обычно допускают учащиеся, надо отметить: 1) чрезмерное изоби-
лие линий, ненужная густота их; 2) неравномерное распределение
по всему рисунку; 3) проведение нескольких линий из одной точ-
ки; 4) взаимное пересечение линий; 5) слишком малый наклон ли-
ний к поверхности магнита; линии около магнита должны идти
почти под прямым углом к поверхности; 6) несимметричное рас-
32
положение линий в равнозначных местах; 7) резкий скачок между
направлениями двух соседних линий.
Далее приведено несколько образцов зарисовки, причём рядом
изображён и самый спектр; взято пять случаев:
1) магнитное поле между полюсами дугообразного магнита
(рис. 59 и 60);
Рис. 59—60. Магнитное поле между разноимёнными полюсами.
Рис. 61—62. Магнитное поле между тремя полюсами.
2) магнитное поле, образованное тремя полюсами, из которых
два одноимённых (рис. 61 и 62);
3) дугообразный магнит с якорем (рис. 63 и 64);
4) железное кольцо около полюсов дугообразного магнита
(рис. 65 и 66);
5) железное кольцо между одноимёнными полюсами (рис. 67
и 68).
3 Физический эксперимент, том IV
33
Рис. 63—64. Магнитное поле
подковообразного магнита с якорем.
Рис. 65—66. Магнитное
поле подковообразного магнита с кольцом.
Рис. 67—68. Магнитное поле с кольцом между одноимёнными полюсами.
34
Зарисовка магнитного поля пря-
мого магнита (рис. 69) позволяет
обратить внимание учащихся на два
факта: 1) силовые линии являются
замкнутыми; поэтому концы одной
и той же силовой линии, кончающиеся
на поверхности магнита, замыкаются
между собой внутри магнита; 2) сило-
вые линии внутри магнита идут от
южного полюса к северному.
Рис. 69. Магнитное поле внутри
прямого магнита.
5. Проектирование на экран магнитных спектров. 1) Набор стё-
кол с магнитами. 2) Опилки. 3) Проекционный фонарь для горизонтальной
проекции. 4) Источник тока для фонаря. 5) Провода.
Магнитные спектры представляют собой объект, чрезвычайно
подходящий для проектирования на экран. Единствен-
ное условие —это горизонтальная проекция (см. т. I,
§ 92). Если имеется возможность проектировать непрозрачные го-
ризонтальные картинки, то магнитные спектры получают на белом
картоне; если же фонарь позволяет дать прозрачную горизонталь-
ную проекцию, то магнитные спектры надо получить на стекле.
Отличие в этих случаях от опытов 3 и 4 заключается в том, что при
проектировании все магниты и предметы надо взять гораздо мень-
шего размера (примерно длина 3—4 см, ширина 0,5 см). Берутся
те же десять случаев магнитного поля, какие приведены в опыте 3.
В качестве кольца применяется железная шайбочка.
На тонкие стёкла от старых негативов (размером 9 см X 12 см
или 8 см X 10 см) магнитики должны быть приклеены. Для этого
можно синдетиконом приклеить к магниту полоску -бумаги (по
размеру магнита) и затем эту бумагу тем же клеем приклеить к
стеклу. Можно к магниту приклеить бумагу каким-либо иным со-
ставом (здесь пригодны многие вещества), а бумагу приклеить к
стеклу специальным клеем. Для изготовления клея берут 25 г
желатина, выдерживают его несколько часов в холодной ванне,
растворяют в 30 г кипятка, прибавляют 30 г гуммиарабика
в порошке и 20 капель глицерина; для предохранения от загни-
вания можно добавить несколько капель карболовой кислоты.
Можно, наконец, магнитики непосредственно приклеить к стеклу
с помощью специального клея. Дальше приведены два рецепта
такого клея.
1) В воде размочить четыре части столярного клея, излишек
воды слить и добавить при непрерывном слабом нагревании (в во-
дяной бане) одну часть глицерина (или патоки).
2) Приготовляют сиропообразный состав из четырёх частей
воды, одной части гуммиарабика и одной части сахара.
Чтобы отметить наименования полюсов, или делают надписи
на стекле (карандаш для стекла, см. т. I, гл. XX, 9), или при
подклеивании бумажной полоски под магнит ей придают форму
3*
35
стрелы (рис. 70). Чтобы бграничить поле зрения, края стекла можно
заклеить чёрной бумагой. Чтобы защитить приклеенные магнитики
от взаимного задевания при хранении, полезно стёкла поместить
в деревянные рамки.
Опилки необходимо брать более мелкие, чем при опыте 3, § 2.
Насыпать опилки можно на ту сторону стекла, где нет магнитов;
только в случае с кольцом надо насыпать там, где наклеено коль-
Рис. 70. Приборы для проектирования магнитных спек-
тров.
цо. Перед каждой демонстрацией надо все магнитики вновь намаг-
нитить натиранием.
На рисунке 70 изображён набор из восьми стёкол с магнитами.
6. Закрепление магнитных спектров. Иногда нужно сохранить
хорошо полученный магнитный спектр или приготовить диапозити-
вы магнитных спектров.
С этой целью стекло покрывают тонким прозрачным слоем ка-
кого-либо вещества, легко плавящегося при слабом нагревании.
Таким веществом могут быть желатин, парафин, канифоль. Для
покрытия стекла ровным слоем вещества стекло осторожно нагре-
вают; при горизонтальном его положении кладут кусок вещества
и после его обращения в жидкость наклоном стекла во все стороны
заливают жидкостью всё стекло; затем его приводят в вертикальное
положение и тем самым сливают излишек жидкости; в горизонталь-
ном положении оставляют стекло до застывания вещества.
Стекло, покрытое желатином, можно получить из фотографи-
ческой пластинки, если с помощью гипосульфита удалить всё се-
ребро.
На стекле с застывшим слоем получают обычным путём тот или
иной магнитный спектр, добиваясь наиболее отчётливой картины;
затем осторожно нагревают стекло, сохраняя горизонтальное на-
правление, до размягчения вещества, когда опилки прилипнут к
размягчённому слою; нагревать до полного плавления не следует
во избежание потоков жидкости; в горизонтальном же положении
оставляют стекло до отвердения слоя с опилками.
Для закрепления магнитного спектра удобно применить пара-
финированную, бумагу. После получения на ней магнитного спектра
36
надо подержать над бумагой горячий массивный предмет, напри-
мер утюг; можно сделать тампон из ваты на проволоке и пропитать
его спиртом; тампон с горящим спиртом надо подвигать взад и впе-
рёд над бумагой до размягчения парафина.
Можно закрепить спектр на картоне, покрыв его из пульвери-
затора слоем фиксажа для рисунков; этот фиксаж представляет
собой слабый раствор гуммилака (или шеллака) в винном спирте.
Наконец, наиболее простым способом следует признать непо-
средственное фотографирование магнитного спектра на
фотографической бумаге. Для этого берут наименее светочувстви-
тельную бумагу (плёнку или пластинку), в тёмной комнате при
красном свете получают на бумаге магнитный спектр и, не сдвигая
его, освещают бумагу на короткое время (в зависимости от её
чувствительности); затем стряхивают опилки, а бумагу проявляют
и фиксируют обычным путём. Способ этот обладает двумя недостат-
ками. Во-первых, мельчайшие опилки врезаются в слой желатина,
остаются в нём после стряхивания и затем создают ржавые пятна.
Во-вторых, вследствие гладкости слоя опилки свободно стягивают-
ся к полюсам и образуют около них плешины.
7. Равновесие нескольких свободно плавающих магнитов. 1) Не-
сколько пробок с намагниченными швейными иголками. 2) Стеклянная чаш-
ка с водой. 3) Полосовой магнит.
Берут шесть корковых небольших пробок и шесть больших (што
пальных) иголок. Пробки покрывают парафином путём погруже
ния в расплавленный парафин,
а иголки намагничивают натира-
нием так, чтобы острые концы
оказались намагниченными одно-
имённо.
Иголки единообразно вты-
кают в пробки почти до самого
ушка и затем в чашке с во-
дой пускают плавать сперва
три магнитика, потом прибав-
ляют четвёртый, пятый, шестой
(рис. 71). Каждый раз магнити-
ки располагаются по вершинам
соответствующего правильного
многоугольника (рис. 71).
Если насильно изменить рас-
положение магнитиков, то оно
само собой восстанавливается;
Рис. 71. Равновесие плавающих маг-
при этом сближению магнитиков нитов.
препятствуют силы отталкива-
ния между верхними одноимёнными полюсами; удалению мешают
силы притяжения между разноимёнными полюсами (верхним и
нижним) двух соседних магнитиков.
37
При изменении числа магнитиков они из одной фигуры пере-
страиваются в другую.
Если сверху подносить к центру фигуры, образованной магни-
тиками, одноимённый (с полюсами на ушках) полюс полосового
магнита, то размеры фигуры увеличиваются; если подносить раз-
ноимённый, то размеры уменьшаются.
§ 3. Земной магнетизм
1. Земля является магнитом. 1) Компас. 2) Магнитная стрелка.
3) Стержень мягкого железа. 4) Деревянный молоток (киянка).
Во-первых, учащимся надо показать, что магнитная стрелка,
подвешенный или плавающий магнит (рис. 9 и 10), при отсутствии
влияния со стороны других магнитов устанавливается в опре-
деленном направлении
верным концом указывает на север
в данном месте земли и се-
(в северном полушарии).
Во-вторых, надо продемон-
стрировать компас обыч-
ного типа (рис. 72). На этом
д<е рисунке внизу изображён
отдельно механизм арре-
тира у компаса. Арретир
состоит из ломаного рычага
АВС. согнутого в точке В;
Рис. 73. Магнитная стрелка с указа-
телем.
Рис. 72. Компас.
вилкой С рычаг охватывает остриё, на котором надета стрелка.
Тонкий конец А просунут в круглую дырочку, проделанную в боко-
вой стенке коробочки компаса; внутри коробочки на конец А на-
жимает подвижной клин О, который передвигается с помощью
штифтика Е, выходящего наружу через прорез в стенке; при
сдвиге клина налево до отказа конец рычага А опускается, а конец
С поднимается, в свою очередь поднимает стрелку над- остриём и
прижимает её к стеклу.
В более точных компасах делают стрелки более длинными и,
если этого сделать нельзя, то короткие магниты снабжают немаг-
нитными (алюминиевыми) длинными указателями (рис. 73).
Полезно показать учащимся картушку (т. е. вращающуюся
часть с магнитиками) от морского или авиационного компаса
(рис. 74). Картушка сделана из целлулоида в виде цилиндрической
38
коробочки и снабжена двумя параллельными магнитами А и В;
в центре имеется остриё С, которым картушка опирается на углубле-
ние в стойке D компаса; полушар с остриём окружён стенками ЕЕ,
которые не позволяют картушке соскочить с опоры в сторону.
На рисунке 75 изображена модель компаса с картушкой, укреп-
лённого на кардановом подвесе (см. т. II) с той целью, чтобы
картушка постоянно оставалась в горизонтальной плоскости, неза-
висимо от направления в пространстве подставки компаса.
Всякая магнитная стрелка, находящаяся около земной поверх-
ности, подвергается влиянию земного магнитного поля; поэтому,
когда мы действуем на магнитную стрелку вторым магнитным по-
лем, создаваемым магнитом или током, то стрелка устанавливается
по направлению равнодействую-
щей двух сил, возникающих от дейст-
вия двух полей; чтобы уменьшить влия-
ние земного поля,
сильные магнитные
следует
поля, по
применять ,
сравнению
Рис. 74. Картушка компаса. Рис. 75. Компас на кардановом
подвесе.
с которыми влияние Земли стушёвывается, или же приходится
применять астатическую стрелку; так называется комбина-
ция двух одинаковых магнитиков, расположенных параллельно
друг другу разноимёнными полюсами в одну сторону. Чтобы на-
блюдать влияние внешнего поля на астатическую стрелку, надо
подвергнуть действию поля преимущественно только одну из двух
стрелок; так поступают в гальванометрах (см. т. III).
В-третьих, надо показать намагничивание железного стержня
вследствие индукции под влиянием Земли. Для этого опыта’
пригоден далеко не всякий железный стержень. В данном случае
играет главную роль химический состав стержня; для опыта
нужно почти химически чистое железо, только при этом условии
39
получается стержень с малой задерживающей (коэрцитив-
ной) силой, как это требуется для опыта. Стержень должен быть
отожжён, т. е. после накаливания в печи охлаждён очень
медленно, в течение нескольких часов, например оставлен в печи
в золе до её полного охлаждения. Так как обыкновенно прихо-
дится выбирать из имеющихся готовых стержней, то следует пере-
пробовать их все и оставить для данного опыта тот стержень, с
каким опыт удаётся лучше всего.
Самый опыт заключается в следующем: поставив на стол маг-
нитную стрелку, подносят к ней сверху нижний конец стержня
(рис. 76), держа его по возможности по направлению силовой ли-
нии земного магнитного поля (т. е. в плоскости меридиана под
углом 60—70° к горизонту); чтобы стержень скорее и сильнее на-
магнитился под влиянием Земли, надо по верхнему концу стержня
ударить несколько раз деревянным молотком. Чтобы два конца
стержня можно было чётко отличить друг от друга, надо на одном
конце или привязать кусочек цветной тесёмки, или наклеить по-
лоску цветной бумаги. Нижний конец стержня как ближай-
ший к северному географическому (т. е. к южному магнитному)
40
полюсу Земли вследствие индукции намагнитится и станет с е-
верным полюсом; поэтому к нему притянется южный полюс
магнитной стрелки.
Затем, оставляя нижний конец стержня на том же месте около*
стрелки, переводим верхний (отмеченный) конец вниз, так что из
верхнего этот конец станет нижним и потому из южного перемагни-
тится в северный полюс; вместе с этим конец стержня, находящийся
около стрелки, перемагнитится в южный; поэтому магнитная стрел-
ка перевернётся и направится к стержню теперь северным
полюсом (рис. 77). При вторичном намагничении стержня так же
надо ударять по нему молотком. Таким образом, один и тот же
конец стержня становится то северным, то южным полюсом,
смотря по тому, является ли этот конец нижним (рис. 76) или
верхним (рис. 77).
Если стержень из первого положения перевести в третье, ос-
тавляя отмеченный конец наверху, то этот конец попрежнему ос-
танется южным полюсом, и к нему стрелка повернётся северным
полюсом (рис. 78). Переход из первого положения в третье будет
одинаков как для железного стержня, намагниченного
Землёй, так и для постоянного магнита, расположенного се-
верным полюсом вниз в первом положении; но переход из первого
положения во второе для постоянного магнита даст совсем иное
явление- — магнитная стрелка не перевернётся.
В-четвёртых, можно железный стержень почти совсем размаг-
нитить, если его направить в плоскости меридиана под прямым
углом к силовой линии земного магнитного поля и ударять дере-
вянным молотком.
2. Магнитное склонение. 1) Буссоль с диоптрами. 2) Метка, указы-
вающая географический меридиан.
В каждой точке А земной поверхности полная напряжённость /(
земного магнетизма имеет вполне определённое направление
(рис. 79). В вертикальной плоскости, проведённой через направ-
ление силы К, раскладывают эту силу по правилу параллелограма
на две составляющие: горизонтальную Н (или горизон-
тальную напряжённость) и вертикальную V (или вер-
тикальную напряжённость). Направление горизонтальной состав-
ляющей напряжённости называют магнитным меридиа-
ном. В каждой точке А имеется свой географический
меридиан. Угол между географическим и магнитным меридианами
носит название магнитного склонения D. Различают
склонения восточное (когда северный полюс магнитной стрелки от-
клонён от географического меридиана к востоку) и западное (во-
сточное отмечают буквой Е или знаком плюс, западное — буквой
W или знаком минус). В большинстве мест Европейской части
Союза восточное склонение имеет небольшую величину (от О
до 10°), возрастая по направлению на северо-восток (в Москве
около 8°Е).
41
Как видно из определения склонения, для его измерения необ-
ходимо знать направление географического меридиана. Меридиан
этот находят из астрономических наблюдений над звёз-
дами (полярной звездой) или Солнцем, причём надо знать точное
время. Положение географического меридиана в данном месте
фиксируют с помощью постоянной неподвижной метки, называемой
мирой; такой меткой может служить любой ясный неподвижный
знак на каком-либо здании. Азимут этой миры относительно гео-
графического меридиана определяют заранее и пользуются значе-
нием азимута для установки приборов в плоскости меридиана.
При этом все измерения надо произ-
Рис. 79. Разложение на составляющие полной Рис. 80. Буссоль с диоптрами,
напряжённости земного магнетизма.
В школьной практике для определения магнитного склонения
можно применить буссоль (рис. 80) с двумя диоптрами А (со щелью)
и В (с нитью) и с более или менее длинной магнитной стрелкой
(или с длинным указателем у стрелки, рис. 73). Способ измерения
остаётся прежним; только установка на миру производится по ди-
оптрам, которые совпадают с нулевым диаметром круга;- направле-
ние стрелки отсчитывается по положению её концов (или чёрточек
на этих концах) относительно делений круга.
3. Магнитное наклонение. Инклинатор.
Магнитным наклонением называется угол (рис. 79)
между направлением полной напряжённости К и горизонтальной
плоскостью. Угол отсчитывается по направлению на север и потому
в северном полушарии этот угол направлен вниз под горизонт;
такое наклонение называют северным. Для определения наклоне-
ния надо иметь особый прибор — инклинатор, снабжённый
магнитной стрелкой с горизонтальной осью. Простейшие виды ин-
клинатора изображены на рисунках 6 и 15.
42
Чтобы найти наклонение, надо прежде всего установить плос-
кость стрелки так, чтобы она совпала с плоскостью магнитного ме-
ридиана; с этой целью весь прибор приводят в такое положение,
когда магнитная стрелка принимает отвесное направление:
это будет только при условии, если плоскость стрелки образует
прямой угол с магнитным меридианом; тогда ось вращения
стрелки направлена вдоль горизонтальной слагающей, и потому
её действие уничтожается сопротивлением оси, а под влиянием од-
ной вертикальной слагающей стрелка примет отвесное направление.
Затем прибор поворачивают на 90° и таким путём приводят плос-
кость стрелки в плоскость магнитного меридиана.
Угол отклонения северного конца стрелки от горизонтального
направления даёт величину магнитного наклонения.
В Европейской части Союза северное наклонение меняется в
пределах от 60 до 75°, увеличиваясь по направлению от юга к се-
веру (в Москве около 70° N).
4. Горизонтальная составляющая напряжённости. Для опре-
деления горизонтальной составляющей напряжённости в средней
школе применяются упрощённые приёмы, предложенные Грим-
зелем. Эти способы изложены вместе с остальными магнитными
измерениями в § 4.
В пределах Европейской части Союза горизонтальная состав-
ляющая напряжённости изменяется от 0,25 до 0,125 эрстеда, умень-
шаясь от юга к северу; в Москве она около 0,18 эрстеда.
5. Магнитные карты. Стенные карты или диапозитивы.
Чтобы ясно представить полную картину магнитного поля
Земли, надо иметь или стенные таблицы, или, что проще и зна-
чительно дешевле, диапозитивы, изображающие силовые и дру-
гие линии магнитного поля Земли. К таким изображениям отно-
сятся:
1) Расположение силовых линий вокруг земного шара; на этой
карте ясно видны направление полной напряжённости в разных
местах Земли и соответствующие углы наклонения.
2) Карта изогон, т. е. линий равного магнитного склоне-
ния. При рассмотрении карты изогон надо обратить внимание на
расположение нулевого магнитного меридиана, отделяющего об-
ласть с восточным склонением от области с западным, на четыре
точки схождения всех изогон, именно два географических
и два магнитных полюса, и на причины такого расположения изо-
гон.
3) Карта изоклин, т. е. линий равного наклонения. На
этой карте надо обратить внимание на положение магнитного э к-
в а т о р а (т. е. линии нулевого наклонения), где магнитная стрел-
ка располагается горизонтально; на магнитных полюсах стрелка
устанавливается отвесно.
43
§ 4. Магнитные измерения
1. Закон Кулона. 1) Особый прибор для измерения силы взаимодействия
магнитов. 2) Три-четыре одинаковых магнита. 3) Весы. 4) Разновес. 5) Де-
ревянные бруски.
При демонстрации закона Кулона Приходится измерять силу
взаимодействия между двумя полюсами. В зависимости
от способа измерения этой силы применяемый прибор имеет ту или
иную .конструкцию.
1-й случай. Кулон впервые ввёл в практику крутиль-
ные весы. Прибор Кулона изображён на рисунке 81.
2-й случай. В дальнейшем крутильные весы Кулона при-
обрели более совершенную кон-
Рис. 81. Весы, которыми пользовался
Кулон.
струкцию (рис. 82). В весах
Кулона применяется несколько
одинаковых магнитов в форме
спиц. Один из них подвеши-
вается горизонтально на нити.
Другой укрепляется неподвижно
в вертикальном положении. Под-
вешенный магнит под влиянием
второго магнита поворачивается
на некоторый угол; чтобы вер-
нуть магнит в прежнее положе-
ние равновесия, надо головку
прибора, где укреплен верхний
конец нити, повернуть в
сторону, обратную вращению
магнита; при таком повороте
приходится закручивать
нить; угол поворота и будет из-
мерять силу кручения
нити, а следовательно, и равную ей силу взаимодействия магнитов..
Заменяя один неподвижный магнит двумя, тремя и меняя рас-
стояние до подвижного, можно проследить зависимость силы вза-
имодействия от магнитных полюсов и от расстояния.
3-й случай. Оба магнита устанавливаются вертикально,
один (Л) неподвижно, а другой (В) вешается на спиральной пру-
жине (рис. 83); чтобы уничтожить влияние веса магнита, он урав-
новешен противовесом D с помощью шнурка, перекинутого через
два блока. Сила притяжения измеряется растяжением пружины С.
Пружину можно заменить грузом, положенным на чашку Е; чашка
при посредстве двух блоков соединяется шнурком с магнитом В.
4-й случай. Оба магнита располагаются горизонтально
(рис. 84); подвижный кладётся на чашку весов; на другую чашку
кладётся груз, уравновешивающий вес магнита и силу взаимодей-
ствия. Неподвижный магнит помещается на разной высоте с по-
мощью деревянных брусочков.
44
Рис. 82. Весы Кулона новейшей
конструкции.
Рис. 83. Измерение силы взаимного
притяжения двух магнитов.
Рис. 84. Взаимодействие двух горизонтальных магнитов.
45
5-й с л у ч а й. Подвижный магнит подвешивается вертикально
к коромыслу весов; вместо чашки неподвижный укрепляется го-
ризонтально при помощи стойки (рис. 85).
2*. Определение количества магнетизма. 1) Два одинаковых магни-
та. 2) Весы. 3) Разновес. 4) Деревянные брусочки. 5) Миллиметровая ли-
нейка. 6) Магнитные весы. 7) Рейтеры. 8) Три намагниченные одинаковые
спицы. 9) Стойка с ползунком. 10) Стойка с вертикальной зеркальной шкалой.
Самый простой способ такого измерения, предназначенный для
классной демонстрации, был описан выше (опыт 2, 4-й случай).
Получив равновесие, измеряют деревянной или картонной мас-
штабной линейкой расстояние г между взаимодействующими по-
люсами (между серединами поперечных сечений магнитов) и опре-
деляют груз Р, уравновешивающий только силу взаимодействия;
считая полюсы двух магнитов равными, вычисляют величину од-
ного полюса по формуле закона Кулона:
т = гУр. |
Груз Р надо выразить в динах.
46
Коромысло магнитных весов состоит из короткой ла-
тунной трубочки с поперечной тонкой осью, опирающейся на стой-
ку (рис. 86); с одной стороны (на рисунке слева) к трубочке припаян
латунный стержень, разделённый на 20 (считая от оси) равных ча-
стей для навешивания рейтеров; с другой стороны в трубочку встав-
ляется стальная намагниченная спица; коромысло снабжено стрел-
кой, направленной вниз, и наверху вертикальным стерженьком
с подвижной гайкой для изменения чувствительности весов. Под
действием одного земного магнитного поля коромысло весов вме-
сте со спицей должно в состоянии равновесия занимать гори-
зонтальное' положе-
ние; если этого нет, то для
достижения горизонталь- Л
ности на коромысло веша- Е I
ют рейтер. Над свободным Е
концом спицы помещают Ецг-ii г
одноимённый полюс второй _____ I Е
спицы, укреплённой гори- n 5S?? |
зонтально в муфте, переме- z
щающейся вдоль верти- z |
кальной стойки. Коромысло и
весов, выведенное взаимо- ______________
действием полюсов из со-
стояния равновесия, снова
возвращают в горизонталь- ........... • ~
ное положение навешива-
нием рейтеров. Рас- Рис. 86. Магнитные весы Гримзеля.
стояние между полюсами
(в пределах от 6 до 15 см) измеряют с помощью вертикаль-
ной зеркальной шкалы.
Рейтеры всего удобнее сделать весом в 20 дин и кратными этому
числу (не более 100); рейтер в 20 дин, помещённый на крайнее (ле-
вое на рисунке) 20-е деление (находящееся от оси на таком же рас-
стоянии, как и полюс спицы), даёт силу в 20 дин, на 19-м делении
принимается в расчёт в размере 19 дин, на 5-м делении —в раз-
мере 5 дин и т. д.
Все применяемые спицы (не менее трёх) должны быть одинаковы
по размерам, по материалу (взяты из одного продажного пучка)
и одинаково намагничены; для этого их. намагничивают вместе од-
новременно одним и тем же током.
На рисунке 87 изображены магнитные весы упрощённой
конструкции, допускающей самодельное изготовление. Зеркаль-
ная шкала заменяется полоской зеркала (3 см X 12 см), на кото-
рую наклеена полоска миллиметровой бумаги. Рейтеры делаются
из алюминиевой проволоки. Тяжёлое основание стойки для
неподвижного магнита отливается из олова, свинца, баббита,
гарта й т. п.
Порядок работы: 1) Установить коромысло весов го-
47
ризонтально с помощью рейтера и заметить по шкале положение
коромысла.
2) Поднести полюс неподвижного магнита (на расстоянии 6—
10 см), располагая оба магнита в одной плоскости, заметить по шка-
ле положение магнита.
3) Вернуть коромысло в начальные положения равновесия, на-
вешивая на коромысло рейтеры.
Рис. 87. Магнйтные весы упрощённой конструкции.
4) Подсчитать силу, производимую рейтерами в зависимости
ют их положения на шкале.
5) Записать найденные числовые значения по схеме:
№ магнитов Положение на шкале Расстояние г Рейтеры и деления Сила F
коромыс- ла магнита
6) Опыт проделать три раза, применяя три магнита (1, 2 и 3)
в виде трёх пар:
(1 и 2), (2 и 3) и (3 и 1).
Расчёт ведётся следующим образом: для трёх наблюдений бу-
дем иметь согласно формуле закона Кулона три равенства:
Р ___ • р ____ ^2*^8 . р
3 ~’ _2 ’ 1 -2 ’ 2
г3 Г1
^3-П21 .
г2
г2
из этих трёх равенств находим:
= F3 • г’; m2m3 = Fx • г*; т3тг = F2 г*-
Перемножение всех трёх равенств даёт:
тхт3т3 ^VFeVF.-VF,
48
Деля произведение трёх т на произведение двух, найдём любое т9
например: ___________________________
=------TF=-------’
V Р\ • Г1
По этой формуле вычисляется искомая величина количества магне-
тизма в абсолютных электромагнитных единицах (по системе CGS),
если силу F выражать в динах, расстояние г —в сантиметрах. Раз-
мерность единицы количества магнетизма:
[т] = Ь^2М^2Т~\
3. Определение горизонтальной составляющей. 1) Односторонняя
магнитная стрелка. 2) Три одинаковые намагниченные стальные спицы.
3) Стойка с подвижной муфтой. 4) Прямоугольный кусок зеркала с начер-
ченными на нём линиями.
Устройство односторонней стрелки было, описано раньше
(рис. 12, 5). В данном случае она составляется из магнита (спицы)
и медной проволоки; они подбираются так, чтобы под действием од-
ного земного магнитного поля стрелка сохраняла горизон-
тальное направление.
На зеркале (рис. 88) нанесён ряд продольных параллельных
прямых и вдоль одного края —одна поперечная под прямым углом
к параллелям; кроме того,
имеется шкала, параллель-
ная продольным линиям.
Во время наблюдений зер-
кало должно лежать так,
чтобы все продольные ли-
нии и шкала были парал-
лельны магнитному мери-
диану; тогда поперечная
(единственная) линия будет
перпендикулярна к магнит-
ному меридиану.
Упрощённая само-
дельная конструкция при- Рис. 88. Определение, горизонтальной состав-
бора Гримзеля изображена ляющей по гримзелю.
на рисунке 89. Упрощение
заключается в замене зеркала листом белого картона (20 см X
ХЗО см), на котором начерчены три продольные линии и одна
поперечная; около края (левого ца рисунке) наклеена в качестве
шкалы полоска миллиметровой бумаги параллельно трём продоль-
ным линиям; под концы магнитов при установках кладётся полоска
зеркала (4 см х 25 см) для устранения ошибки на параллакс.
Стойка для магнита взята от магнитных весов. 4
4 Физический эксперимент, том IV
49
Порядок работы: 1) Поставить магнитную стрелку
на стол так, чтобы стрелка в углу зеркала, где проходит попереч-
ная линия, расположилась как раз над одной из продольных парал-
лельных прямых.
2) Укрепив второй магнит на стойке на такой же высоте (над
столом), на которой находится стрелка, поднести к свободному по-
люсу стрелки одноимённый полюс магнита с такой стороны, чтобы
он отталкивал стрелку в сторону шкалы, и продолжать это оттал-
кивание до тех пор, пока стрелка не встанет вдоль поперечной ли-
нии, т. е. под прямым углом к магнитному меридиану; при
Рис. 89. Прибор Гримзеля упрощённой конструкции.
этом магнит должен располагаться параллельно стрелке, на од-
ной высоте с ней.
3) С помощью зеркальной шкалы найти положения концов»
стрелки и магнита и вычислить расстояние г между ними.
Расчёт ведётся следующим образом: обозначим количество
магнетизма полюса магнита (неподвижного) через mlt расстояние
между полюсами через гг; напряжённость, создаваемая неподвиж-
ным магнитом в месте нахождения полюса стрелки, будет:
Так как магнит действует на полюс стрелки по направлению
магнитного меридиана и стрелка находится в равновесии, то го-
ризонтальная составляющая напряжённости Н земного магнетиз-
ма должна равняться напряжённости Н19 созданной магнитом,
т. е. искомая напряжённость
И =-^i
2
Расстояние гг (и только оно одно) измеряется в данной работе. Ко-
личество магнетизма определяется с помощью магнитных весов
(работа 3).
Можно поступить несколько иначе. Переменив места неподвиж-
ной и подвижной спиц и снова найдя новое расстояние г2, получим
для искомой напряжённости второе равенство:
н =
,2
50
Присоединяем сюда ещё третье уравнение из работы 3, опреде-
ляющее произведение т1 т2:
=F3-rl.
Обозначим правую часть последнего равенства буквой Q; для опре-
деления произведения т1 т2 в работе 3 достаточно произвести толь-
ко одно наблюдение.
Итак, имеем три уравнения:
н=^-, н = ^-, mim2 = Q.
г2
Произведение первых двух уравнений даёт:
Отсюда имеем:
1. Свойства магнитных тел. Все вещества по своим магнитным
свойствам делятся на две группы: на вещества парамагнит-
ные и диамагнитные; ко второй группе относится боль-
шинство тел.
Примеры парамагнитных тел:
Железо Осьмий Кислород
Никель Марганец Хлор
Кобальт Алюминий Жидкий воздух
Хром Церий Турмалин
Палладий Титан Кронглас
Платина Хлорное железо Асбест
Примеры диамагнитных тел:
Висмут Золото Оливковое масло
Сурьма Родий Сахар
Цинк Натрий Кожа
Олово Иридий Резина
Свинец Ртуть Окись углерода
Кадмий Фосфор Углекислый газ
Медь Сера Светильный газ
Вольфрам Вода Азот
Серебро Спирт Водород
Уран Эфир Хлор
Из парамагнитных тел три первых вещества—железо, никель
и кобальт — обладают очень сильно выраженными магнит-
ными свойствами, в несравненно большей степени, чем'все осталь-
4*
51
пые; эти три тела выделены в особую группу тел, названных фер-
ромагнитными (от латинского слова ferrum —железо).
Некоторые сплавы обладают почти такими же свойствами, как
и железо, хотя составлены они из слабо магнитных тел, например,
состав: 24% марганца, 15% алюминия и 61 % меди (сплав Гейс-
лера) или 30% олова, 20% марганца и 50% меди. Известны так-
же сплавы, по магнитным свойствам превосходящие железо, на-
пример: пермаллой (78% никеля, 21% железа* 1% приходится
на кобальт, марганец и медь), перминвар (45% никеля, 25% кобаль-
та и 30% железа), сплав Мишима (63 % железа, 25% никеля, 12%
Рис. 90—91. Магнитная про-
ницаемость пара-и диамагнит-
ных тел.
Рис. 92—93. Положение стерженька меж-
ду полюсами магнита.
алюминия), альнико (51 % железа, 24% кобальта, 14% никеля,
8% алюминия, 3% меди).
Чтобы дать представление об отличии парамагнитных тел от
диамагнитных, надо указать следующие три свойства:
1) По сравнению с воздухом парамагнитные тела обладают
большей магнитной проницаемостью, а диамагнитные —
меньшей; поэтому, если в магнитное поле в воздухе поместить па-
рамагнитное тело, то через него пройдут силовые линии в боль-
шем числе, чем они шли по воздуху (рис. 90); если же поме-
стить диамагнитное тело, то через него прейдут силовые линии
в меньшем числе, чем по воздуху (рис. 91).
2) Лёгкое подвешенное на нити тело из парамагнитного веще-
ства притягивается полюсом магнита, из диамагнитного—
отталкивается, т. е. парамагнитное тело стремится дви-
гаться так, чтобы перейти в место магнитного поля с более густым
52
расположением линий, с большей напряжённостью, а диамагнит-
ное — в место с более редкими линиями.
3) Небольшой стерженёк, висящий на нити и помещённый между
полюсами магнита, располагается вдоль силовых линий, если он
сделан из парамагнитного вещества (рис. 92), и под прямым углом
к силовым линиям, если он сделан из диамагнитного вещества,
(рис. 93).
Демонстрация опытов с пара- и диамагнитными телами встре-
чает то затруднение, что у всех веществ (кроме группы ферромаг-
нитных) магнитные свойства выражены крайне слабо; что-
бы понять, в какой мере сказываются магнитные свойства, далее
приведены числовые значения магнитной проницаемости для не-
которых веществ (проницаемость воздуха принята за 1):
Железо десятки тысяч Висмут 0,99983
Никель до тысячи Сурьма 0,99992
Кобальт » сотни Серебро 0,99997
Марганец 1,00098 Медь 0,99999
Алюминий 1,00024 Сера 0,99999
Хлорное железо (раствор, уд. вес 1,5) 1,00075 Вода 0,99999
Чтобы обнаружить на опыте весьма слабые магнитные свойства
пара- и диамагнитных тел, приходится выбрать один из двух путей:
первый заключается в применении
крайне сильных магнитных по-
лей и весьма мощных электромагни-
тов, дающих при 40000 ампервитков
магнитное поле более 30 000 эрстедов
при мощности до 4 квт\ кроме того,
расстояние между полюсами доводят
до 1 миллиметра при площади попе-
речного сечения полюсных наконеч-
ников в 30 мм2. Электромагниты та-
кой мощности для школы в большин-
стве случаев недоступны.
Для школы остаётся выбрать вто-
рой путь: уменьшить, насколько воз-
можно, размеры магнитных тел и
опыты спроектировать на экран.
В таком случае и сам электромагнит
может иметь сравнительно небольшие
размеры. Электромагнит изображён
(в х/3 натуральной величины) на рисун-
ке 94. При токе от аккумулятора в 4 а
подъёмная сила достигает 25 кГ.
Рис. 94. Магнит Вейнгольда.
53,
2. Опыты ПО пара-И диамагнетизму. 1) Электромагнит. 2) Стойка
для подвешивания тел. 3) Полюсные наконечники (башмаки). 4) Набор па-
ра-и диамагнитных тел. 5) Источник постоянного тока (аккумуляторы).
6) Рубильник. 7) Проекционный фонарь. 8) Источник тока для фонаря.
9) Провода.
Для опытов по магнетизму на полюсы электромагнита кладутся
башмаки из мягкого железа особой формы (рис. 95, половина нату-
ральной величины); с одной стороны башмаки оканчиваются кону-
сами (на рисунке слева), с другой—усечённой четырехугольной
пирамидой с квадратным сече-
нием на конце, размером 8 мм X
X 8 мм.
Для опытов нужен следую-
щий набор: доска, надевающаяся
на полюсы магнита, со стойкой
для подвешивания на нити изу-
чаемых тел; коконовая нить (для
уничтожения кручения на ней
заранее вешается грузик); стер-
женьки (длиной в 10—15 мм,
Рис. 95. Башмак к магни-
ту Вейнгольда.
Рис. 96. Подвешивание стерженька
между полюсами.
толщиной в 1,5—2 мм) из железа, никеля, меди, дерева, турма-
лина, висмута, коричневого бутылочного стекла, кристалл исланд-
ского шпата, шарик из висмута, стеклянная трубочка для рас-
Рис. 97—98. Магнитность жидкостей.
твора хлорного железа; стеклянная кубическая коробочка (с реб-
ром в 14 мм). Висмут не должен содержать железа, хотя можно
применить и обыкновенный висмут; если он имеется в мелких
кусочках, то в расплавленном виде наполняют им стеклянную
54
трубочку и получают при застывании стерженёк. Если стержень-
ки и трубочка не имеют приспособлений (дырочки или крючки)
для привязывания нити, то нить приклеивают шеллаком, нагре-
вая стерженьки. Стеклянная коробочка склеивается шеллаком из
четырёх покровных стёклышек, приклеенных к более толстому
основанию.
При опытах электромагнит помещается между конденсором и
объективом проекционного фонаря.
Опыт 1. Стерженьки подвешиваются на нити между кону-
сообразными концами башмаков; чтобы видно было, как установит-
ся стерженёк, надо до
пропускания тока ма-
гнитные тела распо-
лагать под углом в
90 к тому направле-
нию, какое стерженёк
должен принять в
магнитном поле; при
таком условии при
включении тока будет
ясно заметен поворот
стерженька.
Опыт 2. Стек-
лянная трубочка (с
просветом в 2 мм и
длиной в 12 мм), за-
паянная на одном кон-
це и с отверстием в
1 мм на другом, под-
вешивается между
полюсами в попе-
речном положе-
нии; при включении
тока она не меняет
своего положения или
только чуть сдвигает-
ся; затем, выключив
токл трубочку (с по-
мощью пипетки с от-
тянутым концом) наполняют раствором в воде хлорного железа
(4 г хлорного железа FeCl3 на 3 г воды); при включении т;ока
теперь трубочка повёртывается в продольное положение.
Опыт 3. Стерженёк из бутылочного, содержащего железо,
стекла подвешивается в стеклянной коробочке между полюсами
(рис. 96) под углом в 45° к прямой, их соединяющей; при включе-
нии тока стерженёк устанавливается в продольном направ-
лении; затем после прекращения тока сосудик наполняется раство-
ром хлорного железа (для прозрачности его полезно профильтро-
55
вать); после включения тока стерженёк, будучи окружён более
сильным парамагнитным веществом, ведёт себя как диамагнитное
тело и устанавливается поперёк силовых линий (рис. 96).
Опыт 4. На башмаки, обращённые пирамидальными кон-
цами друг к другу (рис. 97), кладётся сверху тонкое плоское (или
часовое) стёклышко; на него пипеткой наносится несколько капель
раствора хлорного железа; затем раствор размазывается концом
пипетки в слой (толщиной в 1 мм); при включении тока слой при-
обретает вследствие притяжения к концам башмаков два вздутия
(рис. 97); опыт удаётся лучше при очень сближенных полюсах —
до расстояния в 2 мм; чтобы башмаки не сошлись вплотную, между
ними прокладывается слой дерева. Диамагнитная жидкость обра-
зует вследствие отталкивания от полюсов три вздутия
(рис. 98).
Опыт 5. Помещая между полюсами одно (узкое) колено со-
общающихся сосудов с жидкостью (рис. 99), увидим, что уровень
парамагнитной жидкости между полюсами вследствие притяжения
будет подниматься, диамагнитной — опускаться.
Опыт 6. Пламя свечки является диамагнитным и потому о т-
талкивается от полюсов магнита (рис. 100).
ГЛАВА ВТОРАЯ
ЭЛ ЕКТРОМАГН ЕТИЗМ
§ 6» Мнемонические правила по электромагнетизму
1. Правила для определения направления отклонения магнит-
ной стрелки прямым током
1) Правило Ампера. Если' представить себе человека, плыву-
щего по направлению тока (причём лицо человека обращено к маг-
нитной стрелке), то северный полюс стрелки отклонится в сторону
левой руки или южный —в сторону правой.
2) Правило правой руки. Если положить правую руку ладонью
Рис. 101—102. Правило правой руки.
на проводник так, чтобы ток тёк по направлению от ладони
к концам пальцев, то северный полюс стрелки отклонится
в сторону большого пальца, отведённого от других пальцев
(рис. 101—102).
57
2. Правила для определения направления силовых линий пря-
мого тока
1) Условные обозначения направления тока на поперечном се-
чении проводника. Если представить себе стрелу с оперением,
лежащую внутри проводника и расположенную по направлению
тока, то наблюдатель видит оперение стрелы (х), когда ток течёт
от него, и остриё (•), когда ток течёт к наблюдателю (рис. ЮЗ)1.
Рис. 103. Условные обозначения тока на попереч-
ном сечении проводника.
Рис. 104. Правило часовой
стрелки для определения на-
правления силовых линий по
направлению тока.
2) Правило часовой стрелки. Если ток течёт от наблюдателя
(х), то магнитные силовые линии прямого тока имеют направле-
ние движения часовой стрелки. Если ток течёт к наблюдателю (•),
то силовые линии направлены против движения часовой стрелки
(рис. 104).
3) Правило штопора или винта. Если вращать винт с правой
резьбой или штопор так, чтобы они в своём поступательном дви-
Рис. 105. Правило штопора и винта. Рис. 106. Правило охвата правой
рукой.
женин перемещались в направлении прямого тока, то направление
вращения покажет направление магнитных силовых линий (рис. 105).
4) Правило охвата рукой. Если правой рукой охватить провод,
расположив большой палец по направлению тока, то пальцы ука-
жут направление силовых линий (рис. 106).
1 Настоятельно рекомендуем крест изображать наклонным, а не прямым
во избежание путаницы с обозначением положительного полюса источника тока.
58
5) Модель для определения направления магнитных силовых
линий прямого тока, изображённая на рисунке 107, весьма полезна
для демонстрации в целях лучшего закрепления в памяти правил
1—3. Стрелку (/ = 40—60 см) делают из тонкой клеёной фанеры
и при помощи тонких проволок а укреп-
ляют на ней кольцо из картона или, лучше,
жести. На кольце рисуют стрелки или при-
крепляют только острия от них, показы-
5
Рис. 108. Правило плывущего человека
для определения полюсов катушки.
Рис. 107. Модель для опре-
деления направления сило-
вых линий прямого тока.
вающие направление силовых линий. Модель в целях наглядности
окрашивают яркими красками; поддерживающие кольца проволо-
ки а для незаметности делают чёрными.
3. Правила для определения полюсов катушки (соленоида)
и направления тока в ней
Рис*. ПО. Правило букв для оп-
ределения полюсов катушки.
1) Правило плывущего человека. Если представить себе чело-
века, плывущего по направлению тока (лицом к проводнику),
то северный полюс катушки будет находиться слева (рис. 108).
2) Правило охвата рукой. Если охватить катушку правой ру-
кой, по направлению тока, то большой палец укажет направление
силовых линий (рис. 109).
3) Правило часовой стрелки. Если смотреть на торец (попереч-
ное сечение) катушки по направлению магнитных силовых линий,
то направление тока совпадает с направлением движения часовой
стрелки.
59
Для определения полюсов катушки по току это правило может
быть сформулировано так: если наблюдатель смотрит на торец ка-
тушки и видит, что ток в обмотке течёт по направлению часовой
стрелки, то к наблюдателю обращён южный полюс S катушки.
4) Правило букв. Буквы N и S, написанные, как показано на
рисунке ПО, со стрелками на концах образующей их линии, могут
служить для определения полюсов катушки по току или направле-
ния тока в обмотке по полюсам.
§ 7. Действие тока на магнитную стрелку
1. Отклонение магнитной стрелки током. 1) Магнитная стрелка
или компас. 2) Один-два элемента или аккумулятора. 3) Гибкий проводник.
4) Ключ или выключатель. 5) Реостат.
Над магнитной стрелкой, установившейся в плоскости магнит-
ного меридиана, помещают проводник возможно ближе к стрелке
(рис. 111).
Рис. 112. Прибор для
демонстрации отклоне-
ния магнитной стрелки
током.
При пропускании тока через проводник наблюдают отклонение
стрелки, стремящейся занять положение, перпендикулярное к про-
воднику. Опыт обнаруживает также, что направление отклонения
60
северного полюса стрелки зависит от направления тока. На этом
опыте проверяют правила Ампера и правой руки (§ 6, 1 и 2).
Для демонстрационных установок лучше вместо магнитной
стрелки брать прямой магнит, подвешенный горизонтально на нит-
ке. Концы магнита для обозначения его полюсов следует окрасить
красной и синей красками. К концам стрелки приклеивают раз-
ноцветные бумажки. Ещё нагляднее воспользоваться магнитной
стрелкой на горизонтальной оси (стрелка наклонения), укрепив
проводник с тем же наклоном, который имеет стрелка. Если
стрелку подвесить на обыкновенном железном штативе, то она
расположится вертикально. В этом случае проводник надо натянуть
вертикально между двумя лапками (рис. 112).
Угол отклонения стрелки будет тем значительнее, чем больше
сила тока. Однако вполне достаточно одного элемента, чтсбы по-
лучить заметное отклонение. При пользовании аккумулятором сле-
дует включить проводник через реостат, чтобы не вызвать силь-
ного, вредного для батареи, тока. Для опыта нужен ток силой от
0,5 до 2 а.
2. Прибор Кольбе для наблюдения отклонения магнитной
стрелки током. Существует целый ряд приборов, служащих для
демонстрации отклонения магнитной стрелки.
Наиболее ценен в методическом
отношении прибор Кольбе (рис. ИЗ).
Он состоит из проводника, укреплён-
ного посредством пробок в стеклян-
ной трубке А. Для указания направ-
ления тока к проводнику В припая-
ны или привязаны остриё и оперение
стрелы. Ток от батареи включают
так, чтобы он тёк в направлении
стрелы. Прибор, держа в руке за
Рис. 113. Прибор Кольбе.
стеклянную трубку, подносят к магнитной стрелке и наблюдают
её отклонение.
3. Отклонение магнитной стрелки жидким проводником.
1) Стеклянная трубка (/ = 40 — 60 см; d — 5 —8 мм) или спираль из трубки.
2) Раствор серной кислоты. 3) Два-три элемента или аккумулятора. 4) Маг-
нитная стрелка.
У стеклянной трубки отгибают концы и наполняют её раство-
ром серной кислоты или медного купороса (рис. 114). В раствор
в качестве электродов помещают две угольные палочки или про-
Рис. 114. Отклонение стрелки жидким проводником.
61
водники из толстой медной проволоки. Через трубку пропускают
возможно более сильный ток и наблюдают отклонение магнит-
Рис. 115. Стеклянная спираль для
обнаруживания магнитного поля вокруг
жидкого проводника.
ной стрелки.
Трубку наполняют раство-
ром кислоты и помещают
внутрь магнитную стрелку.
Спираль А располагают так,
чтобы стрелка, установив-
шись в плоскости меридиана,
расположилась перпендику-
лярно к оси катушки. При
включении тока наблюдают
отклонение стрелки, доказы-
вающее, что и вокруг ЖИДКО’
го проводника возникает маг-
нитное поле.
Лучше вместо прямой труб-
ки взять стеклянную спираль
(рис. 115).
4. Бифиляр (астатический проводник). 1) Гибкий проводник
(Z=50—100 см), 2) Магнитная стрелка. 3) Один-два элемента или аккумуля-
тора.
Сначала наблюдают отклонение магнитной стрелки, как и в опы-
те 1. Затем складывают проводник вдвое (рис. 116) и убеждаются,
что отклонение стрелки в
этом случае отсутствует.
Полезно также показать,
что обычный шнур от осве-'
тительной проводки явля-
ется бифиляром (рис. 117).
Соединяя концы В и D
Рис. 116. Астатический проводник.
Рис. 117. Астатический проводник из шнура.
шнура вместе и включая
батарею к концам А и С,
наблюдают отсутствие от-
клонения стрелки. Если же
ток пропускать через один
из проводников АВ или
CD, или оба вместе, соеди-
нив для этого попарно кон-
цы А и С, В и D, то магнитная стрелка отклоняется обычным образом.
§ 8. Спектры магнитного поля тока
1. Общие указания о получении спектров тока. Опыты с полу-
чением магнитных спектров токов, текущих по прямому проводу,
одному витку и по спирали, крайне важны в методическом отноше-
нии. Постановка этих опытов, несмотря на крайнюю простоту не-
обходимых для них приборов, затруднительна ввиду необходи-
мости располагать источником, способным давать ток силой по
62
крайней мере 15—20 а. Если такой источник отсутствует, то
возможно воспользоваться слабыми токами, применяя приборы
соответствующего устройства и заранее учитывая, что опыты
в методическом отношении окажутся не безупречными.
Выясним ряд положений, определяющих наибольшую эффек-
тивность опытов в техническом отношении:
1) Источником тока мо-
жет служить динамо-маши-
на (мотор-генератор или
конвертер), способная да-
вать ток до 20—30 а. Так
как ток нужен на весьма
короткое время, то вполне
возможно без вреда для
Рис. 118. Включение тонкого проводника в
качестве плавкого предохранителя.
машины допустить её полуторную или двойную перегрузку, т. е,
взять ток силой 30—50 а.
Во избежание короткого замыкания машины следует в цепь.,
кроме прибора, ввести реостат соответствующего сопротивления,,
амперметр со шкалой до 50 а и однополюсный рубильник. Этим
рубильником замыкают цепь на короткое время, и, если после
встряхивания опилок полученный спектр не даёт чёткой картины,
замыкание следует повторить.
2) Вполне возможно также использовать осветительную сеть
переменного тока, так как опыты выходят и с этим видом тока; од-
нако они требуют большей величины переменного тока, чем посто-
янного. Прибор для получения спектра следует включить к школь-
ному распределительному щиту непосредственно, т. е. без реостата,
но обязательно через плавкий предохранитель, т. е. меднуюпрово-
лочку не толще 0,3 мм (рис. 118). Эта проволочка тотчас же сгорит,
разрывая тем самым цепь и гарантируя последнюю от сколько-
нибудь длительного короткого замыкания, способного причинить
вред сети освещения.
3) С неменьшим успехом возможно использовать для опытов
также несколько гальванических элементов типа Грене или Да-
ниеля, или, ещё лучше, аккумуляторов щелочных или кислотных.
Для получения тока 15—20 а прежде всего, необходимо четыре-
пять элементов или три-четыре аккумулятора соединить между
собой параллельно, обратив внимание, чтобы соединительные про-
водники оказались достаточно толстыми и присоединения их к клем-
мам обладали возможно меньшим сопротивлением. Приборы для
получения спектров должны быть изготовлены из толстого медного
провода и снабжены клеммами. Включение приборов следует про-
извести через однополюсный рубильник. Все эти меры принимаются
для того, чтобы цепь обладала столь малым сопротивлением,
которое необходимо для получения тока порядка двух-трёх десят-
ков ампер при напряжении батареи 1—2 в. Если элементы Грене,
сухие элементы и щелочные аккумуляторы приходится соединять
параллельно ради уменьшения внутреннего сопротивления, то
63
соединение кислотных аккумуляторов необходимо во избежание
перегрузки и, следовательно, разрушения их пластин.
4) Для получения чётких спектров тока немалое значение имеет
также качество применяемых опилок.
2. Спектр прямолинейного тока. 1) Толстый медный проводник (/--
= 40—50 см; d = 3—5 мм). 2) Лист клеёной фанеры или картона (30 см х
X 30 см). 3) Сито. 4) Железные опилки. 5) Источник сильного постоянного
тока. 6) Реостат. 7) Рубильник. 8) Пять-шесть малых магнитных стрелок.
Положив проводник на лист белой бумаги, пропускают через
проводник ток и посыпают железными опилками. Подняв провод-
ник, обнаруживают, что опилки пристали к проводнику и отпадают
при лёгком встряхивании после выключения тока. Для лучшей

. Рис. 119. Магнитный спектр прямого тока в плоскости, парал-
лельной проводнику.
видимости проводник следует заранее окрасить белой краской или
обмотать полоской бумаги или тесьмы.
Вновь положив проводник на стол, закрывают его листом воз-
можно более тонкого картона и, включив ток, посыпают из сита
опилками. Встряхнув ударом пальца картон, обнаруживают, что
опилки расположены по прямым, перпендикулярным к длине про-
водника (рис. 119). Если при этом опыте были поставлены магнит-
ные стрелки, то они расположатся указзныым на рисунке образом.
Затем проводник В ставят вертикально и укрепляют примерно
на середине лист картона или фанеры так, чтобы последний лежал
в горизонтальной плоскости (рис. 120 и 121). Очевидно, что в листе
для продевания проводника надо предварительно сделать отвер-
стие. Лист посыпают через сито опилками и, включив на мгнове-
ние ток, встряхивают ударами пальца до получения более или
менее ясной картины магнитного поля.
Для получения спектра необходим ток силой 15—25 а (рис. 122).
•Спектр лучше всего закрепить на парафинированной бумаге и за-
тем передать для изучения учащимся. Для закрепления парафини-
€4
рованную бумагу, на которой получен спектр, прогревают сверху
пламенем газовой горелки или куска ваты, пропитанной спиртом
(рис. 123). Последнюю демонстрацию (рис. 122) и предыдущую
(рис. 119) надо объединить, указав, что получаемые фигуры пред--
Рис. 120. Прибор для получения
спектра прямого тока.
Рис. 121. Рама, обмотанная провод-
ником, для получения спектра пря-
мого тока.
ставляют собой проекции сидовых линий на две взаимноперпенди-
кулярные плоскости.
При невозможности получить такой сильный ток можно вместо
одного проводника взять квадратную рамку А из 20—50 оборотов
Рис. 122. Магнит-
ный спектр, прямого
тока в плоскости,
перпендикулярной к
проводнику.
Рис. 123. Закрепление спектра U-образного магнита.
и пучок проводников считать за один провод (рис. 121). В этом слу-
чае можно обойтись током порядка 2—3 а. Спектр получают на фа-
нерках, укреплённых на проводе с помощью деревянных насадок.
Опыт с вертикальным проводником повторяют, воткнув в лист
пять-шесть иголок остриями вверх и надев на них возможно более
маленькие стрелки (рис. 124). Включив ток (около 2—4 а), обна-
руживают, что стрелки расположатся по окружности (рис. 125).
Переменив направление тока, демонстрируют, что стрелки также
будут лежать на окружности, но с противоположным расположе-
нием полюсов по сравнению с предыдущим случаем. Полезно в
цепь батареи ввести коммутатор для быстрой перемены направле-
5 Физический эксперимент, том IV 65
ния тока. Опыт со стрелками надо предварительно наладить, рас-
положив их на таком расстоянии от проводника, чтобы они ока-
зывали друг на друга возможно меньшее влияние и были распо-
ложены почти параллельно. Но относить стрелки слишком далеко
от проводника нельзя, так как в таком случае при включении тока
они не будут располагаться по окружности.
Рис. 124. При отсутствии тока в проводнике А магнитные стрелки параллельны»
Рис. 125. При пропускании тока через проводник А стрелки располагаются по
окружности.
€5
Рис. 126.
Прибор для получения спектра
кругового тока.
сверху плотной белой бу-
3. Спектр Кругового тока. 1) Изолированный проводник (Z = 10—
15 х; d — 0,3—0,8 мм), 2) Лист картона или фанеры (40 см X 40 см).
3) Опилки железные. 4) Сито. 5) Два-три элемента или аккумулятора.
Виток для опыта может быть изготовлен из толстого медного
провода, однако тогда для опыта потребуется ток силой 20—30 а.
Более рационально изготовить нижеописанный прибор.
Из проводника, изоли-
рованного двойной бумаж-
ной обмоткой, наматывают
на какой-нибудь болванке
катушку диаметром в 20—
25 см, снимают её и связы-
вают нитками так, чтобы
получилось кольцо. Лист
картона или фанеры про-
сверливают сверлом соот-
ветствующего диаметратак,
чтобы через отверстия мог-
ла пройти обмотка катуш-
ки (рис. 126). Затем лист
разрезают пополам, через
сделанные отверстия встав-
ляют кольцо и соединяют
половинки посредством
фанерных планок, прикреп-
ляемых снизу. Площадку
магой. Можно обойтись без разрезания листа, но в этом случае
для наматывания катушки проводник придётся продевать через
отверстия. Получение ровной катушки упрощается, если в отвер-
оклеивают
стия сначала вставить
толстый проводник, со-
гнуть его кольцом и ук-
ладывание обмотки вести
по этому проводнику,
как по шаблону. Катуш-
ку монтируют на под-
ставке, присоединив ксн-
цы проводника к клем-
мам. Чтобы придать ка-
тушке более красивый
вид, на неё можно надеть
разрезанную вдоль рези-
новую трубку (рис. 126).
Рис. 127. Спектр кругового тока в плоскости,
перпендикулярной к кольцу.
Включив ток от двух-трёх элементов или аккумуляторов, посы-
пают лист опилками и, встряхнув пальцем, получают картину маг-
нитного поля кругового тока (рис. 127). Для определения направ-
ления силовых линий на листе следует укрепить несколько малых
магнитных стрелок.
5*
67
Для того чтобы определить, в каких плоскостях лежат магнит-
ные силовые линии, даваемые кольцевым током, кладут катушку
на стол, закрывают тонким листом картона и посыпают железными
опилками. Присмотревшись к полученной картине, можно заме-
УРис. 128. Спектр кругового тока в плос-
кости, параллельной кольцу.
тить, что все опилки стоят
«дыбом», — это значит, что
силовые линии перпендику-
лярны к плоскости бумаги. С
другой стороны, опилки до-
вольно ясно вырисовывают
прямые, нормальные к окруж-
ности,— значит силовые маг-
нитные линии лежат в плос-
костях, нормальных к про-
воднику (рис. 128).
Эту демонстрацию (рис. 128)
и предыдущую (рис. 127)
нужно объединить, указав,
что видимые фигуры дают
проекции силовых линий на
две взаимно перпендикуляр-
ные плоскости.
Для демонстрации магнитных сил кругового тока можно вос-
пользоваться медным кольцом от термоэлектромагнита.
4. Спектр соленоида. 1) Проводник медный (/= 1,5 м; d = 2—5 мм).
2) Лист картона или фанеры (20---40 см). 3) Опилки железные. 4) Сито.
5) Два-три элемента или аккумулятора.
На листе фанеры или картона просверливается ряд отверстий,
служащих для продевания проводника при наматывании солено-
Рис. 129. Прибор для получения спектра соленоида.
В— вставки (планки) из дерева и железа.
ида. Соленоид (d = 5—7 см; I— 15—20 см) надо сделать из 12—
15 витков толстой проволоки, голой или изолированной —без-
различно, и присоединить к его концам клеммы (рис. 129). При
68
пропускании через соленоид тока (в 15—20 а) обычным способом
можно получить спектр, подобный показанному на рисунке 130.
Направление силовых линий определяется с помощью магнитной
стрелки. Очень хорош соленоид, изображённый на рисунке 129.
Внутрь соленоида в сделанное уг-
лубление А может быть вставлена *
по желанию фанерная дощечка В
или такая же по размеру желез-
ная пластинка, оклеенная сверху
белой бумагой. Поверхность этих
вставок должна приходиться за-
подлицо с плоскостью, на которой
расположена катушка. При вставке
из фанеры получают обычный
спектр (рис. 130); при замене желе-
зом видно сильное сгущение сило-
вых линий И увеличение ИХ числа. Рис. 130. Спектр соленоида.
5. Спектр кольцевой катушки (тороида). 1) проводник медный (/ =
== 2—2,5 м; d = 1—3 мм). 2) Лист картона или фанеры (30 см х 30 см),
3) Опилки железные. 4) Сито. 5) Два-три элемента или аккумулятора.
На листе картона или фанеры делают замкнутую катушку и,
пропуская ток (15—20 а), получают спектр, подобный изображён-
Рис. 132. Спектр кольцевой катушки с-;
разрезом в железном сердечнике.
Рис. 131. Спектр тороида.
ному на рисунке 131. Спектр показывает, что все силовые линии
проходят внутри катушки, не выходя в окружающее пространство.
€9
6. Спектры кольцевой катушки с железным сердечником (то-
роида). 1) Три железных кольца (поперечник в 5—6 см, d = 6—7 мм). 2) Про-
вод изолированный (d = 0,3—0,5 мм). 3) Стекло (12 см х 12 см). 4) Опилки
железные. 5) Сито. 6) Два-три аккумулятора или элемента.
Железные кольца для опыта можно взять от занавесей. Кольца
можно изготовить так же, намотав их из тонкой железной прово-
локи.
В одном из железных колец выпиливают участок (рис. 132) в
1—2 см длиной. Кольца обматывают проводником в один слой:
одно целиком (рис. 133), а два других немного более, чем до поло-
Рис. 134. Спектр неполной кольце-
вой катушки показывает, что часть
силовых линий рассеивается.
Рис. 133. Спектр полной кольцевой катуш-
ки не виден, так как все силовые линии
проходят по железному сердечнику.
вины (рис. 132 и 134). Накрыв кольца стёклами, получают магнит-
ные спектры и сравнивают их. Спектр кольца с полной обмоткой
невидим, так как все силовые линии проходят внутри железа
(рис. 133). У кольца с неполной обмоткой наблюдается магнитное
рассеивание (рис. 134), которое достигает ещё большей величины
у кольца с прорезом (рис. 132).
7. Проекция спектров тока на экран. 1) Проекционный фонарь со
столиком для горизонтальной проекции. 2) Рамки с проводниками по Бергофу.
3) Опилки железные. 4) Сито. 5) Два-три элемента или аккумулятора.
. Для демонстрации магнитных спектров тока рекомендуется
их проектировать на экран: только в этом случае они будут ясно
видны целой аудитории одновременно. Проектирование произво-
дится с помощью рамок, состоящих из стеклянных пластинок в де-
ревянной оправе и с проволочными каркасами для пропускания тока.
•' На рисунке 135 изображены рамки для демонстрации магнит-
70-
ных полей прямого тока, кругового тока, соленоида. Для включе-
ния проводников в цепь служат клеммы. Важно демонстрировать
не только самую картину поля, но и его образование. Для этого,
Рис. 135. Рамки для проектирования спектров на экран.
Рис. 136. Самодельные рамки для проектирования спектров на экран.
Рис. 137. Соленоид, заделанный до поло-
вины в парафин для проектирования
на экран эпископом.
равномерно посыпав стекло опилками, проектируют его на экран
и затем, включив ток, встряхиванием получают спектр.
Подобные рамки можно изго-
товить своими силами и средст-
вами. Так как сверление стекла,
особенно плоского, дело не про-
стое, то крайне желательно до-
стать несколько кусочков орга-
нического стекла — плексигласа,
который обрезается ножовкой и
сверлится обыкновенным свер-
лом для металла. На рисунке
136 показаны подобные само-
дельные приборы, выполненные с
заменой одного провода пучком
их, что позволяет брать для опытов сравнительно слабый ток.
Для проектирования с помощью эпископа возможно исполь-
зовать кольцевую катушку или «соленоид», залив их до половины
в парафин или в гипс (рис. 137).
71
8. Проекция спектра между одноимёнными и разноимёнными
полюсами. 1) Прибор для проекции (рис. 138). 2) Проекционный фонарь.
3) Глицерин. 4) Мелкие железные опилки. 5) Два-три аккумулятора или
элемента.
Прибор состоит из сосуда с плоско-параллельными стёклами
и электромагнита (рис. 138). На электромагните каждый полюс
имеет собственную обмотку. Соединяя соответствующим образом
эти обмотки А и В между собой, можно получить на концах одно-
именные или разноименные
полюсы. В сосуд наливают
глицерина, насыпают мел-
ких железных опилок и
размешивают их стеклян-
ной палочкой. Опилок не
следует насыпать слишком
много; лучше сначала взять
поменьше, сделать пробный
опыт и затем в случае нуж-
ды добавить ещё. Опилки
необходимо тщательно очи-
стить от пыли и грязи,
предварительно промыв их
в бензине. Сосуд посредст-
Рис. 138., Прибор для проектирования спектра вом фонаря проектируют
между полюсами электромагнита. на экран И затем, ВКЛЮЧИВ
ток, получают спектр одно-
имённых или разноимённых полюсов. Описанный опыт очень
эффектен.
Сосуд и электромагнит можно изготовить самостоятельно (т. III,
§ 32, 4). Железный сердечник для электромагнита в этом случае
делается для упрощения из отожжённых железных проволок (d =
= 0,8—1 мм), 'обмотка—из проводника толщиной в 0,8—1 мм.
Обмотку полезно окрасить масляной или эмалевой краской.
§ 9. Магнитное поле катушки
1. Компас ИЗ плавающего элемента. 1) Стеклянный сосуд. 2) Жид-
кость от элемента Грене. 3) Цинковая амальгамированная и медная пластин-
ки. 4) Пробка. 5) Медный провод (d = 1—1,5 мм). 6) Прямой магнит.
Из тонких листов меди и цинка вырезают две пластинки и из-
гибают их по цилиндрической поверхности1, как показано на ри-
сунке 139. После изгибания цинковую пластинку амальгамируют.
Изготовив из медной проволоки спираль, пропускают прямые кон-
цы этой спирали через достаточно крупную пробку и припаивают
концы к медной и цинковой пластинкам. Возможно также вместо
1 Такая форма способствует уменьшению трения.
72
спирали ограничиться одним витком, но диаметр его взять большим,
чем у спирали.
Пустив в воду построенный элемент, проверяют его пловучесть
и в случае надобности нагружают так, чтобы при плавании его
электроды были расположены вертикально. Затем элемент перено-
сят в сосуд, наполненный жидкостью, служащей для зарядки эле-
ментов Грене (см. т. I). Через соленоид начинает течь сильный ток,
и ось катушки ориентируется по направлению магнитного мери-
диана. Для большей наглядности рекомендуется на спирали
укрепить лёгкую бумажную стрелку.
Плавающий элемент может служить также для проверки пра-
вила Ампера, для чего к соленоиду подносят прямой магнит. Опре-
делив с помощью магнита полюсы соленоида и направление тока,
по полюсам элемента проверяют правила. Интересны также взаимо-
действия двух плавающих элементов.
2. Компас из соленоида на станке Ампера. 1) Станок Ампера.
2) Ртуть. 3) Реостат. 4) Два-три аккумулятора.
На станок Ампера подвешивают соленоид, налив в контактные
чашечки а и b ртути (рис. 140). Через соленоид, введя в цепь рео-
Рис. 139. Компас из
плавающего элемента.
Рис. 140. Станок Ампера с солено-
идом.
стат, пропускают возможно более сильный ток от двух-трёх акку-
муляторов или динамо-машины. Если острия на контактах
соленоида в порядке, то он поворачивается и устанавливается в на-
правлении магнитного меридиана. Для успеха опыта необходимо
тщательно выполнить требования о подготовке станка Ампера,
изложенные в § 13,4.
73
3. Проверка правил § 6, 3, на станке Ампера. 1) Станок Ампера.
2) Ртуть. 3) Реостат. 4) Один-два элемента или аккумулятора. 5) Прямой
магнит.
На станок подвешивают спираль и пропускают через неё ток от
одного-двух элементов или аккумуляторов, введя в цепь реостат.
Поднося к концам соленоида прямой магнит, определяют полюсы
и, принимая во внимание направление тока, убеждаются в спра-
ведливости правил, изложенных в § 6,3.
4. Проверка правил § 6, 3. 1) Железный или деревянный цилиндр.
2) Изолированный проводник. 3) Реостат. 4) Один-два элемента или акку-
мулятора. 5) Магнитная стрелка.
На деревянный или, лучше, железный цилиндр любого диа-
метра (полый или сплошной —безразлично) наматывают несколь-
ко (5—20) витков изолированного проводника так, чтобы направ-
ление обмотки было ясно видно. Возбуждая в катушке ток,
определяют её полюсы с помощью магнитной стрелки и проверяют
правила, изложенные в § 6,3.
5. Влияние железного сердечника катушки на силу магнит-
ного ПОЛЯ. 1) Катушка с вынимающимся железным сердечником. 2) Маг-
нитная стрелка. 3) Аккумулятор.
Электромагнит, состоящий из одной катушки А без железного
сердечника, располагают так, чтобы ось катушки была перпенди-
кулярна к направлению магнит-
ного меридиана (рис. 141). По
катушке пропускают ток и ста-
вят магнитную стрелку JVS на
таком расстоянии, на котором
стрелка почти не отклоняется
от своего нормального ^положе-
ния. Вводят в катушку желез-
ный сердечник и наблюдают
значительное отклонение стрел-
ки. Опыт показывает, что при
Рис. 141. Простой прибор для обнару-
живания влияния железного сердечни-
ка на силу магнитного поля.
введении железного сердечника магнитное поле усиливается.
Следует испытать также и другие материалы, как парамагнит-
ные, так и диамагнитные (пермаллой, никель и др.).
6. Влияние железного сердечника на силу притяжения. 1) Ка-
тушка с вынимающимся железным сердечником*. 2) Мелкие гвозди. 3) Один-
два элемента или аккумулятора.
Одно из отверстий в катушке электромагнита заклеивают тол-
стой бумагой или картоном. Вынув из катушки сердечник, пропус-
кают через неё ток от батареи и подносят заклеенный конец катуш-
ки к кучке железных опилок и мелких (сапожных) гвоздей. Опыт
обнаружит, что катушка притянет и удержит весьма незначитель-
74
ное количество опилок; гвозди останутся непритянутыми. Вставив
в катушку железный сердечник, демонстрируют, что она притяги-
вает и удерживает целый пучок опилок и гвоздей.
7. Демонстрация притяжения электромагнитом мелких желез-
ных предметов. 1) Катушка с вынимающимся железным сердечником.
2) Железные опилки. 3) Мелкие гвозди или шурупы. 4) Два-три элемента
или аккумулятора. 5) Выключатель. 6) Реостат.
Рис. 142. Демон-
страция притя-
жения опилок
сердечником.
Для демонстрации притяжения электромагнитом железных
предметов лучше всего взять катушку прибора Томсона с длин-
ным сплошным железным сердечником. Катушку через реостат
и выключатель присоединяют к двум-трём аккумуляторам и про-
пускают через неё возможно бо-
лее сильный ток, однако не
вредный для аккумуляторов.
Взяв коробку с опилками, высы-
пают опилки сверху с высоты на
сердечник и получают картину,
изображённую на рисунке 142.
Интересно, что опилки дадут
часть пространственного спект-
ра прямого магнита. Ток вы-
ключают и убеждаются, что опил-
ки отпадают, если сердечник сде-
лан из мягкого железа. Опыт
повторяют, бросая рукой на сер-
дечник электромагнита мелкие
гвозди или шурупы (/ = 1 —3 см)
(рис. 143). При выключении то-
ка гвозди отпадают.
Опыт производит ещё боль-
шее впечатление на учащихся, если катушку закрепить на штативе
так, чтобы сердечник оказался обращённым вниз.
Рис. 143. Демон-
страция притя-
жения гвоздей
сердечником.
8. Втягивание железного стержня катушкой. 1) Катушка. 2) Стер-
жень из мягкого железа. 3) Пружина. 4) Штатив. ,5) Два-три элемента или
аккумулятора. 6) Реостат. 7) Амперметр.
Опыт обнаруживает, что катушка втягивает в себя железный
стержень и притом тем сильнее, чем сильнее текущий в ней ток.
Катушку для опыта можно взять любую, например от прибора для
индукции (рис. 340), от разборного трансформатора и набора по
электромагнетизму; в первом случае годится также и её железный
сердечник. Для большей наглядности опыта следует изготовить
специальную катушку (/ = 20—25 см; d (внутр.) 1 см). Катушку
обматывают изолированным проводником (d = 0,3—0,8 мм). Чем
больше витков будет взято, тем меньшим по величине током можно
пользоваться для демонстрации. Железный сердечник (/ = 20--
25 см) подбирают такого диаметра, чтобы он совершенно свободно
75
входил в отверстие катушки. Его можно изготовить также из пуч-
ка железных проволок, заклеив их сверху бумагой. Сердечник не-
обходимо хорошо отжечь и снабдить с одного из концов ушком для
Рис. 144. Прибор для демонстрации
втягивания катушкой железного сердеч-
ника.
подвешивания. Прибор собирают так, как это показано на рисун-
ке 144, подвесив сердечник на
стальной, не очень жёсткой пру-
жине. Включая катушку в цепь
батареи через амперметр и рео-
стат, измеряют силу тока и наб-
людают втягивание железного
сердечника. Опыт выходит так-
же при питании катушки пере-
менным током из сети освеще-
ния. В этом случае катушка
включается в цепь через лампо-
вый реостат. Для увеличения си-
лы тока ввертывают в реостат
одну лампу за другой.
Возможно также укрепить на
резиновой нитке гвоздь или ку-
сок толстой железной проволо-
ки, а обмотку нанести на стек-
лянную трубку или железный стержень поместить в пробирку,
плавающую в стеклянном цилиндре, на который намотана обмотка.
Если воспользоваться рычагом, смонтировав установку по об-
разцу рисунка 145, то учащимся можно выяснить не только прин-
Рис. 145. Прибор для демонстрации принципа действия
электромагнитных электроизмерителей.
цип действия электроизмерительных приборов со втягивающимся
сердечником, но и ознакомить с градуировкой прибора, нанося
соответствующие отметки на шкале А для различных сил токов.
76
На рисунке 146 показан прибор, построенный для силуэтной
(теневой) проекции (§ 22,3). При пропускании сильного тока (5—
10 а) железная пластинка Д, способная поворачиваться около точ-
ки О, втягивается в катушку. Прибор особенно ценен тем, что ил-
люстрирует принцип действия электромагнитных (3) измеритель-
ных приборов (т. III).
9. «Электромагнитная пушка». 1) Стеклянная труба (/ = 15—20 см;
deHvmp. = 4—6 мм). 2) Проводник (d== 0,8—1 мм). 3) Железный стер-
жень (d = 2—5 мм; 10—15 см). 4) Штатив. 5) Рубильник. 6) Источник
сильного тока.
Стеклянную трубку обматывают изолированным проводником
в два-три слоя (рис. 147). Чтобы обмотка не распускалась, её про-
Рис. 147. Установка для приведения в дей-
ствие электромагнитной пушки.
Рис. 146. Прибор для демонстрации
втягивания катушкой железного
сердечника.
питывают шеллачным лаком или обёртывают изолирующей лен-
той. Трубку А укрепляют наклонно (45°) в лапке штатива и встав-
ляют в неё конец тонкого железного стержня В. Во избежание вы-
скакивания стержня другой конец его опирают
в какую-нибудь подставку С. Обмотку вклю-
чают в цепь источника с достаточным напряже-
нием (динамо-машина) через реостат с сопротив-
лением в 2—3 ома и замыкают на мгновение
рубильник. В цепи возникает ток силой в не-
сколько десятков ампер, под влиянием которого
железный стержень втягивается в катушку с
большой силой. Так как ток продолжается очень
малое время, то стержень по инерции проскаки-
вает через трубку и летит дальше на расстояние
5—10 м. Судя по дальности полёта, можно
выяснить оптимальные условия, именно: на ка-
кое время производить замыкание тока, какое
Рис. 148. Элек-
тромагнитная
пушка, изготов-
ленная учащи-
мися.
77
ввести сопротивление реостата, на какую длину вставить стержень
в трубку и т. д.
Для успеха опыта важно также, чтобы стержень проскальзы-
вал через трубку с возможно меньшим трением. Для этого концы
стеклянной трубки надо оплавить и взять отполированный стер-
жень (например, вязальную спицу).
На рисунке 148 показано оформление электромагнитной пушки,
которое обычно придают ей учащиеся.
При стрельбе надо расположить учащихся так, чтобы стержень
не мог попасть в них.
10. Втягивание и выбрасывание катушкой постоянного магнита.
1) Катушка с небольшим числом витков толстой проволоки. 2) Стальной
намагниченный брусок. 3) Два штатива. 4) Две струбцинки. 5) Голый про-
вод (/ = 2—3 м; d = 0,8—1 мм). 6) Рубильник. 7) Источник сильного тока.
Для опыта необходима катушка А с достаточно большим отвер-
стием, чтобы в него свободно проходил стальной брусок В. В этом
случае удобна катушка с малым числом витков от разборного транс-
форматора (рис. 149) или каркас, обмотанный 50—100 витками
Рис. 149. Демонстрация втягивания катушкой постоянного магнита.
толстого проводника. Стальной, хорошо намагниченный брусок В
в двух местах обвивают проволокой и подвешивают на провод,
натянутый между двумя штативами. Катушку с помощью подстав-
ки располагают так, как это показано на рисунке 150, и включают
через рубильник К в цепь источника сильного тока (динамо-маши-
на) через водяной реостат 7? в 2—Зома.
Для наблюдения выбрасывания магнит сдвигают внутрь ка-
тушки и на мгновение включают ток. Если выбрасывания не про-
78
исходит, то меняют направление тока в катушке, сделав для этого
соответствующее переключение. Для втягивания магнит помещают
вблизи катушки справа или слева, в зависимости от взаимного рас-
положения полюсов катушки и магнита. При включении тока на
Рис. 150. Схема изучения зависимости тюля от
числа ампервитков.
мгновение магнит втягивается и затем, двигаясь по инерции, про-
скакивает через катушку и летит по проволоке дальше.
Опыт иллюстрирует явление взаимодействия двух магнитных
полей.
1L Зависимость напряжённости магнитного поля от числа
ампервитков. 1) Катушка без обмотки. 2) Проводник ПБД (d = 0,8—1 мм).
3) Магнитная стрелка или компас с разделённым на градусы кругом. 4) Два
реостата. 5) Четыре элемента или аккумулятора. 6) Два амперметра. 7) Два
однополюсных рубильника или ключа.
На катушке делают две обмотки с различным, лучше кратным,
числом оборотов, например = 50 и Z2 = 100 виткам или Z3 ==
= 25 и Z4 = 75 виткам и т. п.
Катушку включают, как указано на рисунке 150, и ориенти-
руют так, чтобы направление поставленной вблизи неё магнитной
стрелки было перпендикулярно к оси катушки. Стрелку следует
поместить на расстоянии 20—30 см от катушки. Вместо магнитной
стрелки лучше взять хороший компас с градусными делениями.
Каждую из обмоток включают в самостоятельные цепи, состоящие
из двух аккумуляторов или элементов, реостата 7?, рубильника К
и амперметра А, и притом так, чтобы направления токов в обмот-
ках были противоположны.
Замкнув цепь обмотки с большим числом витков, посредством
реостата получают ток какой-нибудь определённой силы, выражаю-
79
тейся круглым числом долей ампера, например в 0,1; 0,5 а и т. п.
Стрелка при этом отклонится на некоторый угол. Затем замыкают
цепь второй обмотки и постепенно уменьшают сопротивление рео-
стата. Так как магнитное поле, создаваемое этой обмоткой Z2, про-
тивоположно полю первой катушки то по мере увеличения тока
в цепи Z2 будет наблюдаться уменьшение угла отклонения стрелки.
Уменьшая сопротивление реостата, получают возвращение стрелки
в своё нормальное положение (магнитный меридиан), которое на-
блюдалось у неё до опыта. В этом случае магнитное поле обмотки
Zi «уничтожается» полем обмотки Z2, или напряжённости этих по-
лей в каждой точке пространства одинаковы по величине, но про-
тивоположны по знаку.
По амперметрам измеряют силы токов в той и другой обмотках,
вычисляют ампервитки и результаты сравнивают. Опыт даёт обык-
новенно хорошие результаты, т. е. числа ампервитков оказываются
равными друг другу. Из этого наблюдения делают вывод, что на-
пряжённость поля определяется числом ампервитков.
Опыт следует повторить, взяв другие числа витков обмоток.
Запись результатов нескольких опытов удобно вести по сле-
дующей форме:
1. Конструкции электромагнитов. 1) Простейший электромаг-
нит из одной катушки можно изготовить, наматывая проволоку
(d = 0,3—Ч),8 мм) на болт с гайкой (рис. 151). Подобный электро-
магнит хорош для демонстрации магнитных действий тока, в осо-
бенности, если обмотка сделана на глазах учащихся.
Для изготовления электромагнита, вместо болта с гайкой, мож-
но взять большой гвоздь.
2) U-образные электромагниты. В продаже встречаются U-об-
разные магниты, имеющие вид, показанный на рисунке 152. Они
снабжены обыкновенно крючком или кольцом для подвешивания
и якорем. Для демонстрации полезно иметь модель U-образного
электромагнита, обмотанного толстым проводником в один слой
и притом так, что видны направления витков в той и другой катуш-
ках (рис. 153).
Во многих случаях полезен электромагнит, снятый со старого
электрического звонка. Железное основание, на котором укреплён
электромагнит, нужно отрезать от полюсных наконечников; для
лучшего удержания якоря необходимо спилить медные вклёпки
80
на концах сердечника. Во избежание обрыва провода у катушек
к концам следует припаять гибкие многожильные проводники и
окрутить их вокруг катушек несколько раз.
При желании изготовить U-образный электромагнит самосто-
ятельно возможно в крайнем случае взять для обмотки лошадиную
подкову (рис. 154) или соединить болты железной полосой А, про-
сверлив в ней прёдварительно
отверстия (рис. 155). Полосу
можно также собрать из отдель-
ных железных полосок.
Рис. 151. Простейший электро-
магнит из железного болта.
Рис. 152. U-образный электромагнит.
3) Электромагнит Джоуля (рис. 156 и 157). Этот электромагнит
при хорошей пришлифовке якоря имеет подъёмную силу до 70—80 кг
при питании его от двух-трёх элементов, соединённых параллельно
Рис. 153. Демонстрацией- Рис. 154. U-образный
ный U-образный электро- электромагнит из под-
магнит.
ковы.
Рис. 155. Сердечник для
электромагнита из болтов.
или от одного аккумулятора (через реостат). Благодаря своей про-
стой обмотке, состоящей из нескольких десятков витков толстого
проводника, электромагнит Джоуля весьма ценен в методическом
отношении. Изготовить его можно самостоятельно из железной
6 Физический эксперимент, том IV
81
водопроводной трубы. Трубу перед обработкой следует хорошо
отжечь, что облегчит её распиловку и будет сводить до минимума
остаточный магнетизм.
Во избежание порчи обмотки и возникновения короткого замы-
кания трубу надо опилить внутри и закруглить у торцов. Чрезвы-
чайно важно, чтобы полюсные наконечники представляли собой,
Рис. 156. Электромагнит Джоуля.
так же как и якорь, точную плоскость. Необходимо якорь прите-
реть посредством наждака к полюсным наконечникам. Обмотку
проще всего сделать проводником осветительного шнура, намотав
15—20 витков по длине трубки.
4) Модель электромагнита для подъёмного крана. Устройство
подобного электромагнита и его обмотки изображено на рисунках
158 и 159. Электромагниты этого типа по сравнению с другими об-
Рис. 157. Форма сердеч- Рис. 158. Модель электромагнита для подъём-
ника якоря электромагни- ного крана.
та Джоуля.
ладают наибольшей подъёмной силой. Так, например, электромаг-
нит Главучтехпрома, имеющийся в продаже, при питании его от
батарей в 4 в удерживает груз 70—80 кГ (рис. 160).
Подобный электромагнит в довоенные годы выпускался в виде
разборного (рис. 161), что позволяло с большей ясностью объяс-
нять его устройство, а также демонстрировать значение замкну-
того и незамкнутого магнитопровода для величины подъёмной силы.
5) Электромагнит для опытов с токами Фуко и, в частности,
с маятником Вальтенгофена может быть собран из набора, выпус-
каемого Главучтехпромом под названием универсального транс-
форматора (рис. 162 и 163).
82
6) Термоэлектромагнит. Очень интересный электромагнит с
замкнутой магнитной цепью можно получить с помощью одного
оборота толстого медного провода, питаемого термоэлементом. Фи-
Рис. 159. Устройство электромагнита для подъ-
ёмного крана. Л—тело электромагнита; В—якорь;
С — обмотка из провода ПБД или ПЭ.
Рис. 160. Электромагнит удер-
живает человека.

зическая лаборатория Института политехнического образования
разработала следующую конструкцию кольца, изображённую на
рисунке 164. Медный проводник с квадратным сечением 10 мм х
Рис. 161. Разборный электромагнит.
X 10 мм изгибается в кольцо А с двумя рогами Л1 и Д2, между
которыми впаиваются пластинки В (10—15 шт.) из никеля или кон-
стантана. На конец одного рога А2 напаиваются пластины С для
его охлаждения. При нагревании конца Аг без пластин получаем
один спай термоэлемента горячий, а другой холодный. Сила тока
достигает большой величины благодаря ничтожному сопротивле-
нию цепи. Нагревание надо вести на достаточно мощном источнике
тепла, например паяльной лампе. Кольцо помещается в оправу
6* 83
круглого электромагнита D (рис. 159), в краю которой делаются
соответствующие прорезы.
В случае применения оправы с диаметром в 10 см удаётся соз-
дать подъёмную силу порядка 8—10 кГ.
Рис. 162. Детали набора «универсальный трансформатор».
Кольцо может быть применено для получения магнитного спект-
ра кругового тока. Для этого кольцо вставляют с той и другой сто-
роны в два кусочка картона с выре-
зами, чтобы получилась плоскость,
перпендикулярная к плоскости коль-
ца. Произведя нагревание, насыпают
через сито на картон железные опилки.
2. Указания к изготовлению элек-
тромагнитов. 1) Сердечники электро-
магнитов могут быть изготовлены са-
Рис. 164. Устройство термо-
магнита.
Рис. 163. Электромагнит, соб-
ранный из набора «универ-
сальный трансформатор».
84
мой разнообразной формы из круглого и полосового железа,
водопроводных труб, железной проволоки, болтов, подков и т.п.
(рис. 165). Следует иметь в виду, что сгибание U-образных сер-
дечников из круглого и полосового железа даже при отсутствии в
школе кузнечного горна осуществляется сравнительно легко в сту-
Рис. 165. Типичные формы сердечников.
левых тисках. Для облегчения работы берут полосу возможно
длиннее и нагревают посередине, где и делается сгиб. Лишние
концы затем отрезают ножовкой. Нагрев, в особенности тонкого
железа, можно произвести на одной-двух паяльных лампах или
примусе. Для получения ровного сгиба в тиски зажимают какой-
нибудь металлический цилиндр, вокруг которого огибают железо.
Кроме сплошных, сердечники, правда с худшими результатами,
можно изготовлять из железной проволоки толщиной в 0,8 мм и
более. Для сердечников прямых электромагнитов удобно взять
трубу и заполнить её железными проволоками. Жслезную прово-
локу следует хорошо отжечь. Можно сердечники делать из пласти-
нок кровельного железа, которые легко сгибать и обрезать.
85
При изготовлении сердечников из проволок или пластин нужно
стараться возможно ближе поместить отдельные элементы сердеч-
ника друг к другу. Низкое качество сборных сердечников зависит
от плохого заполнения железом пространства сердечника. Сердеч-
ники электромагнитов для переменного тока обязательно изготов-
ляются из отдельных изолированных проволок или пластин для
уничтожения токов Фуко, возникающих при перемагничивании.
Отжиг железа нужен для уменьшения нагревания, возникающего
вследствие гистерезиса.
Рис. 166- Устройство каркасов с круглым сечением.
Каждый сердечник перед его окончательной обработкой необ-
ходимо отжечь, для чего его нагревают в пламени, например, топя-
щейся печи, и затем дают медленно остыть. Чем медленнее проис-
ходит остывание, тем лучше получается отжиг и мягче делается
железо. Наилучший отжиг получается, если после накаливания
сердечник оставляют в печи, зарыв его до полного остывания в го-
рячую золу с угольями. После отжига сердечник надо очистить
напильником от окалины и опилить его концы так, чтобы они пред-
ставляли собой плоскости. Точно так же отжигается и обрабаты-
вается якорь электромагнита.
При желании получить максимальную подъёмную силу от дан-
ного сердечника якорь следует притереть к полюсным наконечни-
кам посредством наждачного порошка. Для этого из наждака при-
готовляют кашицу, смешивая наждак с машинным маслом. Сна-
86
Рис. 167. Устройство четы-
рёхгранных каркасов.
чала пользуются наиболее грубым, а затем всё более и более мелким
наждаком. Кашицу намазывают на полюсы и якорь, которые трут
друг о друга. При хорошей притирке смазанный маслом якорь,
если он не очень велик, должен удерживаться ненамагниченным
сердечником.
В некоторых приборах, например звонках, телеграфах, реле
и т. п., иногда наблюдается, что якорь благодаря остаточному маг-
нетизму не отрывается после прекращения тока от электромагни-
та, несмотря на действие оттягивающей пружины. В подобных при-
борах нельзя плотно пригонять якорь к сердечнику и для получе-
ния отрыва полюсные наконечники нуж-
но заклеить кружочками из тонкого
картона. Можно также в центре нако-
нечников высверлить небольшие отвер-
стия на глубину нескольких миллимет-
ров и вставить в них кусочки медного
проводника. Затем выступающая часть
проводника расклёпывается так, чтобы
образовалась полукруглая головка, как
у заклёпки. Такое приспособление не
позволит якорю плотно прижиматься к
полюсным наконечникам, и, несмотря
на остаточный магнетизм, якорь после
прекращения тока будет отрываться,
хотя бы и слабой, пружиной.
2) Каркасы для катушек. Намотку
проволоки для электромагнитов чаще
всего производят на каркас, сделанный
из картона. В зависимости от формы
сердечника каркасы делаются четырёх-
гранными или круглыми. Различные
способы изготовления каркасов показаны
Если обмотка электромагнита производится толстой проволо-
кой в 1—2 слоя, то возможно обойтись без каркаса, однако сер-
дечник перед обмоткой следует для изолирования обмотать в один-
два слоя бумагой или лучше изоляционной лентой.
3) Намотка катушек делается или непосредственно в руках или
с помощью токарного станка, центробежной машины или специ-
ального станочка (рис. 168). Вести намотку вручную удобно лишь
в том случае, если проводник не очень тонок; в противном случае
работа является слишком утомительной. Как обязательное пра-
вило, концы, выпускаемые из катушки, следует делать из много-
проволочного проводника, например осветительного или звонко-
вого шнура (рис. 169). Наматываемый проводник в
на рисунках 166 и 1671.
местах соеди-
1 Подробные указания об изготовлении каркасов можно найти в книгах:
Кубаркин, Мастерская радиолюбителя.
Горячкин, Методика преподавания физики, т. III, Учпедгиз, 1950.
87
нения следует припаять1 к многожильному; место спая должно
быть обёрнуто изолирующей лентой. Многопроволочные провод-
ники гарантируют от обрыва выводов из катушки, при котором ка-
тушку приходится мотать вновь. При намотке сравнительно тол-
стых проводников их следует, аккуратно укладывая виток к витку,
наматывать слой за слоем. Для получения красивого и ровного
Рис. 168. Станочек для намотки катушек.
наружного слоз последние ряды проводника наматывают на полос-
ки из плотной бумаги, обёрнутые один-два раза вокруг сделанной
обмотки. При намотке тонкого проводника, например в 0,2 мм и
Рис. 169. Выпуск концов у катушки.
тоньше, укладывание витка к витку является- очень утомительным,
поэтому его мотают возможно ровнее и аккуратнее слой за слоем,
прокладывая между слоями бума-
гу. При намотке тонким проводни-
ком особенно важно во избежание
обрыва взять для выводов более
толстый, лучше многопроволочный,
проводник.
Наружный слой катушек из
тонкого проводника следует для
предохранения оклеить бумагой,
оставив маленькое оконце, чтобы
можно было видеть диаметр намо-
танной проволоки.
делают обыкновенно проводником с
двойной бумажной изоляцией (ПБД) или с изоляцией эмалью (ПЭ).
Обмотку электромагнитов
1 При пайке в качестве паяльного вещества надо пользоваться кани-
фолью, а не хлористым цинком.
88
При обмотке не следует допускать образования так называе-
мых «барашков», получающихся обыкновенно в тех случаях, когда
проволоку с катушки сматывают указанным на рисунке 170,1 об-
разом. Проводник при этом образует петли (рис. 171), которые
при слабом натягивании уменьшаются по своим размерам (Л2) и
при сильном дают перегиб Л3, выправить который уже нельзя.
На толстых проводниках на «барашке» сползает изоляция, на тон-
ких образуется обрыв. При сматывании проводника с катуш-
ки во избежание образования «барашков» её надо катить по столу
Рис. 170. Неправильное и правильное сматывание проволоки с катушки.
или подвешивать на верёвке, или на проволоке на какую-нибудь
подставку (рис. 170,11).
Если почему-либо петля всё-таки образовалась, её необходимо,
ни в коем случае не натягивая проводника, расширить и затем про-
водник выправить (рис. 171,11). В случае, когда «барашек» уже
приобрёл вид Л3 (рис. 171,1), надо сделать разрез, срастить и
спаять концы, изолировав лентой или тонкой материей, или бума-
гой, которую надо пропитать лаком.
Для намотки плоских (дисковых) катушек без каркаса, напри-
мер для моделей электромагнита для подъёмного кран^(рис. 159),
пользуются специальным станочком (рис. 172)..Между фанерными
кружками AAlf насаженными на ось ООг и сжатыми двумя гайками
ВВ, помещён деревянный цилиндр С. Этому цилиндру для облег-
чения снимания катушки нужно придать несколько конусообраз-
ную форму, не забыв пометить на торцах, где меньшее и большее
основания. Во избежание распускания катушки в шаблон следует
перед намоткой заложить в трёх или четырёх местах куски изоли-
рующей ленты, которую потом обматывают вокруг катушки.
В общем съёмка катушки с шаблона —трудное дело, которое
очень облегчается при склеивании витков парафином. В этом слу-
чае на дне какого-нибудь металлического корытца А, в котором
89
плавят парафин, укрепляют кольцо В, через которое продевают
наматываемый провод.
Наматывание ведётся по способу, показанному на рисунке 173.
Через 10—15 минут после намотки катушку снимают и очищают
от излишков парафина.
4) Расчёт числа витков, умещающихся на катушке. Расчёт
числа витков, помещающихся на катушке определённой длины,
возможен, если известен точно диаметр провода в изоляции. Для
определейия этого диаметра про-
вод наматывают не очень плотно
на стеклянную трубку и изме-
ряют, какую длину занимают
10—20 оборотов. Деля общую
длину на число оборотов, полу-
чают диаметр провода в обмотке.
При многослойных катушках
с прокладками между слоями бу-
маги необходимо принимать во
внимание толщину этих слоёв.
При изготовлении катушек
полезно сосчитать число сделан-
ных оборотов, хотя бы прибли-
зительно, и на каждой изготов-
ленной катушке записывать чис-
ло оборотов и сопротивление
катушки в омах. Эти данные
полезно иметь и для катушек, из-
готовленных фабричным путём.
Длина провода, необходимо-
го для намотки катушки, нахо-
дится из перемножения средней
длины одного витка на число
витков.
Грубо можно найти длину
провода, а из неё —число витков
взвешиванием готовой катушки,
при известном весе 1 м провода, которым катушка намотана, и при
известном' весе каркаса. Вес каркаса можно определить*из изме-
рения внешних размеров, дающих возможность вычислить его
объём, а по удельному весу найти и вес каркаса.
5) Расчёт электромагнитов даёт обыкновенно весьма прибли-
зительные результаты, так как одна из главнейших величин —маг-
нитная индукция —для взятого сорта железа является неизвест-
ной. Вообще для получения наибольшей подъёмной силы при из-
готовлении электромагнитов необходимо иметь в виду следующее:
а) Магнитопровод (сердечник и якорь) должен представлять
собой замкнутый и притом наиболее короткий путь для силовых
линий. Этому условию наилучшим образом удовлетворяет форма
S0

Рис. 171, I- Образование барашка.
Рис. 171, II. Выправление барашка.
электромагнита Джоуля (рис. 156) или магнита для подъёмного
крана (рис. 159).
б) Подъёмная сила прямо пропорциональна площади сопри-
косновения якоря и сердечника.
Отсюда следует сердечник брать с возможно большим попе-
речным сечением и сечение якоря делать не менее сече-
Рис. 172. Станочек для намотки секций.
ния сердечника. Полезно якорь взять несколько шире полюсных
наконечников электромагнита.
в) Особенно важно обратить внимание, как это указано выше,
на притирку якоря к полюсным наконечникам. Даже малейшие
прослойки воздуха вызывают сильное уменьшение подъёмной силы.
Рис. 173. Парафинирование наматываемого проводника.
• г) Подъёмная сила зависит от числа ампервитков. Для кату-
шек без железного сердечника зависимость напряжённости поля
от числа ампервитков чрезвычайно проста и показана на рисунке 174.
Именно, для получения напряжённости поля Н = 1 эрстед необ-
91
ходимо взять 0,8 ампервитка (/ Z) на 1 см средней длины I пути
силовых линий. Таким образом:
Н =-^-
0,31
(1)
Магнитный поток, создаваемый катушкой с поперечным сечением
S, будет:
0 = = (2>
0,8/ v '
Так, например, если I = 4а, Z = 200 витков, S = 20 см2, I =•
= 50 см, то
. 4.200-20 ЛЛЛ
ф —----------_ 400 силовых линии.
0,8-50
Для катушек с замкнутым магнитопроводом из мягкого железа
зависимость магнитной индукции В от числа ампервитков / Z на
Рис. 174. Зависимость напряженности
магнитного поля от числа ампервитков
(для воздуха).
1 см средней длины пути сило-
вых линий иллюстрируется ри-
сунком 175. Нижним кривым
Рис, 175. Зависимость магнитной ин-
дукции (для чугуна и железа) от числа
ампервитков.
соответствуют величины ампервитков, показанные внизу графика;
верхним кривым —сверху графика.
Подъёмная сила F электромагнита выражается формулой:
F =
\ 5000 /
(3)
где В—магнитная индукция и S —площадь соприкосновения
якоря и полюсов сердечника* 1.
1 Сила F выразится в кГ, если В выражать числом силовых линий на
1 см2, S — в см2.
92
= 24 см, тогда требуется:
Рассматривая кривую намагничивания желзза, следует обра-
тить внимание на то, что наиболее выгодной является магнитная
индукция в пределах от 10 000 до 14 000 силовых линий на 1 см2,
что соответствует от 2 до 7 ампервитков на 1 см. Дальнейшее уве-
личение числа ампервитков вызывает сравнительно медленный
подъём кривой. Следовательно, для намотки катушек с наимень-
шим числом витков и для потребле-
ния возможно более слабого тока
надо при расчётах ориентироваться
на величину магнитной индукции от
10 000 до 14000 силовых линий на
1 см2.
Сделаем для примера следующий
приближённый расчёт. Пусть взят
сердечник и якорь указанной на ри-
сунке 176 формы, причём площадь
каждого из его полюсных наконеч-
ников равна 4 см2. Тогда, как это
видно из графика на рисунке 175,
для получения магнитной индукции
в 10 000'линий на 1 см2 надо 2 ампер-
витка на 1 см длины. Пусть длина
магнитопровода равна Lx + L2 = 15 + 9
I * Z = 2 x 24 = 48 ампервитков.
Подъёмная сила такого электромагнита будет равна:
F = (——f’S = /121!22Л2.2.4 = 32 кГ.
\ 5000 / \ 5000 /
Катушки для 48 ампервитков можно намотать в зависимости
от величины взятого тока, например при токе в 0,1; 0,5; 1; 2 а
и т. д. из 480; 96; 24 витков и т. д.
При определении наиболее выгодных при данных условиях
силы тока и числа витков,нужно иметь в виду следующее:
а) Во избежание перегревания, а следовательно, порчи обмоткй
необходимо брать поперечное сечение проводника из расчёта не
менее 5 а на 1 мм2.
б) При увеличении числа витков возрастает сопротивление,
что заставляет пользоваться для питания источником тока с боль-
шим напряжением. Между' тем дйя питания электромагнитов ча-
сто интересно пользоваться низковольтными источниками —дву-
мя-тремя элементами или аккумуляторами. Однако надо также
иметь в виду, что от этих источников нельзя получить тока
большой силы.
в) Обмотка не должна выходить слишком толстой; в против-
ном случае часть поля будет рассеиваться.
93
3. Измерение подъёмной силы небольшого электромагнита.
1) U-образный электромагнит. 2) Якорь с привязанной к нему платформой.
3) Разновес и гири в 1; 2; 2,5 и 10 кГ. 4) Один-два элемента или аккумулято-
ра. 5) Реостат. 6) Амперметр с делениями до десятых долей ампера.
Небольшой U-образный электромагнит укрепляют на какой-
нибудь прочной подставке (рис. 177). К его якорю привешивают
на проволоках или цепочках платформу для груза. Платформу
проще всего сделать из клеёной фанеры квадратной формы. Якорь
и платформу взвешивают на весах с небольшой точностью, напри-
мер до 10 Г. Электромагнит включают в цепь двух-трёх элементов
через реостат и амперметр с делениями до десятых долей ампера.
Рис. 177. Измерение подъёмной силы
электромагнита с помощью платформы
с грузами.
Рис. 178. Измерение подъёмной силы
электромагнита с помощью динамо-
метра.
Возбудив в электромагните небольшой, но определённый по
своей величине ток, например 0,1 а, прикладывают якорь и кладут
на платформу столько разновесок, чтобы Платформа отпала. Затем
опыт повторяют несколько раз, устанавливая силу тока в 0,2; 0,3;
0,4 а и т. д., каждый раз измеряя величину грузов, заставляющих
якорь отпадать.
Чтобы избежать утомительного подбора гирь, можно прибег-
нуть к измерению подъёмной силы с помощью динамометра
(рис. 178). Возможно также электромагнит подвесить к дина-
мометру до 10—20 кГ, а к якорю прикрепить кювету или жестяную
банку, в которую насыпать постепенно какую-либо сыпучую тару,
94
например дробь или в крайнем случае песок. Очевидно, что подъём-
ная сила электромагнита будет определяться из показаний дина-
мометра минус вес самого электромагнита. Пользуясь найденными
величинами, строят кривую, откладывая на оси ординат подъём-
ную силу в килограммах (т. е. вес груза) и на оси абсцисс —силу
тока в амперах.
4. Измерение подъёмной силы большого электромагнита»
1) Электромагнит (рис. 159) с якорем. 2) Мешок с песком или гиря весом
в 10 кг. 3) Деревянная рейка (2 м X 2 см X 5 ел). 4) Три-четыре элемента
или аккумулятора. 5) Реостат. 6) Амперметр.
Деревянную рейку А делят на 8—10 равных частей, причём
начало делений берут, отступя на 1—2 см от конца (рис. 179). Про-
ще нанести деления через каждые 20—25 см. Сделанные деления
отмечают краской или цветным карандашом и делают надписи:
0; 1; 2; 3 и т. д.
В начале первого деления и в конце его просверливают отвер-
стия: первое из них служит для привязывания рейки к якорю элек-
тромагнита, второе—для укрепления рычага на гвозде С или
шурупе, забитом, например, в притолоку двери. Электромагнит
прикрепляют к полу указанным на рисунке 178 образом. Получив
ток в электромагните, равный, например, 0,1 а, приставляют к
нему якорь и вешают на рычаг мешок Е с песком или гирю
весом в 5—10 кГ. Длину верёвки, привязывающей якорь электро-
магнита к рейке, надо при этом взять такой, чтобы рычаг занимал
горизонтальное положение. Затем осторожно смещают груз вдоль
рычага и получают, наконец, отрыв якоря. Судя по соотношению
величин плеч рычага и величины груза, вычисляют подъёмную силу
электромагнита. Затем производят подобные же измерения для сил
токов 0,2; 0,3 а и т. д.
На основании полученных результатов строят кривую, откла-
дывая по оси ординат подъёмную силу (вес отрывающего груза)
и по оси абсцисс —силу тока. Во избежание повреждения электро-
магнита рекомендуется укрепить его у самого пола. Груз также
надо подвешивать к рычагу так, чтобы он почти касался пола.
95
5. Зависимость подъёмной силы электромагнита от числа ам-
первитков. 1) Электромагнит. 2) Три-четыре элемента или аккумулятора.
-3) Реостат. 4) Амперметр. 5) Динамометр.
Назначение опыта заключается в том, чтобы показать, что
подъёмная сила одинакова, если число ампервитков не изменяется.
Для опыта нужен электромагнит, у которого от обмотки сделаны
ответвления с отношением чисел витков 1:2:3.
Опыт воспроизводится с помощью установки, показанной на
рисунке 178, и, как правило, даёт лишь приближённые результаты,
так как для витков, лежащих в верхних слоях катушки, в большей
мере сказывается явление магнитного рассеивания, чем для витков,
уложенных непосредственно на магнитопровод.
6. Подъёмная сила электромагнита при замкнутом и разо-
мкнутом магнитопроводе. 1) Электромагнит с разборным магнитопрово-
дом. 2) Чашка для подвешивания к якорю. 3) Разновес. 4) Один-два эле-
мента или аккумулятора.
Для опыта берут электромагнит с разборным магнитопроводом
{рис. 180—181) и включают его в цепь одного-двух элементов.
Рис. 180—181. Электромагнит с замкнутым и разомкнутым магнитопроводом
удерживает (при одинаковых силах тока) различные грузы.
К якорю подвешивают чашку и определяют нагрузку, при которой
происходит отрыв от электромагнита: 1) в целом виде (рис. 180)
и 2) без части магнитопровода (рис. 181). Опыт показывает, что
в первом случае при замкнутом магнитопроводе подъёмная сила
во много раз больше, чем во втором — при разомкнутом.
96
§11. Применение электромагнитов
1. Электрический звонок. Устройство электрического звонка
общеизвестно. При покупке не следует гнаться за дешевизной.
Следует покупать звонки наилучшего качества. Полезно иметь так-
же хотя бы один звонок с колоколом, работающим от тока освеще-
ния 120 в (рис. 182—183).
Клеммы звонков, предназначенных для работ, следует заменить
клеммами, показанными на рисунках 28—29 (т. III), или лучше
всего смонтировать звонки на подставках с выводами к клеммам
А и В (рис. 78, т. III).
Монтаж звонковой проводки
для постоянных установок по-
казан на рисунке 184.
Для исправного действия
звонка необходимо соблюдение
следующих условий (рис. 185).
1) Ударник F при соприкос-
новении якоря с железными
стержнями электромагнита не
должен подходить к чашке D
вплотную. Между чашкой и удар-
ником должен быть зазор, рав-
ный примерно 1 мм1.
Если же ударник не позво-
ляет якорю вовсе прижиматься
Рис. 182 и 183. Звонок в виде колоко-
ла для напряжения 120 в.
вплотную к стержням электромагнита, то ножку ударника следует
отогнуть.
2) Если пружина /С ослабла и не отодвигает якоря от электро-
магнита, звонок работать не будет. Для устранения этого недостат-
ка служит винт О. Этот винт следует посредством отвёртки повёр-
тывать (вращая его головку по часовой стрелке) до тех пор, пока
пружина К не отведёт якоря от электромагнита.
Если винт L не касается якоря или закручен настолько, что
якорь прижат вплотную к электромагниту, то звонок также рабо-
тать не будет. В первом случае винт L следует ввернуть настолько,
чтобы конец винта касался якоря. Во втором случае винт надо
вывертывать до тех пор, пока якорь под действием пружинки К не
отойдёт от электромагнита.
Регулировка звонка контактным винтом L производится под
током, т. е. когда звонок замкнут на элемент. Обычно опытным пу-
тём находят то положение винтов О и L, при которых звонок ра-
ботает наилучШим образом. Следует обратить также внимание на
роль контргайки с, навинченной на винт Ь. Назначение этой-контр-
гайки заключается в том, чтобы не позволять винту Ь при работе
1 При отсутствии такого зазора звонок может работать, но его звон стано-
вится неприятным, напоминающим скорее треск.
7 Физический эксперимент, том IV
97
Рис. 184. Монтаж звонковой проводки.
Проводка звонковой цепи делается
специальным проводником, называемым
звонковым. Этот проводник состоит из
одной медной жилы, обмотанной двумя
слоями ниток, пропитанных парафином.
Проводник укрепляется на стене при
помощи специальных гвоздей Л, имею-
щих полукруглую головку. Сначала
вбивают гвоздь А примерно до поло-
вины, затем, обернув вокруг него один
раз проводник, гвоздь забивают сов-
сем. Проводники должны на всём своём
протяжении идти параллельно, при-
мерно на расстоянии 2—2,5 см друг
от друга. К звонку и элементам про-
водники обычно включаются посредст-
вом спиралек. Для получения таких
спиралек проводник наматывают обык-
новенно на карандаш. При соединении
проводников их скручивают, затем
спаивают и обёртывают изоляционной
лентой.
звонка повёртываться в стойке с и тем самым нарушать сделанную
ранее регулировку звонка. Если контргайка d подвинчена так,
что плотно упирается в стойку с, то винт L трудно повернуть
даже с помощью отвёртки. Поэ-
тому в случае необходимости по-
вернуть контактный винт необ-
ходимо сначала плоскогубцами
отвернуть контргайку так, что-
бы она отошла от стойки, и
только после этого вращать
винт Л. После такой установки
винта L, при которой звонок ра-
ботает наилучшим образом,
контргайка должна быть закру-
чена до отказа, т. е. до тех пор,
пока она не прикоснётся плотно t
к стойке с. Звонок без контргай-
ки работать продолжительное
время не может: после того как
отрегулированный винт повер-
нётся несколько раз, отойдёт от-
якоря или прижмёт якорь к
электромагниту, звонок пере-
стаёт работать.
В продаже существуют звон-
ки, содержащие в корпусе, кро-
Рис. 185. Устройство электрического
звонка.
ме своего механизма, ещё
трансформатор, снижающий напряжение со 120 в до 4 в.
98
2. Цепь звонка с вызовом из одного или нескольких мест
(см. т. III, § 3, 2—5).
3. Цепь звонка С номератором. 1) Звонок. 2) Две-три звонковые
кнопки. 3) Два-три элемента. 4) Номератор.
Номератор сигнализирует путём появления в окошках цифры,
указывающей, из какого места сделан звонковый вызов (рис. 186).
Для прекращения действия звон-
ка и уборки сигнала нажимают
на рычаг А, Каждый из номерных
указателей часто представляет со-
бой реле, замыкающее цепь звон-
ка при отпадении рычага с номе-
ром (рис. 187, 188). Схема соедине-
ния номерных указателей и вклю-
чения в цепь номератора указана
на рисунке 189. Рис. 186- Номератор для вызова из
трех мест.
Рис. 187—188. Номер помещён на коленчатом рычаге и удерживается выступом на
якоре. При вызове якорь притягивается электромагнитом и освобождает номер,
который под действием тяжести падает в положение D. Выступ на рычаге
служит для приведения номера посредством стержня А (рис. 186) в исходное
положение.
В
ШИГ
Рис. 189. Схема включения номератора на три номера.
7*
99
4. Включение звонка в цепь освещения через лампу. 1) Звонок.
2) Кнопка. 3) Лампочка в 50—60 вт с патроном. 4) Сеть освещения.
Питание звонка через лампочку от сети освещения для постоян-
ных установок недопустимо, так как создаёт: 1) опасность в по-
жарном отношении и 2) возможность поражения током человека.
Рис. 190. Включение звонка через
лампочку в сеть освещения.
Рис. 191. Звонко-
вый трансформатор.
Рис. 192. Устройство звонкового трансформатора.
Наконец, при токе высокого напряжения происходит обгорание
контактов, благодаря чему звонок быстро выбывает из строя. Вре-
менная цепь для демонстрации в тех или иных целях собирается
указанным на рисунке 190 образом.
5. Питание звонка от звонкового трансформатора. 1) Звонок.
2) Кнопка. 3) Звонковый трансформатор. 4) Два плавких предохранителя.
5) Сеть освещения переменного тока.
Звонковый трансформатор «Гном» (рис. 191—192) включается
в цепь переменного тока клеммами 120 в обязательно через предо:
100
хранители В (рис. 193). Для включения цепи звонка служат две
любые из трёх клемм: 1, 2 и 3. Между этими клеммами, в зависи-
мости от взятой пары, напряжение тока обычно равно 6; 4 и 2 в.
О трансформаторах см. т. V, § 4, 2.
Рис. 193. Схема включения в осветительную сеть звонкового
трансформатора А.
ния пищика.
Рис. 194. Схема включе-
6. Пищик (зуммер). Схема устройства пищика подобна схеме
звонка и изображена на рисунке 194. Обмотка электромагнита А
присоединяется одним концом к батарее, а другим — к якорю В,
сделанному из тонкой стальной или железной пластинки. Кон-
тактный винт С присоединяется к другому полюсу батареи. Благо-
КН
даря малым размерам якоря можно получить большую частоту его
колебаний — от нескольких десятков до нескольких тысяч в
секунду. Очевидно, что пищик в этом случае будет служить источ-
ником звука, высота тона которого зависит от числа колебаний в
секунду.
Рис. 196. Пищик.
В продаже существуют два типа пищиков (рис. 195 и 196). Пи-
щик, изображённый на рисунке 196, предназначен для более силь-
ного тока, но даёт сравнительно низкий жужжащий тон. Для
Рис. 197. Модель телеграфа из набора по электромагнетизму.
изменения числа колебаний его якоря служат винты а и Ь. При.
налаживании пищика следует винтами а и & действовать осто-
рожно, чтобы не погнуть якоря.
102
Пищик, дающий более чистый и высокий звук, показан на ри-
сунке 195. Его контактный винт А снабжён контргайкой во избе-
жание развёртывания винта при работе. Регулировка винтом А
Рис. 198. Модель телеграфного аппарата.
производится до появления колебаний якоря; винтом В изменяют
число колебаний для получения тона желаемой высоты.
Пищик также можно сделать из электрического звонка, обре-
зав у него ударник, но такой пищик будет давать неприятный тре-
щащий звук.
Рис. 199. Телеграфный аппарат Морзе железнодорожного типа.
7. Телеграф. Из набора по электромагнетизму может быть
устроена модель телеграфа, знакомящая с принципом его дейст-
103
вия (рис. 197). Запись сигналов получают, передвигая по столу
лист бумаги в направлении, перпендикулярном к якорю.
Более или менее удовлетворительная модель телеграфа без ча-
сового механизма показана на рисунке 198. Лучше же всего вместо
моделей иметь в кабинете настоящий аппарат Морзе (рис. 199).
Схема пишущей части аппарата показана на рисунке 200. Рычаг,
Рис. 200. Пишущая часть аппарата Морзе.
способный вращаться около оси О, снабжён на одном конце якорем
из железной трубки А и на другом —металлическим колёсиком
В. Установочные винты С19 С2 служат для получения того или
иного размаха колебаний рычага. Пружина, степень натяжения ко-
Рис. 201. Телеграф с пищиком для звуковых
торой регулируется голов-
кой D, поднимает правый
конец рычага вверх и за-
ставляет погрузиться пи-
шущее колёсико В в ванну
Е с краской. Чистую ленту
помещают в ящик и, заста-
вив её обогнуть ролик F,
выпускают в щель I (рису-
нок 199). Закрыв ящик,
поднимают вверх рычажок
К и надевают на ролик L
ленту, после чего рычажок
вновь опускают. Завод ча-
сового механизма произво-
дится рукояткой. На аппа-
сигналов. рате, кроме пишущего при-
бора, установлены ключ,
гальваноскоп или миллиамперметр и громоотвод Р, Для приведе-
ния в действие аппарата Морзе (рис'. 199) нужно напряжение не
менее 20 в.
104
8. Телеграфирование звуковыми сигналами. 1) Пищик. 2) Ключ.
3) Один-два элемента.
Цепь телеграфа со звуковыми сигналами собирается из ключа,
пищика и одного или двух элементов (рис. 201). Пищик регулируют
так, чтобы он давал наиболее приятный для уха, чистый, музы-
Русский алфавит Телеграфный знак Междуна- родный алфавит Русский алфавит Те л е граф н ы й зн ан №е шй у на- родный алфавит
А • А р В
Б ом • • Ъ В с • • • S
В • — — W Т — 7
Г — — • G У • • — и
Д • • D ф • • — • F
Е,Э • Е X • • • • • • Н
Ж • • • — V и — • • С
3 •— — • • Z ч йе,б
И • • 1 ш Ch
Й • «—» ——- J щ — —» • — Q
к К ъ ь — • • — X
л • ом» • • L ы «а» • — «м» Y
м —• — М ю • • — —— Ue,ij
н —— • N я • — • — Ае,3
0 — — — 0 • •
п - — • Р • *“• • — • 9
1 • — — «» «ш 6 «ш» • • • •
2 • • 7 • • •
3 • • • — «ж 8 — —• — • <
4 • • • • «иве 9 —» —» — •
5 • • • •• 0 — — — — —
Рис. 202.
кальный тон. Нажимая на ключ, замыкают цепь на длинные и корот--
кие промежутки времени соответственно знакам азбуки Морзе
(рис. 202).
Такая установка, между прочим, хороша для изучения азбуки
Морзе начинающими радиолюбителями. При желании вести приём
105.
на телефонные трубки Т их включают параллельно обмотке пищика
так, как это показано на рисунке 203.
Для получения двусторонней связи установка собирается по
схеме рисунка 204. В этом случае необходимо взять ключи /С, и
Рис. 203. Схема телеграфа с пищиком для односто
ронней связи.
К2 Морзе с двумя контактами. Следует иметь в виду, что при такой
схеме может работать только один из ключей; работа же двумя клю-
чами одновременно невозможна. Если пищик поместить внутрь
Рис. 204. Схема телеграфа с пищиком для дву-
сторонней связи.
коробки и закрыть сверху каким-нибудь плохо проводящим звук
материалом, то обоим работающим можно поместиться в одной
комнате.
9. Телеграф с двусторонней связью. 1) Два пишущих аппарата
Морзе. 2) Два ключа Морзе. 3) Две батареи из одно го-двух элементов.
Установка телеграфа для односторонней связи собирается так
же, как и цепь, изображённая на рисунке 201, с той лишь разни-
цей, что вместо пищика включают пишущий аппарат Морзе. Для
осуществления двусторонней связи служит схема, показанная на
рисунке 205. Провод Д в этой схеме заменяет собой землю.
106
При передаче работать можно только одним ключом; другой
ключ должен находиться в положении, изображённом на рисунке
205.
Рис. 205. Схема телеграфа с двусторонней связью. Ki и К2 — ключи; и С2 —
телеграфные аппараты; В± и В2 — батареи.
Рис. 206—207. Демонстрационная модель станции телеграфа Морзе.
На рисунках 206 и 207 показан монтаж двух станций телеграфа
Морзе для демонстрационных целей.
107
10. Телеграф Морзе с реле. 1) Пишущий аппарат Морзе. 2) Реле.
3) Ключ. 4) Две батареи из о дно го-двух элементов.
Для иллюстрации установок телеграфа, работающего на боль-
шие расстояния, собирается цепь с реле, показанная на рисунке 208.
Реле употребляют в тех случаях, когда ток благодаря значитель-
ному сопротивлению телеграфной линии оказывается чересчур
слабым для приведения в действие телеграфного аппарата. Реле
состоит из электромагнита Л, способного даже при весьма слабых
токах притягивать к себе железный якорь В, укреплённый на од-
ной стороне рычага. Другой конец рычага при этом приходит в со-
прикосновение с винтом С и замыкает ток «местной» батареи D,
Рис. 209. Звонковое реле.
приводящей в действие аппарат Морзе К. На рисунке 209 показано
реле, употребляемое в звонковой проводке, работающей на значи-
тельное расстояние. Описание устройства телеграфных реле дано
в следующем разделе 11.
108
11. Телеграфное реле. Схема устройства обыкновенного теле-
графного реле показана на рисунке 210.
Использование реле для телеграфной передачи, в телефонных
станциях, при управлении на расстоянии (телемеханика) имеет
очень большое значение в современной электротехнике. Устрой-
ство реле, а равным образом и чувствительность их бывают очень
различны. Различают реле, замыкающее ток какой-либо цепи при
возникновении тока в линии, и реле размыкающее, которое размы-
кает ток при возникновении тока в линии. Реле того и другого ти-
па можно собрать из набора по электромагнетизму, а реле размы-
кания легко осуществить из обыкновенного электрического звонка
(рис. 209).
Рис. 210. Схема устройства телеграф-
ного реле.
Рис. 211. Схема поляризованного
реле.
Весьма чувствительное реле можно сделать из нулевого электро-
измерительного прибора или другого прибора с вращающейся
катушкой.
Иногда приходится ставить целую цепь реле. Первое реле очень
чувствительное, работающее, например, от токов фотоэлементов,
замыкает второе реле для более сильного тока (0,1—1 а) и воздей-
ствует на третье реле, способное замыкать очень сильный ток, при-
водящий в движение, например, мотор блюминга. Электронные
лампы являются также своеобразным реле.
Телеграфное реле обычно заделано в металлическую коробку;
через стекло крышки виден якорь Л, способный поворачиваться
вокруг изолированной от корпуса оси О. Полюсные наконечники
электромагнита NS при прохождении через него тока (клеммы 1
и 1) намагничиваются и заставляют якорь повернуться, коснуть-
ся винта В и тем самым замкнуть ток от местной батареи С. Если
ток в цепи прекращается, то для приведения якоря в прежнее, ука-
109
занное на рисунке 210, положение служит пружинка D. Степень
натяжения этой пружинки регулируется посредством винта Е.
Винт F служит для регулировки, благодаря которой якорь может
быть установлен на любом расстоянии от полюсных наконечников,
что позволяет получить различную чувствительность реле. Благо-
даря изолирующим прокладкам пружинка D винт F не прово-
дят тока от якоря на корпус. Более чувствительными являются
поляризованные реле. Такое реле изображено на рисунке 211. Для
поляризованного реле характерно, что обмотка электромагнитов
сделана на постоянном магните NS показанной на рисунке 212
формы. Таким образом, на полюсных наконечниках обмоток име-
ются одноимённые полюсы NNr; на конце железного якоря В, спо-
собного поворачиваться вокруг оси О, возникает полюс S.
Рис. 213. Установка
реле для перемен-
ного тока.
Рис. 214. Установка
реле для постоян-
ного тока.
Обмотка на катушке электромагнитов сделана обычным обра-
зом, благодаря чему при прохождении тока на одном из наконеч-
ников получается полюс 2V, усиливающий основной (N± + TV), на
другом —полюс S, ослабляющий основной +S). Контакт-
ные винты С и D посредством рукоятки Е могут быть установлены
двояким образом, т. е. так, что якорь В может находиться или на
осевой линии ОХ (рис. 213), или вправо от неё (рис. 214). Первая
установка соответствует питанию реле переменным током, напри-
мер от телефонного звонкового индуктора (магнето). Ясно, что пе-
ременный ток будет усиливать и ослаблять попеременно то один
наконечник, то другой, вследствие чего якорь начнёт колебаться
с частотой переменного тока и давать соответственное количество
прерываний в цепи батареи К.
Вторая схема соответствует обслуживанию реле постоянным
током. Под влиянием притяжения якорь, смещённый с середины,
будет прижат к винту С, При прохождении тока указанного на-
правления полярность левого наконечника ослабится (N 4- S) и
правого усилится (N + N), что вызовет смещение якоря к винту D.
После прекращения тока якорь вновь займёт положение, изобра-
жённое на рисунке 214.
ПО
12. Электромоторы, основанные на притяжении железа элек-
тромагнитом. Электромоторы описанного здесь типа вряд ли будут
полезны для демонстраций при проработке основного курса. Недо-
статок этих электромоторов заключается
действия не используется в современных
торах. Но при работе кружков
во втором концентре школы
самостоятельное их изготовле-
ние вполне уместно.
в том, что принцип их
технических электромо-
Рис. 215, I. Электродвигатель Фро- Рис. 215, П. Самодельный электро-
мана. двигатель Фромана.
На рисунке 215, I показан электродвигатель Фромана, состоя-
щий из U-образного электромагнита и якоря. В якоре имеются
четыре горизонтально расположенных железных стержня Д, притя-
гиваемых поочерёдно электромагнитом В, благодаря чему якорь
А
Рис. 216. Схема устройства
электродвигателя для вращения
гейслеровых трубок.
Рис. 217. Электродвига-
тель Якоби.
приходит во вращение. На валу якоря посажен прерыватель Сг
служащий для замыкания тока в цепи электромагнита. Благодаря
этому прерывателю магнитное поле возбуждается с момента, когда
два соседних стержня расположены симметрично по отношению
к полюсам электромагнита, до момента, когда притянутый стер-
жень достигнет полюсов. Самодельный электродвигатель такого
типа показан на рисунке 215, II.
111
В кабинетах можно встретить электродвигатель, предназначен’
ный для вращения гейслеровых трубок. Он состоит из железного
кольца А, имеющего внутри ряд выступов (горок) а, и электромаг-
нита Af, образующего якорь (рис. 216). Ток к электромагниту бла-
годаря прерывателю (на рисунке не показанному) подаётся, начи-
ная с момента, когда полюс находится против середины горки, до
момента, когда полюс достигнет конца выступа.
На рисунке 217 указано устройство первого электромотора, осно-
ванного на взаимодействии электромагнитов, построенного акад.
Якоби и применённого им для приведения в действие лодки. Tlpe-
Рис. 218. Простейшая модель электродвигателя Якоби.
подавателю на основе рисунка 217 нетрудно создать различные
конструкции для демонстрации принципа действия такого элек-
тромотора. Одна из наиболее простых конструкций показана на
рисунке 218.
13. Намагничивание постоянных магнитов током. 1) Намаг-
ничивание стальных брусков с помощью постоянных магнитов опи-
сано в § 1, 4. Недостаток этого способа в том, что намагничивае-*
мый брусок будет всегда намагничен слабее, чем тот магнит,
которым производится намагничивание. Поэтому для сильного
намагничивания следует пользоваться электрическим током.
2) Материал для постоянных магнитов. Чаще
всего преподавателю приходится намагничивать имеющиеся в каби-
нете магниты, размагниченные благодаря неправильному хране-
нию или обращению с ними. Среди этих магнитов можно встре-
тить также бруски из плохой в магнитном отношении стали, ко-
торую, вообще говоря, нельзя сильно намагнитить и которая при
хранении быстро теряет свой магнетизм.
112
Наилучшими сортами для намагничивания являются стали
вольфрамовые, хромистые и в особенности кобальтовые. Обрезки
(брусочки) таких сталей иногда удаётся достать на заводах, шеф-
ствующих над школой. Все эти материалы дают большую остаточ-
ную индукцию после выключения намагничивающего тока. Кроме=
того, они имеют высокую коэрцитивную (задерживающую) силу,'
что делает их устойчивыми в сохранении магнитных свойств.
Наилучшим материалом для намагничивания является спе-
циальная сталь, имеющая по стандарту марку. Из этой марки ста-
ли изготовляются, между прочим, магниты, выпускаемые Главуч-
техпромом.
3) Намагничивание постоянным и переменным
током. Для намагничивания прямого бруска его помещают в ка-
честве сердечника в катушку, по которой
более сильный электриче-
ский ток. Чем длиннее
катушка, тем сильнее и
однороднее будет результат
намагничивания. Намотка
специальных катушек для
намагничивания вряд ли
может быть осуществлена
пропускают возможно
В школе за отсутствием об- рИСв 219. Намагничивание U-образных маг-
моточного провода; с успе- нитов.
хом могут быть использо-
ваны катушки от разборного трансформатора (рис. 162) или на-
бора по электромагнетизму.
Наиболее же рационально обмотку сделать непосредственно на
магните, воспользовавшись обмоточным проводником ПЭ и ПБД
(т. I, § 1).
На подковообразные магниты лучше всего надеть две катушки,
которые охватывали 6bi оба конца по образцу рисунка 219. Важно
в случае, изображённом на рисунке 219, I, замкнуть магнит яко-
рем. Рисунок 219, II показывает способ намагничивания одной
катушкой двух U-образных магнитов. Сравнительно короткие
стальные пластинки для намагничивания присоединяют в качестве
якоря к полюсам сильного электромагнита. Для получения длин-
ных и тонких магнитов стальную проволоку или полотна от пил
сгибают кольцом и снабжают обмоткой.
Для питания намагничивающей катушки с малым числом вит-
ков следует брать возможно более сильный постоянный ток. Неред-
ко прибегают к пропусканию кратковременных, весьма сильных
токов, способных при более длительных нагрузках сжечь обмотку.
В этом случае нельзя, конечно, пользоваться аккумуляторами во
избежание их порчи и приходится брать ток от мотор-генератора.
Цепь при этом замыкают только на мгновение несколько раз под-
ряд и, если намагничивание оказалось недостаточным, повторяют
включение тока. Для получения автоматического разрыва цепи
8 Физический эксперимент, том IV
113
последовательно с катушкой включить самую тонкую проволоку
(d = 0,1 мм), которая при включении тока будет тотчас же сгорать
(рис. 118).
Возможно также для намагничивания пользоваться сильным
переменным током, включая для этого катушку на весьма корот-
кое время через рубильник в осветительную сеть. Намагничивание
производится за счёт экстратока размыкания, возникающего в мо-
мент сгорания проволочки а —«предохранителя» (рис. 118).
4) Намагничивание постоянным током в
убывающем переменном поле. Для получения воз-
можно более интенсивного намагничивания постоянным током надо
катушку с намагничиваемым бруском, питаемую постоянным то-
ком, поместить в переменное магнитное
поле, убывающее по своей величине. Этот
способ сравнительно прост и позволяет
получить весьма сильное намагничивание.
Для получения переменного магнитного
Рис. 221. Кривые, характеризую-
щие: А — намагничивание обычным
способом и С — при наложении на
постоянное поле убывающего поля.
Рис. 220. Намагничивание с
погружением в переменное
магнитное поле.
эдутри катушку A (d = 10—20 см) и обматывают её 2000—2500
витками проволоки ПЭ, ПБД или звонковой (d = 0,8—1 мм).
Катушку включают в цепь переменного тока через реостат и ампер-
метр и получают в ней ток силой около 5 а. Тело,- подвергаемое
намагничиванию, например стальной брусочек NS (вместе с намаг-
ничивающим его подковообразным магнитом С, питаемым постоян-
ным током), на короткое время вводят внутрь катушки А и затем
медленно вынимают. Брусочек окажется значительно более сильно
намагниченным, чем при намагничивании обычным способом без
«погружения» в переменное поле. На рисунке 221 показаны две
кривые, характеризующие намагничивание обычным способом (Л)
и при наложении на постоянное поле убывающего переменного
поля (С).
114
14. Размагничивание током. Для размагничивания удобнее
всего пользоваться переменным током. Бухту провода или катушку
(рис. 220) питают переменным током такой силы, чтобы максималь-
ная величина напряжённости переменного поля была больше на-
пряженности магнитного поля, которым было произведено
намагничивание.
Внутрь катушки помещают подлежащий размагничиванию маг-
нит (часто нужно бывает размагнитить случайно испорченные на-
магничиванием ручные часы) и затем медленно вынимают его и от-
носят на расстояние 1—2 м. Операцию производят несколько раз.
При отсутствии переменного тока можно размагнитить и в поле
постоянного тока. Для этого размагничиваемый магнит нужно
быстро вращать в поле (часы можно вращать на верёвочке) и посте-
пенно уносить из поля.
ГЛАВА ТРЕТЬЯ
ПРЕВРАЩЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ
В МЕХАНИЧЕСКУЮ
§ 12. Правила для определения направления взаимодействия
токов и магнитов
Для выяснения направления перемещения токов и магнитов,
взаимодействующих между собой и описанных в § 13 и 14, слу-
жат чертежи, изображённые на рисунках 222—231.
На этих чертежах стрелки обозначают: I —направление тока,
Н — направление магнитной силы и F — направление механи-
ческой силы, возникшей
Рис. 222. Взаимодействие
магнитного полюса и прямого
тока.
в результате взаимодействия.
1. Прямой ток и магнитный полюс.
Под влиянием взаимодействия между
прямым током I и магнитным полюсом N
последний испытывает действие силы F
и будет двигаться по окружности, центр
которой совпадает с осью проводника
(рис. 222). Четыре возможных случая
для полюсов N и S изображены на ри-
сунке 223 и показывают, что полюс N
будет двигаться по направлению сило-
вых линий тока, а полюс S — против
силовых линий. Проводник А в свою
очередь испытывает действие силы f и
будет двигаться (см. § 14,1) вокруг по-
люса по окружности, показанной на
рисунке 222 пунктиром. Если полюс и
ток одновременно способны к перемеще-
нию, то их движение будет происходить во взаимно противополож-
ных направлениях.
2. Круговой ток и магнитный полюс. Направления перемеще-
ния кругового тока и магнитного полюса для вгевозможных случаев
116
Рис. 223. Четыре случая вращения магнитных полюсов вокруг прямого тока.
Рис. 224. Четыре случая взаимодействия между магнитными полюсами и кру-
говыми токами.
показаны на рисунке 224, причём f обозначает силу, действующую
на магнитный полюс.
3. Параллельные токи. Параллельные токи одинакового на-
правления взаимно притягиваются, различного направления —
отталкиваются (рис. 225 и 226) (опыт § 13,2; § 13,3).
117
4. Перекрещивающиеся токи. Взаимодействие перекрещиваю-
щихся токов показано на рисунке 227. Токи стремятся занять
Рис. 226. Взаимодейст-
вие параллельных то-
ков противоположного
направления.
Рис. 225. Взаимо-
действие параллель-
ных токов одинако-
вого направления.
Рис. 227. Взаимодействие перекрещивающихся токов.
Рис. 228. Взаимодействие круговых токов.
такое положение, при котором они были бы параллельны и
одинаково направлены (опыт § 13, 4, 5).
118
5. Круговые токи. Взаимодействие двух круговых токов пока-
зано на рисунке 228. Если отталкивающиеся кольцевые токи мо-
гут иметь, кроме поступательного, еще вращательное движение,
то одно из колец повернётся вокруг своей оси 00 г и притянется
ко второму (опыт§ 13,5).
Рис. 229. Вращающие усилия, воз-
никающие в нитке с током в маг-
нитном поле
6. Круговой ток в однородном
поле. Такой ток будет испытывать
вращающее усилие в зависимости от
направления поля и тока (рис. 229).
Круговой ток в однородном по-
ле в положении III (рис. 229), за-
нятом им в результате поворота,
будет испытывать усилие, стремя-
щееся расширить или увеличить
окружность витка.
Рис. 231. Правило левой руки
для определения направления
перемещения тока в магнит-
ном поле.
Рис. 230. Правило Флеминга (трёх
пальцев левой руки) для определе-
ния направления перемещения тока
в магнитном поле.
Для определения направления перемещения тока в магнитном
поле чаще всего пользуются следующими правилами.
7. Правило Флеминга. Располагают пальцы левой руки, как
показано на рисунке 230. Если указательный палец поместить по
направлению поля, а средний по направлению тока, то большой
палец покажет направление перемещений проводника.
8. Правило левой руки. Левую руку располагают так, чтобы
ладонь была обращена к северному полюсу и направление пальцев
(считая от ладони к концам) совпало с направлением тока. Тогда
большой палец, отведённый в сторону, покажет направление дви-
жения проводника (рис. 231).
119
§ 13. Действие тока на ток
1. Гибкие проводники для наблюдения взаимодействия токов
и магнитов. Для целого ряда опытов, описанных в § 13 и 14, нуж-
ны гибкие проводники, т. е. такие, которые оказывали бы наимень-
шее механическое сопротивление при изменении своей формы. Луч-
ше всего такие проводники делать из пучка тончайших металли-
ческих лент, употребляемых при выделке некоторых тканей и
известных под названием «мишуры». Пригоден также так называе-
мый «золотой дождь», продаваемый в качестве украшения для но-
вогодней ёлки. Для придания компактности пучок можно слегка
скрутить или заплести в виде косы. Толщина пучка подбирается
в зависимости от силы тока; её надо взять такой, чтобы гибкий про-
водник не нагревался сверх меры. Концы пучка мишуры следует
припаять к подводящим ток проводникам. Можно также в каче-
стве гибкого брать проводник от телефонного шнура (т. III, рис. 6,
II), удалив оплётку и бумажную изоляцию.
Трудно достать изготовляемый для подводки тока к щёткам
динамо-машин чрезвычайно мягкий провод, сплетённый из тончай-
ших нитей. Иногда можно применять телефонный провод, выдержи-
вающий незначительный ток и состоящий из пучка тонких ниток,
обмотанных мишурой.
Обычный телефонный шнур (т. III, рис. 6, III), в котором нит-
ки обмотаны мишурой, для опытов с сильными токами не годится.
Можно пользоваться звонковым шнуром, пропуская ток парал-
лельно по обоим .проводам шнура.
2. Взаимодействие двух параллельных токов. 1) Два гибких про-
водника (/ = 50—70 см). 2) Штатив. 3) Источник сильного постоянного тока.
4) Реостат.
Два гибких проводника, например из мишуры или телефонного
шнура, укрепляют параллельно на штативе возможно ближе друг
к другу. Расстояние между проводниками делается равным 0,5—
1 см\ натягивать их не следует. Соединив верхние концы А и В про-
водников, включают ток к нижним С и D (рис. 232,1); тогда в про-
водниках потечёт ток противоположного направления, и провод-
ники оттолкнутся друг от друга. При пропускании тока одинако-
вого направления, для чего включают ток к соединённым попарно
верхним и нижним концам, проводники притягиваются (рис. 232,11).
При постановке опыта следует употреблять возможно больший
по величине ток, не менее 8—10 а, для получения ясной картины
притяжения или отталкивания. Эффектнее всего при демонстрации
пользоваться теневой проекцией (рис. 232), описание устройства
которой дано в § 22,3.
3. Спирали Роджета (Роже). 1) Прибор Роджета (рис. 233). 2) Два-
три аккумулятора. 3) Реостат. 4) Выключатель.
Прибор Роджета служит для демонстрации притяжения токов
одинакового направления*.
120
Прибор состоит из спирали А (I = 15—20 см; d = 3—4 см) иа
голой медной или алюминиевой проволоки (d = 0,8—2 мм), кото-
рая укрепляется на штативе (рис. 233). К нижнему концу спирали
подвешен небольшой грузик В с остриём, погружённым в чашечку
С со ртутью. Спираль поднимают так, чтобы конец контакта был
погружён в ртуть, но не касался дна чашечки. Через спираль про-
пускают сильный ток (10—20 а), включая ее в цепь посредством
клемм Е и F.
Для включения и выключения тока полезно включить в цепь
выключатель или рубильник. При прохождении тока каждый из.
витков спирали испытывает при-
тяжение со стороны соседних,
благодаря чему спираль укора-
Рис. 233. Спираль Роджета.
Рис. 232. Взаимодействие
параллельных токов в те-
невой проекции.
чивается и остриё контакта выходит из ртути, разрывая тем самым
цепь. Разрыв цепи ведёт к прекращению тока; спираль под влия-
нием собственной тяжести и веса грузика В удлиняется, и кон-
такт, погрузившись в ртуть, опять замыкает цепь. Спираль вновь
сокращается, затем удлиняется и т. д. и, таким образом, прихо-
дит в колебательное движение.
Для успешного действия спирали надо иметь в виду следующее.
Витки спирали должны быть расположены равномерно, т. е. на
одинаковых расстояниях друг от друга. Во-вторых, чем сильнее
растянута спираль, тем больший ток нужен для притяжения вит-
ков. Наилучшим источником питания для спирали служат несколь-
ко соединённых между собой параллельно аккумуляторов. Во
избежание возникновения чересчур сильного тока необходимо
включение реостата о сопротивлением, равным долям ома.
121
Для питания спирали ток с высоким напряжением (120 в) при-
менять не рекомендуется, так как между контактом и ртутью
•будет возникать дуга. Дуга, с одной стороны, вызовет быстрое
обгорание контакта, а с другой — испарение ртути, пары которой
ядовиты.
Спираль Роджета нетрудно изготовить самостоятельно; укре-
пить её можно на обычном лабораторном штативе.
4. Взаимодействие токов на станке Ампера, 1) Станок Ампера.
2) Ртуть. 3) Два-три аккумулятора. 4) Реостат.
Рис. 234. Станок Ампера с набором рамок.
Станок Ампера образуют две металлические, изогнутые на кон-
цах колонки А и В на деревянной подставке, к которым могут быть
подвешены проводники различной формы из набора (рис. 234).
Обычно в набор входят: кольцо С, виток прямоугольной формы D,
астатический виток F
и соленоид Е. Все эти
п ровоДни ки сдела ны
из толстой алюминие-
вой проволоки и снаб-
жены для подведения
к ним тока остриями
из серебра или чаще
всего стали. Острия
можно перемещать и
укрепить на отогну-
тых концах проволок
в любом месте с по-
мощью муфт с винта-
ми. Острия устанав-
ливают так, чтобы
они находились на
одной прямой с цент-
ром тяжести подвеши-
ваемой детали, и по-
мещают их в чашечки а и 6, в которые для получения наилучшего
контакта наливают несколько капель ртути с помощью пипетки.
Правильно подвешенная деталь должна опираться только на одно
остриё (лучше верхнее) и при своих поворотах не задевать другим
остриём за стенки чашечки. На F подвешивание надо обратить
самое серьёзное внимание и убедиться, что деталь при самых лёг-
ких прикосновениях бумажкой поворачивается; в противном случае
опыты или совсем не выйдут или потребуют весьма сильных токов.
Станок включают в цепь батареи из двух-трёх аккумуляторов
через реостат; возможно также пользоваться током от школьного
мотор-генератора через лампу в 500—1000 вт. Для успеха опытов
с контурами необходим ток не менее 10а. Для демонстрации уста-
новки соленоида под действием тока по линии магнитного мери-
диана нужен ток в 8—10 а.
122
Со станком Ампера можно проделать много опытов, иллюстри-
рующих взаимодействие токов и магнитов. Но большинство из них
в методическом отношении лучше показать с помощью иных при-
боров, а некоторые не стоит демонстрировать как не совсем до-
ступные для учащихся средней школы. Поэтому станок Ампера
имеет сейчас скорее историческое значение и, несмотря на довольно
большое распространение в школах, сравнительно редко идёт в
дело.
Опыты, которые могут быть с пользой продемонстрированы со
станком, следующие:
1) Соленоид в земном поле и взаимодей-
ствие соленоида с магнитным полюсом (см.
§ 14,1).
2) Взаимодействие кругового тока и маг-
нитного полюса (см. правило § 12,2). На станок наде-
вают круговой или прямоугольный контур и, пропустив через него
Рис. 235, I. Установка для опытов с плавающими проводниками.
Рис. 235, II. Устройство поплавков из пробки и
коробочки.
ток силой до 10 а, подносят конец стального.магнита, расположив
последний несколько наискось. Тогда контур поворачивается и
занимает положение, в котором его плоскость становится перпен-
дикулярной к оси магнита, и притом так, что направление тока
будет соответствовать показанному на рисунке 224.
3) В з а и м о д е й с т в и е параллельных токов
(см. правило § 12,3).
123:
Рис. 236. Рамки для опытов с плава-
ющими проводниками.
Прямолинейную часть контура L с рукояткой ставят параллель-
но одному из проводников прямоугольного контура D, подвешен-
ного на станок, и пропускают через них ток. В случае, когда токи
одинакового направления, обнаруживается притяжение; в против-
ном случае наблюдается отталки-
вание (рис. 225 и 226).
4) Взаимодействие
перекрещивающ ихся
токов (см. правило § 12,4).
Прямолинейную часть контура
L с рукояткой подносят к гори-
зонтальной части прямоугольно-
го контура D и наблюдают пере-
мещение последнего согласно
рисунку 227.
5. Плавающие проводники.
Плавающий элемент Де-ла Рива
в своё время поразил даже тако-
го искусного экспериментатора,
как Фарадей, своей простотой
и целесообразностью. Действи-
тельно, медленное движение в
воде происходит почти без тре-
ния. Кроме того, жидкость не
обладает трением покоя. Если
иголки, на которых должны вра-
щаться провода в станке Ампера,
обладают трением покоя и нужна
некоторая достаточно большая
сила, чтобы сдвинуть подвешен-
ный на них проводник, то пла*-
вающий проводник начинает дви-
гаться любой сколь угодно ма-
лой силой; от величины же силы
зависит только ускорение дви-
жения.
Элемент Де-ла Рива требует
кислоты, даёт пахучие газы, по-
чему его не всегда удобно при-
менять. Гораздо удобнее заставить проводники плавать в двух
ванночках с раствором медного купороса, через который к ним
можно подвести ток (рис. 235,1).
Опыты Производятся так: на двух табуретках на демонстрацион-
ном столе ставят две фотографические ванночки, размером 13 X
X 18 см, в которые наливают раствор медного купороса и с помощью
медных пластинок подводят ток от выпрямителя или аккумулято-
ров или даже от двух-трех элементов Лекланше.
В раствор пускают плавать две пробки или жестяные коробочки,.
124
к которым присоединены проводники, как показано на рисун-
ке 235,11. Плавать можно заставить проводники разной формы и про-
делать с ними все опыты, которые показываются на станке Ампера.
На рисунке 236, А изображён один, проводник А, плавающий в та-
ком положении, что к нему удобно приблизить другой проводник В.
При длине действующей части проводников А и В в 20 см ток в
2—3 а даёт уже заметное действие отталкивания, когда токи имеют
разное направление, и притяжения, когда они направлены одина-
ково.
Само собой разумеется, при больших токах силы взаимодей-
ствия будут значительнее и опыты более эффектны. В цепь тока,
Рис. 237. Прибор Поля для те-
невой проекции.
Рис. 238. Прибор Рис. 239. Прибор Эйхен-
Кольбе. вальда.
проходящего через подвижной проводник, удобно ввести пере-
ключатель, позволяющий быстро изменять направление тока. На
кольцо С и соленоид D можно действовать другим кольцом Е и
соленоидом или прямым магнитом.
6. Взаимодействие двух катушек. Для наблюдения взаимного
притяжения и отталкивания двух катушек служат приборы, изо-
бражённые на рисунках 237 и 238.
1) Прибор, предназначенный для теневой проекции (§ 22, 3),
изображён на рисунке 237. Недостаток его в том, что он требует
для своего действия сильного тока в 25—30 а. Прибор состоит из
двух катушек, сделанных из толстой медной или алюминиевой
125
Рис. 241. Взаи-
модействие гиб-
кого проводника
и катушки.
проволоки. Одна катушка А укреплена неподвижно, другая В под-
вешена на гибкой лент (или указанным на рисунке 237 образом).
При пропускании тока катушка В поворачивается так, что её
ось совпадает с осью катушки А и токи текут в одинаковом на-
правлении (см. правило § 12,5).
2) Самодельный прибор по Кольбе (рис. 238) состоит из двух
плоских катушек А и В, намотанных из нескольких десятков вит-
ков провода ПБ (d = 0,3—0,5 мм). Каждая из катушек подвешена
на гибком шнуре на штативе. При пропускании
тока одна из катушек поворачивается, чтобы занять
положение, при . котором токи будут параллельны
и будут течь в одинаковом направлении.
3) Прибор Эйхенвальда значительно лучше пре-
дыдущего и пользуется широким распространением
в школах (рис. 239—240). Прибор состоит из дере-
вянной подставки, на которой ук-
реплена горизонтально катушка А
(Z = 18—20 см\ d = 7—8 см). Ря-
дом на длинном (1 ж), гибком шну-
ре подвешена плоская катушка В,
намотанная из проводника ПБ на
картонном кольце, диаметр кото-
рого на 2—3 см больше диаметра
катушки. При пропускании тока
катушка В поворачивается так,
чтобы направление тока в ней ста-
ло параллельно и одинаково с то-
ком в катушке Л, и затем сама
надевается на эту последнюю. При
перемене направления тока в одной
из катушек катушка В слетает с
Л, поворачивается на угол 180° и вновь надевается.
Катушку Л для уменьшения тока, при котором происходило бы
взаимодействие катушек, нужно снабдить железным сердечником.
Подобный описанному прибор изображён на рисунке 241. Он
состоит из катушки Л, около которой подвешен петлей гибкий про-
вод В В из мишуры. При пропускании тока через катушку Л и про-
водник В последний расширит свою петлю и наденется на катушку
(см. правило § 12,6).
Рис. 240. Схема
движения ка-
тушки.
§ 14. Действие поля на ток
1. Прибор Фарадея для наблюдения электромагнитных враще-
ний. 1) Прибор Фарадея. 2) Два-три аккумулятора. 3) Реостат.
Прибор Фарадея для наблюдения электромагнитных вращений
можно встретить в «старых» кабинетах; в настоящее время эти при-
боры на рынок, к сожалению, не выпускаются, несмотря на то, что
некоторые опыты с ними очень ценны в методическом отношении.
126
Из существующих типов наиболее нужными являются приборы,
изображённые на'рисунках 243 и 248, и универсальный прибор с
взаимозаменяемыми частями (рис. 242). Последний прибор состоит
из подставки с уравнительными винтами, поддерживающейжолоб
D для ртути. На краюжолоба укреплена стойка Г-образной формы,
с помощью которой могут быть установлены: прямой магнит Л, два
прямых магнита В В и медная дуга С, способные вращаться вокруг
Рис. 242. Прибор Фарадея с на-
бором.
оси ООг с лёгким трением.
1) Закрепив на оси ООг универсаль-
ного прибора (или взяв прибор, пока-
занный на рисунке 243) прямой маг-
нит NS (рис. 244) с одним или двумя
отростками а и b так, чтобы концы
их были погружены в ртуть D, про-
пускают сильный постоянный ток.
Тогда по части магнита, лежащей вы-
ше жолоба D,
При-
Рис. 243.
бор Фарадея для
наблюдения вра-
щения магнита
вокруг оси.
течёт электрический
ток и образуется ма-
гнитное поле, пред-
ставленное на схеме
рисунка 245 для четы-
рёх возможных слу-
чаев. В первом слу-
чае (рис. 245, I) по-
люс N магнита распо-
ложен выше жолоба
со ртутью, и ток течёт
в направлении О/С; во
втором (рис. 245, II)—
от К к О. Третий и
четвёртый случаи со-
ответствуют положе-
нию, когда выше жо-
лоба D находится по-
люсЗ, т. е. магнит по-
ставлен Другим кон-
цом кверху, но ток
течёт различно, свер-
ху вниз (рис. 245, Ш)>
или снизу вверх (ри-
сунок 245, IV). Маг-
нит во всех случаях
придёт во вращение по направлению стрелок, так как его полюс N
или S, находящийся в поле тока, будет перемещаться в направле-
нии силовых линий или против них.
2) Описанный опыт оставляет некоторое недоумение у учащих-
ся благодаря тому, что сам магнит как проводник создаёт поле
тока и сам же приходит во вращение. Поэтому в методическом от-
127
ношении опыт выигрывает, если ему предпослать другой опыт, по-
местив на вращающейся оси ООг два магнита ВВ и расположив
одноимёнными полюсами в одну сторону (рис. 242). Тогда ток бу-
дет течь по проводнику ОК и создавать вокруг него магнитное
поле, в котором полюсы магнитов придут во вращение в направле-
ниях, показанных на рисунке 246 для четырёх возможных случаев.
Нужно продемонстрировать также случай, когда магниты обра-
щены в одну сторону разноимёнными полюсами и когда вращение
их будет отсутствовать при любом направлении тока в проводни-
ке. В приборе (рис. 242 и 243) полезно также пропустить ток через
весь магнит NS, а не только через его верхнюю половину ОК, что-
бы показать, что вращение в этом случае происходить не будет.
Действительно, при направлении тока от О к Ох полюс N будет
Рис. 244. Схемати-
ческое изображение
прибора для наблю-
дения вращения
магнита вокруг оси.
испытывать вращающее усилие (если смотреть сверху) по часовой
стрелке и полюс S —против часовой стрелки. Для лучшей види-
мости вращения магнит следует снабдить на проводниках а и Ь
бумажными флажками или закрасить в продольном направлении
полосами различных цветов.
3) После наблюдения вращения магнитов можно продемонстри-
ровать вращение медной дуги около магнитного полюса. Для этого
универсальный прибор собирают по схеме рисунка 247, надевая на
прямой магнит медную дугу С. При включении тока дуга, начинает
вращаться в направлениях, указанных стрелками на рисунках 248
и 249 для четырёх возможных случаев. Для разъяснения вопроса
428
о направлении вращения следует обратиться к рисунку 223 и
соответствующему ему тексту, а также сравнить рисунок 222 с ри-
сунком 249.
Рис. 246. Четыре случая вращения магнита в поле
прямого тока.
Рис. 247. Схематиче-
ское изображение при-
бора для наблюдения
вращения тока вокруг
магнита.
Рис. 248\ Четыре случая вращения токов вокруг
магнитных полюсов.
9 Физический эксперимент, том IV
129
4) Видоизменение опыта с вращающейся дугой показано на
рисунках 249 и 250. В этом приборе постоянные магниты отсутст-
вуют, и их заменяет обмотка Е, сделанная по краю жолоба D. При
пропускании через эту обмотку и дугу С тока последняя приходит
во вращение по часовой стрелке или против неё, в зависимости от
направления тока. Обмотка в этом случае
вызывает магнитное поле, подобное тому,
которое создалось постоянным магнитом. В
универсальном приборе подобная обмотка
сделана на кольце £, которое при этом
накладывается на подставку так, что жо-
лоб D со ртутью находится внутри обмот-
ки. Для приведения прибора в действие
нужен сильный ток, не менее 10 а, от двух-
трех аккумуляторов, включаемых во избе-
жание -их порчи через реостат. Возмож-
Рис. 249. Схематический
вид прибора, показанного
но также пользование током мотор-гене- на рисунке 251.
ратора, но в этом случае неред-
ко наблюдается порча острия,
на котором вращается дуга.
Для успеха опытов необхо-
димо отрегулировать вращаю-
Рис. 251. Самодельный прибор для демон-
страции вращения магнитного полюса во-
круг провода с током.
Рис. 250. Прибор для на-
блюдения вращения токов
в магнитном поле катуш-
ки Е.
щиеся части так, чтобы они поворачивались с наименьшим
трением.
5) Вращение магнитного полюса вокруг проводника с током
можно осуществить при помощи простого самодельного прибора
(рис. 251). Толстый медный провод В, присоединённый одним сво-
130
им концом к источнику тока, включается другим концом к этому
источнику посредством провода Л, удерживаемого рукой. Провод
В укрепляют вертикально и подвешивают на нити, как указано ,на
рисунке 252, стальную сильно намагниченную спицу NS. Важно,
чтобы свободный конец провода В находился не выше середины
спицы. Можно достигнуть, что конец спицы придёт во вращение
вокруг провода В, если для пропуска спицы отводить на мгновение
провод А в сторону. Опыт удаётся после некоторой тренировки.
Если переменить направление тока в проводе В, то вращение того
же полюса станет происходить в противоположном направлении.
2. Колесо Барлова. 1) Колесо Бар лова. 2) Два-три аккумулятора.
3) Реостат.
Колесо Барлова служит для демонстраций перемещения тока
в магнитном поле. Прибор состоит из сплошного или зубчатого ко-
лёсика А, способного вращаться вокруг горизонтальной оси с лёг-
ким трением (рис. 252, 253 и 254). Нижняя часть колеса погружена
в корытце В, наполненное ртутью и соединённое с одной из клемм
прибора В. Другая клемма а укреплена на металлической подстав-
ке, а следовательно, присоединена к оси колеса. При указанном
на рисунке 254 включении тока ток идёт от клеммы b через ртуть
по колёсику А к оси и отсюда в другую клемму а. При перемене по-
люсов источника ток пойдёт в обратном направлении.
На подставке прибора или несколько выше её, что более раци-
онально, помещён сильный магнит NS, создающий поле. Ток, те-
кущий через колесо, стремится переместиться в магнитном поле,
увлекает за собой колесо и заставляет его вращаться по часовой
стрелке или против неё. Для определения направления вращения
можно воспользоваться правилами левой руки и Флеминга (§ 19,
7 и 8).
131
9*
Для опыта берут ток силой до 10 а от двух-трёх аккумулято-
ров, через реостат. Можно также взять ток от мотор-генератора
через реостат, но это нежелательно, так как при вращении возник-
нет искрение и обгорание зубцов или края g
Рис. 254. Схематическое изо-
бражение прибора Барлова.
3. Отклонение магнитом проводника с током. 1) Штатив с двумя
лапками. 2) Гибкий проводник. 3) Прямой магнит. 4) Реостат. 5) Два-три
аккумулятора.
Рис. 255. Отклонение магни-
том проводника с током.
Рис. 256. Прибор для наблюде-
ния окручивания гибкого про-
водника с током вокруг магнита.
Рис. 257. Теневая проекция
прибора.
Гибкий проводник АВ из мишурных лент подвешивают верти-,.,
кально между двумя лапками штатива и пропускают через него
сильный ток (не забыть включить реостат!) от батареи аккумулято-’
132
Рис. 258. Прибор для наблю-
дения окручивания гибкого
проводника вокруг электро-
магнита.
ров или элементов (рис. 255). При поднесении к проводнику одного*
из полюсов магнита проводник изогнётся влево или вправо, в за-
висимости от направления тока и наименования полюса магнита.
4. Окручивание гибкого проводника вокруг магнита. 1) Штатив
с двумя-тремй лапками. 2) Круглый стальной магнит. 3) Мягкий проводник
из мишуры. 4) Коммутатор. 5) Два-три аккумулятора. 6) Реостат.
1) Прямой магнит WS с круглым сечением обёртывают тонким
слоем изолирующей ленты и закрепляют в лапки штатива (рис. 256).
Между двумя лапками В и С подвешивают гибкий проводник из
мишурных лент, заизолировав его кон-
цы от штатива. При пропускании силь-
ного тока через реостат от двух-трёх
аккумуляторов проводник ВС закручи-
вается вокруг магнита по винтовой ли-
нии. При перемене посредством комму-
татора направления тока проводник сна-
чала раскручивается, а затем снова за-
кручивается в противоположном направ-
лении.
2) За отсутствием подходящего маг-
нита можно взять вместо него железный
стержень и нанести на него в один-два
слоя обмотку из провода ПБ (d = 0,5—
0,8 мм), Для возбуждения этого элек-
тромагнита к нему включают батарею
аккумуляторов или элементов на 2—4 в,
В приборе с электромагнитом изменение
направления закручивания будет проис-
ходить при перемене направления тока:
1) в проводнике и 2) в электромагните.
Опыт хорошо удаётся при силе тока в
5—10 а и особенно эффектен (рис. 257)
в теневой проекции (§ 22,3).
3) На рисунке 258 показано видоиз-
менение описанного прибора. Электро-
магнит А сделан из отрезка газовой тру-
бы (Z = 40 см; d — 2,5—4 см), покрытой
обмоткой в два слоя из звонкового про-
вода. Концы обмотки приключены к двум
клеммам аа, к которым присоединяют
батарею на 4—6 в для возбуждения
электромагнита. Ток к гибкому провод-
нику В из мишуры подводится к клеммам Ь и Ь. Г-образная С и
прямая D поддержки для гибкого проводника делаются из железной
проволоки. Для создания наименьших препятствий при закручива-
нии и раскручивании проводника на электромагнит А полезно надеть
стеклянную трубку с кругло запаянным концом, как у пробирки.
133
5. Перемещение проводника в магнитном поле. Существует
очень много вариантов опыта, показывающего перемещение про-
водника в магнитном поле и служащего введением к изучению прин-
ципа электромотора, в частности для проверки или введения
правила левой руки. Здесь рассматриваются только наиболее
удачные варианты.
1) Движение плавающего проводника. 1) Деревян-
ная доска с двумя канавками. 2) Медный провод (/ = 30—40 см; d = 2—
3 мм). 3) Ртуть. 4) Сильный U-образный магнит или электромагнит.
‘5) Источник сильного постоянного тока. 6) Реостат.
Описываемый опыт из всей серии является наиболее убедитель-
ным и может быть легко осуществлён. Для опыта необходимо до-
стать сильный U-образный магнит — лучше всего от автомобиль-
ного магнето. Основание прибора образует доска (15 см X 30 см X
X 2 см) с двумя канавками А и В,
вырезанными стамеской или специаль-
ным рубанком (рис. 259). Важно, что-
бы верхняя часть канавки • (примерно
Рис. 260. Шаблон из трёх стре-
лок, обозначающих: ток, магнит-
ную силу, движение.
Рис. 259. Прибор для наблюдения пере-
мещения проводника в магнитном поле
(плавающий проводник).
до половины) была совершенно пряма и гладка; в случае недоста-
точно аккуратной работы стамеской канавку следует обработать
напильником. Концы канавок заподлицо заделываются парафином,
сургучом или менделеевской замазкой. Желательно на доске укре-
пить установочный винт, который позволил бы располагать верхнее
основание в горизонтальной плоскости. В канавки наливается ртуть
и в неё опускается проводник D, согнутый указанным на рисунке
259 образом. Важно, чтобы проводник при движениях не задевал
за края канавки; в частности, для этой цели следует загнуть концы
проводника. Для подведения тока к проводнику в канавки опуска-
ют концы проводов, присоединённых к клеммам а и Ь. Проводник
смещают по ртути так, чтобы его часть dd находилась около концов
магнита. Для получения наибольшей силы, воздействующей на
проводник, зазор между полюсами надо уменьшить, прикрепив к
ним железные пластинки. Нижняя пластинка будет держаться
собственной тяжестью; верхнюю необходимо подвязать тонкой про-
волокой. Однако при достаточно сильном токе можно обойтись и
без этих пластинок. При включении постоянного тока силой в
134
Рис, 261. Прибор для наблюде-
ния перемещения проводника в
магнитном поле.
15—20 а проводник D смещается вправо или влево, смотря по
вправлению тока. При повторениях опыта проводник D от руки
устанавливают указанным выше образом. Магнит может быть за-
менён железной U-образной полосой с намоткой для возбуждения
магнитного поля. Сначала наблюдают смещение проводника в одном
каком-нибудь направлении и выводят правило левой руки.
Желательно в качестве дополнения к прибору спаять три жестя-
ные стрелки, раскрашенные в разные цвета (рис. 260). Одна из них
1 с круглыми напайками на концах ( + и •) обозначает направление
тока, другая 3 изображает силовые линии поля и последняя 2 по-
казывает направление движения проводника. Такой шаблон-ука-
затель ставят соответствующим образом на прибор или около него.
Затем меняют направление тока, наблюдают перемещение провод-
ника в противоположную сторону и опять проверяют правило ле-
вой руки. В заключение перевёртывают магнит, меняя тем самым
направление поля, и производят два наблюдения для тока различ-
ного направления.
Ввиду необходимости иметь срав-
нительно сильный ток лучше пользо-
ваться постоянным током от школь-
ного мотор-генератора на 120 в, вклю-
чив сопротивление в 3—6 ом.
2) Движение проводника
В виде трапеции. 1) Штатив. 2) Гиб-
кий проводник. 3) Медный . или алюминие-
вый провод (Z = 6—8 см\ d=2—3 мм).
4) Два-три аккумулятора. 5) Реостат.
Наиболее распространённым при-
бором для наблюдения движения про-
водника в магнитном поле является
проводник Д, подвешенный в виде
гимнастической трапеции между полю-
сами U-образного магнита (рис. 261).
Самый проводник А делают из отрез-
ка голой медной или алюминиевой
проволоки (Z = 6—8 см\ d = 2—3 мм)
и подвешивают его на двух гибких
проводниках ВВ. В качестве таких
проводников очень подходящ мягкий телефонный шнур (т. III,
рис. 6, II). Его расплетают, снимают оплётку и удаляют всю бумаж-
ную изоляцию. Проводники делают длиной в 40—50 см и их
концы окручивают два-три раза вокруг проводника А. Место сое-
динения в случае, если проводник А медный, припаивают посред-
ством паяноля. Свободные концы проводников ВВ укрепляют в
лапках штатива или лучше всего присоединяют к двум клеммам,
установленным на небольшом деревянном брусочке. Этот брусочек
зажимают в лапки штатива. На том же штативе укрепляют также
135
небольшой, но сильно намагниченный U-образный магнит NS. По-
добный же прибор для силуэтной проекции (§ 22,3) показан на
рисунке 261. Включение проводника А в цепь двух-трёх аккумуля-
торов производится по схеме рисунка 262. В цепь надо ввести рео-
стат с ползунком и рубящий выключатель; желательно также
в предварительных испытаниях включить амперметр для оценки
силы текущего тока.
Рис. 262. Включение приборов в цепь.
Рис. 263—264. Четыре случая
перемещения проводника.
Опыт сводится к наблюдениям перемещения проводника для
четырёх случаев, показанных на рисунке 264, и к проверке правила
левой руки. На опыте легко подобрать силу тока, при которой от-
клонение трапеции становится достаточно заметным.
3) Движение катящегося проводника. 1) и-образный
магнит или электромагнит. 2) Медный голый провод (d = 2—3 мм), 3) Источ-
ник сильного постоянного тока,. 4) Реостат.
Своими силами нетрудно сделать прибор, изображённый на
рисунке 265, для наблюдения перемещения проводника в магнит-
ном поле. В доске укрепляют
два медных голых проводника
А и В и концы их присоеди-
няют к клеммам. Важно, что-
бы участки аа и bb провод-
ников были совершенно глад-
Рис. 265. Прибор для наблюдения движе- ^И, строго прямолинейны и
ния катящегося проводника. параллельны основанию при-
бора. Желательно укрепить на
доске установочный винт для того, чтобы приводить проводники аа
иЬЬ в горизонтальную плоскость. На проводники поперёк кладётся
136
отрезок D проводника, лучше всего алюминиевого как наиболее лёг-
кого. Если проводник расположить между концами U-образного
магнита и включить ток силой в 10—20 а, то проводник покатится
вправо или влево, в зависимости от направления тока. Наблюде-
ния производятся так, как это описано в предыдущем опыте.
Недостаток описываемого опыта заключается в том, что от на-
блюдения основного явления отвлекает учащихся образование
искр при катании проводника D.
Кроме того, эти искры вызывают выгора-
ние проводников, отчего сначала искрение
увеличивается и затем прибор требует замены
проводников А и В,
4) Движение гибкого проводни-
ка. 1) Штатив. 2) Гибкий проводник. 3) U-образный
магнит. 4) Два-три аккумулятора. 5) Реостат.
Прибор, описанный в опыте 2, может быть
упрощён. Гибкий проводник А из мишурных
лент подвешивают вертикально и свободно
между двумя лапками штатива или на под-
ставке и, пропустив через проводник ток,
подносят U-образный магнит (рис. 266). Про-
водник при этом отклоняется в положения,
показанные пунктиром, в зависимости от на-
правления тока и силовых линий. Можно
также сначала установить магнит и затем
пропустить через проводник ток. При переме-
нах направления тока проводник будет совер-
шать движения, подобные колебательным, что,
в частности, может служить введением к
Рис. 266. Прибор для
наблюдения перемеще-
ния проводника в маг-
нитном поле.
опыту § 14,6.
5) Демонстрация перемещения накалённого’
проводника. 1) Электромагнит с узкой щелью в магнитопроводе. 2) Ком-
мутатор. 3) Никелиновый проводник (/= 1—1,5 м; d = 0,3—0,8 мм). 4) Ре-
зиновая трубка. 5) Два штатива. 6) Две струбцинки. 7) Источник сильного
постоянного тока. 8) Реостат.
Описываемый опыт чрезвычайно эффектен и ценен тем, что пе-
ремещение проводника и занятое им положение хорошо видны в ка-
кой угодно большой аудитории. Для опыта необходимо иметь силь-
ный электромагнит с полюсными наконечниками, образующими
междуполюсное пространство в виде узкой щели, например из на-
бора «Трансформатор универсальный» (рис. 162). Такой электро-
магнит можно сделать также из разборного трансформатора.
Электромагнит включают в цепь постоянного тока от аккуму-
ляторов или мотор-генератора через коммутатор или (при сильных
токах) через рубящий переключатель для быстрой перемены на-
правления тока в обмотках. Так как эффект смещения проводника
137
будет тем больше, чем сильнее поле, то для. питания электромаг-
нита берут возможно более сильный ток, наблюдая, чтобы обмотка
не перегревалась.
• Между двумя штативами слабо натягивают никелиновый (но
не железный) проводник (/ = 70—100 см\ d = 0,3—0,8 мм), при-
ключив его к медным подводящим ток проводникам, привязанным
к двум отрезкам А А тонкой резиновой трубки (рис. 267). При от-
сутствии тока проводник должен слегка
Рис. 267. Прибор для демонстрации смещения
накалённого проводника.
Рис. 268. Установка для сдувания воль-
товой дуги магнитным полем.
провисать и проходить
точно в середине зазора
между по л юсного п рост-.
ранства электромагнита.
Проводник включают че-
рез реостат в цепь посто-
янного тока и для полу-
чения видимости провод-
ника его накаливают до
красного каления. Опыт
после ознакомления уча-
щихся с установкой де-
монстрируют в темноте или при
слабом освещении.
При включении электромаг-
нита проводник быстро смещает-
ся вверх или вниз. Меняя ком-
мутатором направление тока в
электромагните, наблюдают пе-
ремещение проводника в проти-
воположном направлении по
сравнению с первым опытом.
Затем меняют направление тока
в проводнике и производят наб-
людение его перемещения для
различных направлений поля электромагнита.
В предварительных пробах нетрудно подобрать степень накала
проводника и его натяжение, при котором получаются наилучшая
видимость и наибольшее отклонение. Чем сильнее накалён про-
водник, тем меньшее число опытов он выдержит.
6. Сдувание электрической дуги магнитным полем. 1) Электро-
магнит из набора «Трансформатор универсальный». 2) Два латунных стержня
(d = 5—10 мм). 3) Два угля для электрической дуги. 4) Штатив лабораторный
с двумя лапками. 5) Очки для защиты глаз. 6) Источник постоянного и пе-
ременного тока (100 в).
Пламя электрической дуги можно рассматривать как проводник
с током, поэтому на него оказывает воздействие магнитное поле.
Для демонстрации смещения электрической дуги в магнитном поле
зажимают в лапках лабораторного штатива два латунных стержня,
изолировав их от лапок посредством кусочков асбеста и располо:
138
с напряжением, равным
Рис. 269. Электрическая дуга
в магнитном поле.
жив их, как указано на рисунке 268. К стержням через сильный
электромагнит, взятый, например, от набора «Трансформатор уни-
версальный», подводят постоянный ток
'примерно 100—120 в, и получают дугу
'•между концами стержней при токе 5—
10 а. Дуга, если она находится вне поля
электромагнита, будет гореть несколько
секунд, обычно сползая вверх «по рогам»
под воздействием собственного магнит-
ного поля. Если же дугу расположить
в поле электромагнита, то она быстро
отбрасывается в сторону с характерным
резким звуком. Для опыта возможно
•использовать также переменный ток,
однако тогда вместо латунных стержней
нужно взять угольные.
Интересно также пронаблюдать.дей-
ствие магнитного поля на пламя элект-
рической дуги, помещённой между полю-
сами сильного магнита или в зазор
электромагнита, питаемого постоянным
током (рис. 269). Пламя такой дуги
принимает вид диска.
7. Повороты катушки с током в магнитном поле. 1) Спичечная
коробка. 2) Проводник ПБ (d — 0,2—0,3 мм). 3) Гибкий проводник (Z ==
= 60—80 см). 3) U-образный магнит. 5) Два аккумулятора или элемента.
6) Штатив с двумя лапками.
Описываемый опыт демонстрируется после наблюдения пере-
мещения проводника в магнитном поле (§ 14,5) и изучения пра-
вила левой руки. Опыт является необходимым введением к
Рис. 270. Простые приборы для изучения поворотов катушки в магнитном
поле.
139
рассмотрению устройства и принципа действия простейшего электро-
мотора постоянного тока. Наконец, опыт служит также для демон-
страции принципа действия измерительных приборов с вращаю-
щейся катушкой.
Берут спичечную коробку и обматывают её изолированной, про-
волокой ПБ (несколько десятков витков) или берут моток, как
это изображено на рисунке 270. Моток А подвешивают на двух
гибких проводниках или тонких длинных проволоках, отведя один
м
Рис. 271. Типичные слу-
чаи поворотов катушки в
магнитном поле.
из них Е вверх и другой F вниз и притом
так, чтобы проводники отходили от центра
верхнего и нижнего оснований мотка. При
таком способе подвешивания моток сможет
легко поворачиваться вокруг вертикальной
оси. Присоединяют проводники к аккуму-
лятору или элементу через реостат или
без него и пропускают ток через ка-
тушку.
Если поместить такую катушку в маг-
нитном поле, созданном подковообразным
магнитом WS, то она повернётся на неко-
торый угол (рис. 270) и затем остановится,,
заняв положение изображённое на
рисунке. Направление вращения катушки
будет зависеть от направления тока и на-
правления силовых линий магнитного по-
ля, в чём легко убедиться на опыте.
На рисунке 271 изображены концы
подковообразного магнита N и 5 и провод-
ники С и D в разрезе для типичных слу-
чаев. Применяя правило левой руки, мож-
но убедиться, что проводник С будет стре-
миться двигаться в направлении, указан-
ном стрелками с, и проводник D —в на-,
правлении стрелок d.
8. Принцип действия электромотора постоянного и трёхфаз-
ного тока. 1) Поворачивающаяся катушка, описанная в опыте § 9,6. 2) Один
или два элемента или аккумулятора. 3) U-образный магнит. 4) Контур из
проволоки с коллектором. 5) Модель электромотора.
Опыт служит продолжением опыта § 14,8, и заключается в де-
монстрации контура из железной проволоки с коллектором, опи-
санного ниже (рис. 272Х
Цель демонстрации — познакомить с принципом устройства
простейшего мотора постоянного тока.
При демонстрации полезно контур поместить между двумя ящи-
ками или табуретками, изображающими полюсы, создающие поле
(рис. 273).
140
Полезно также между полюсами поставить рамку с натянуты-
ми на ней верёвками, изображающими силовые линии.
Подобную модель контура в настоящее время выпускает Глав-
учтехпром (рис. 274).
Рис. 272. Контур для демонстрации принципа действия электро-
мотора с коллектором.
от линии возвращает её
Рис. 273. Демонстрационный контур,
изготовленный учащимися.
Опыт § 18,8 показывает, что катушка, придя в положение
(рис. 271), останавливается и не может продолжать движение. От-
клонение катушки вправо и влево
в то же положение в чём
можно убедиться на опыте.
Для получения непрерывного
движения катушки надо менять
направление тока в проводни-
ках в момент прохождения ка-
тушки через положение MMV
Это может быть сделано при по-
мощи коллектора. Для изучения
действия коллектора берут кон-
тур АВ, состоящий из одного
витка (рис. 272—275). Коллек-
тор в приборе состоит из двух
пластин С и D, присоединённых
к проводникам А и В так, как
это изображено на рисунке 275
подведения к витку тока.
Положим, например, что проводник А в данный момент нахо-
дится около северного полюса N (рис. 275). Очевидно, в этом про-
воднике А при указанном расположении знаков подведённого к
мотору тока ток будет идти к наблюдателю (♦) (рис. 276). В провод-
нике В будет идти ток от наблюдателя (X). Тогда, пользуясь пра-
вилом левой руки, можно выяснить, что проводники будут испыты-
. Две щётки Е и F служат для
441
вать вращающие усилия в направлении часовой стрелки и заставят
контур прийти в положение ММГ. Однако контур не останется в
этом положении, как это наблюдалось с катушкой, а будет продол*
жать вращение, так как в проводнике Л, перешедшем вправо от
Рис. 274. Модель контура Главучтехпрома.
линии MMlt направление тока переменится (влево от ММг было - г
вправо от линии ММ± стало X); по этой причине на проводник А
будет действовать сила, стремящаяся его вращать в том же напра-
влении, т. е. почасовой стрелке (рис. 275 и 276, II). Ясно, что пе-
Рис. 275. Типичные случаи для изучения вращения контура
с коллектором.
ремена направления тока в проводнике В в момент его прохо-
ждения через положение ММг также поведёт к непрерывному
вращению контура по часовой стрелке.
Таким образом, благодаря коллектору, изменяющему направ-
ление тока в моменты прохождения контура через положение MMlf
контур должен прийти в непрерывное вращение.
142
Рассмотрев принцип действия мотора на контуре, демонстри-
руют устройство и работу модели мотора.
Непрерывное вращение катушки, изображённой на рисунке270,
может быть получено и без помощи коллектора. Для этого следует
поворачивать магнит в направлении вращения рамки так, чтобы
рамка оставалась всё время между полюсами магнита (рис. 277}.
При поворачивании магнита будет смещаться положение ММг
(рис. 271), в которое стремится прийти рамка. Ясно, что рамка,.
I
Рис. 276. Рис. 277. При вращении магнита ка-
тушка приходит в непрерывное вра-
щение.
догоняя это положение, придёт в непрерывное вращение, продол-
жающееся всё то время, пока нами производится вращение магнит-
ного поля.
Изменение с помощью коллектора направления тока в провод-
никах в момент прохождения линии ММ.1 применяется для уст-
ройства моторов постоянного тока; вращение магнитного поля
используется в современных моторах переменного’тока. Одновре-
менным использованием трёх самостоятельных обмоток, питаемых
трёхфазным переменным током, можно, получить вращающееся
магнитное поле. При этом никакого механического движения
электромагнитов осуществлять не нужно; вращающееся поле
будет получаться при неподвижных электромагнитах.
Кроме того, никакого тока для питания катушки не нужно.
При замыкании её обмотки накоротко в катушке под действием вра-
щающегося поля будет индуцироваться ток, который, взаимодей-
ствуя с полем, вызовет вращение катушки.
9. Модель коллектора с автоматической сменой знаков полю-
сов. Значительный интерес представляет собой модель коллектора,
изображённая на рисунке 278. Такой коллектор можно сделать
своими силами и средствами. Основной частью коллектора является
кружок С из тонкой клеёной фанеры или картона с прикреплён-
143'
ными к нему двумя изогнутыми жестяными полосками А и В, изоб-
ражающими пластины коллектора. На этом кружке, окрашенном
в чёрный цвет, белой краской нарисованы два знака —(минуса).
Юколо каждого из этих знаков прорезаны по два квадратных сквоз-
ных оконца О, дополняющих знак —до знака + (плюс). Этот кру-
жок присоединяется к проволочному контуру и вместе с ним
Рис. 278. Модель коллектора с автоматиче-
ской сменой полюсов.
приводится во вращение
(рис. 272—274). Если те-
перь непосредственно под
этим подвижным кружком
поместить другой, остаю-
щийся неподвижным кру-
жок D, у которого одна
половина окрашена чёрным
и другая белым цветом, то
для зрителя левые оконца
будут казаться всегда чёр-
ными, а правые —белыми; благодаря этому слева от нейтраль-
ной линии ММ± зритель будет видеть всегда знак—(минус),
.а справа знак + (плюс).
Смена же знаков будет происходить в
момент прохождения через нейтральную
линию ММ,.
Рис. 280. Вращающийся виток с мето-
дически неудачным расположением
полюсов.
Рис. 279. Вращающийся ви-
ток и устройство коллектора.
10. Вращающийся виток. Главучтехпром для объяснений дей-
ствия электромотора постоянного тока выпускал специальный при-
бор, называемый вращающийся виток (рис. 279). На угловой
панели, служащей основанием прибора,расположен U-образный маг-
нит с двумя железными полюсными наконечниками. На вращаю-
щейся оси закреплена обмотка, выполненная из сравнительно тон?
.144
кой проволоки, которой благодаря обмотке лентой придан вид
одного витка. Этот виток присоединён к коллектору особой формы,
позволяющей устанавливать щётки F по-разному, т. е. пользоваться
коллектором из двух полуколец или полными кольцами. При уста-
новке щёток согласно рисунку 279 и питании прибора от бата-
реи 4—5 в виток приходит во вращение; направление же этого
вращения зависит от направления тока.
Можно щётки расположить иначе чем на рисунке 279, тогда
виток можно использовать для изучения поворотов контура в за-
висимости от направления тока (раздел 8). В настоящее время
Главучтехпромом выпускается менее удачная конструкция подоб-
ного витка с магнитом кольцевой формы (рис. 280). Такое кольцо
представляет собой два магнита полукольцевой формы, сложенные
одноимёнными полюсами, благодаря чему магнитное поле обра-
зуется внутри кольца между полюсными наконечниками, имеющи-
ми вид накладок. Объяснить устройство такого кольцевого
магнита возможно лишь учащимся X класса; для учеников же
VII класса вопрос оказывается чересчур сложным, а то и недоступ-
ным. Кроме того, на модели (рис. 279) применена неправильная
раскраска магнитов в отступление от принятых изображений: си-
ним— северного полюса и красным—южного полюса.
§ 15. Электромотор постоянного тока
1. Краткие сведения о конструкции мотора. Мотор, также как
динамо-машина постоянного тока, имеет чугунный корпус Л, внут-
ри которого помещены одна или несколько пар электромагнитов,
служащих для возбуждения магнитного поля (рис. 281). Чаще всего
встречаются моторы с четырьмя полюсами. Обмотки полюсов на-
деты на сердечники с полюсными наконечниками. Сердечники
укреплены на корпусе с помощью болтов. Полюсные наконечники
для ослабления токов Фуко делаются из тонких листов железа,
изолированных друг от друга. Обмотки полюсов соединяются меж-
ду собой так, чтобы каждые два соседних наконечника'имели раз-
ные магнитные полюсы. Для проверки правильности соединения
между собой обмоток полюсов пользуются магнитной стрелкой
(обмотки питают током от батареи).
В пространстве между полюсными наконечниками помещается
якорь Е, снабжённый коллектором-и укреплённый с помощью под-
шипниковых щитов D. Щиты D связываются с корпусом А посред-
ством болтов. Подшипниковые щиты делаются у закрытых
моторов сплошными, у открытых снабжаются отверстиями. Для наи-
лучшего охлаждения мотора на одном валу с якорем нередко укреп-
ляют вентилятор Z. Приспособление Г, служащее для держания
щёток, носит название щёткодержателя, или траверза. Число пар
щёток равно обыкновенно числу пар полюсов, т. е. у двухполюсной
машины одна пара, у четырёхполюсной —две пары щёток. Чаще
всего употребляются угольные щётки О, опирающиеся нормально
10 Физический эксперимент, том IV
145
на поверхность коллектора. Для нажима щёток на коллектор име-
ются пружины Р (рис. 282), иногда позволяющие регулировать
этот нажим. При слишком слабом нажиме щётки при работе могут
Рис. 281. Мотор с четырехполюсным индуктором (постоянного тока в
разобранном виде).
Рис. 282.
подпрыгивать, что ведёт к образованию искр и, следовательно,
порче коллектора. При очень большом нажиме происходит быст-
рый износ щёток и коллектора и наблюдается нагревание послед-
него. Щёткодержатель устанавливает-
ся так, чтобы щётки находились на
нейтральной линии, и затем после
пуска в ход их смещают в направле-
нии вращения на небольшой угол по
ходу мотора у шунтовых двигателей
и против хода у сериес до получения
наименьшего искрообразования. Уход
за щётками и коллектором описан
в т. I.
„ Провода от индуктора и якоря
УСщётокТВ° угольных выведены обыкновенно к клеммам на
• ' корпус электромотора. У малых мо-
торов таких клемм бывает обыкновен-
но две, у более крупных — четыре, из которых две соединены с ,
обмоткой электромагнитов и две с якорем. В последнем случае
146
легко произвести переключение индуктора и якоря в целях изме-
нения направления вращения или различного включения пуско-
вых и регулировочных реостатов. Каждый мотор снабжён таблич-
кой, на которой указаны фабричный номер, тип, мощность, напря-
жение и нормальное число оборотов (рис. 283).
Так как перемотка моторов постоянного тока требует сравни-
тельно длительных предварительных расчётов и, главное, специаль-
ных навыков, то в случае необходимости нужно обращаться к мон-
тёру, специализировавшемуся в области обмоток. Такая работа не
под силу рядовому преподавателю; желающих произвести пере-
мотку отсылаем к специальным руководствам. Схемы обмоток по-
казаны на рисунке 284.
Рис. 283. Данные мотора (рис. 302).
2. Типы электромоторов. Моторы постоянного тока, также как
динамо-машины, бывают трёх типов: моторы с последовательной
обмоткой (сериес, рис. 285), с параллельной (шунт или, вернее,
шёнт, рис. 286) и со смешанной (компаунд, рис. 287)*
1) Моторы сериес. У них обмотки индуктора CD и яко-
ря АВ соединены между собой последовательно (рис. 285). Так как
через обмотки индуктора течёт весь ток, поступающий в якорь, то
их делают из небольшого числа витков толстой проволоки.
Число оборотов мотора сериес меняется в широких пределах
в зависимости от нагрузки, именно: при увеличении нагрузки
уменьшается, и наоборот. Важным преимуществом мотора сериес
по сравнению с шунтовым служит то, что в момент пуска он даёт
наибольший вращающий момент.
Таким образом, там, где надо иметь различное число оборотов
и притом мощность мотора приблизительно постоянной, следует
употреблять моторы сериес. В частности, при постройке моделей
трамвая, электровоза, подъёмного крана и т. п. необходимо брать
моторы сериес,
10* 147
2) Моторы шунтовые. У них обмотки индуктора CD
и якоря А В соединены между собой параллельно (рис. 286), вслед-
ствие чего обмотку индуктора делают из большого числа витков
'тонкой проволоки. Число оборотов шунтового мотора меняется
в зависимости от нагрузки в незначительной степени, почему такие
моторы применяют там, где нужно скорость вращения иметь при-
близительно постоянной.
В момент пуска вращающий момент много меньше, чем у мото-
ров сериес.
Рис. 284. Простейшие способы обмотки барабан-
ного якоря в 4,8 и 12 секций.
ра шунт.
Рис. 286. Схема мото-
3) Моторы компаунд имеют на индукторе две обмотки —
одну В2> соединённую с якорем последовательно, и другую В13
включаемую параллельно (рис. 287). Так как мотбры компаунд в
школе не изучаются, то они в дальнейшем не описываются.
3. Модели электромоторов. 1) Демонстрационный
контур. Для ознакомления с принципом действия мотора
постоянного тока демонстрируют большого размера-контур из про-
148
волоки с коллектором из двух пластин (рис. 274). В кабинете такой
прибор, безусловно, необходим; за отсутствием его в продаже он
должен быть выполнен своими силами. Вопрос о применении при*
бора общеизвестен, рассмотрен во многих элементарных учебниках
и поэтому здесь не рассматривается.
2) Вращающийся виток (рис. 279) демонстрируется для
выяснения принципа действия электромотора постоянного’ тока
совместно с демонстрационным контуром (рис. 272).
3) Устройство модели простейшего мото-
р а. Описываемая ниже модель получила широкое распростране-
ние в школах благодаря простоте своего изготовления. Сделать
её надо силами учащихся в кружке (в количестве 15—20 экземпля-
Рис. 289. Простей-
ший самодельный
электромотор для
лабораторных работ.
Рис. 287. Схема мотора
компаунд.
Рис. 288. Самодельная
демонстрационная мо-
дель простейшего элек-
тромотора.
ров) и употреблять для лабораторных работ в VII классе (рис. 288,
289 и 290).
На железный гвоздь А2 или ровную палочку At надеваются
две железные пластинки и В2, изогнутые, как показано на-ри-
сунке 290, /, II и III. На пластинке наматываются 40—50 вит-
ков изолированного проводника толщиной в 0,25—0,5 мм (рис,
290, IV).
Концы Е и F обмотки присоединяются к пластинкам е и f коллек-
тора. Для изготовления коллектора на ось надевается кусочек ре-
зиновой трубки длиной в 15—20 мм. Из тонкой листовой меди или
жести вырезаются две полоски длиной в 15—20 мм и такой ши-
рины, чтобы каждая полоска, укреплённая на отрезке резиновой
трубки, занимала немного меньше половины его боковой поверх-
ности. Важно, чтобы пластинки е и f не касались друг друга. Пла-
149
етинки коллектора на резиновой трубке можно укрепить, обвязав
их на концах нитками или надев два кольца /си/, отрезанные от
резиновой трубки. Во избежание сдвигания пластин е и f до со-
прикосновения полезно залить сургучом щель между пластинками.
Проводники Е и F лучше всего припаять к пластинкам е и f кол-
лектора (рис. 290, V).
Рис. 290. Детали самодельного электромотора.
Для укрепления оси якоря вырезаются из жести две полоски Р
шириной в 10—12 мм и длиной в 10—12 см. На одном из концов
полосок на расстоянии примерно 3—4 см от края просверливается
отверстие О, другой конец загибается
и
прибивается гвоздями к
доске. Свободные концы
полосок сгибаются так,
как показано на рисун-
ке 291. Ось якоря встав-
ляется в отверстия под-
ставок . Необходимо,
чтобы эта ось вращалась
с наименьшим трением.
Если ось сделана из де-
рева, то в
удалив у
в отверстия О
Построенный мотор можно привести в действие,
ком от одного-двух элементов и воспользовавшись
магнитного поля U-образным магнитом.
Для подводки тока к пластинкам коллектора можно устроить
щётки М и N, сделав их из полосок тонкой жести или меди. Впро-
чем, можно обойтись без специально устроенных щёток, приложив
к пластинкам коллектора концы проводников от батареи.
Рис. 291. Якорь самодельного мотора.
дует вбить два тонких гвоздя С и
(рис. 290, /). Эти гвозди вставляются
D,
её концы сле-
них шляпки
подставок Р.
питая его то-
для создания
150
К мотору необходимо также сделать U-образный электромаг-
нит из согнутой железной полосы, обмотанной в один-два слоя
проводом ПБ или ПБД (d = 0,3—0,5 мм). Тогда на модели мож-
но показать два способа соединения обмоток якоря и индуктора—
параллельное и последовательное (рис. 285 и 286). Наконец, важно
заметить, что при последовательном соединении мотор пойдёт от
переменного тока, для чего его включают в цепь через ламповый
реостат.
В заключение ещё раз подчёркиваем большую методическую
ценность мотора для лабораторных работ в VII классе. Работа про-
водится в следующей
последовательности:
а) Наблюдают враще-
ние мотора с индукто-
ром в виде постоянного
U-образного магнита.
Ь) Повернув на 180°
постоянный магнит, об-
наруживают перемену
направления вращения.
с) Переменив направ-
ление тока в якоре, наб-
людают изменение на-
правления вращения.
d) Заменив постоян-
ный магнит U-образным
электрома гнитом, осу-
ществляют схемы пос- Рис. 292. Модель мотора для начальной школы,
ледовательного и парал-
лельного соединения индуктора и якоря (рис. 285 и 286).
е) Делают переключения по схемам рисунков 317 и 318, 320 и
321 для изменения направления вращения.
f) Включив, с мотором последовательно реостат, измеряют со-
противление последнего и наблюдают изменение числа оборотов.
4) Модель мотора Главучтехпрома для на-
чальной школы, в значительных количествах проникшая
в школу, показана на рисунке 292. Индуктор состоит из электро-
магнита с двумя железными изогнутыми пластинками АВ, обра-
зующими полюсные наконечники. Якорь состоит из катушки С
и коллектора с двумя пластинками. Мотор имеет две клеммы (4-
и —), позволяющие получить различные схемы соединения индук-
тора и якоря. Мотор требует для приведения в действие напряже-
ния в 3—4 в. Так как индуктор и якорь соединены между собой по-
следовательно, то такой сериес-мотор приводится в действие как
переменным, так и постоянным током. Включать мотор в сеть осве-
щения через ламповый реостат не рекомендуется ввиду сильного
искрообразования и обгорания пластин коллектора. В случае
использования переменного тока необходимо применять звонко-
151
152
вый трансформатор, снижающий напряжение до 4 в. Описываемая
модель недемонстрационна и скорее напоминает игрушку, чем фи-
зический прибор.
5) Набор по электромагнетизму Г л а в у ч-
те-хп рома, показанный на рисунке 293, предназначен для ла-
бораторных работ учащихся и позволяет, в частности, собрать
электромагнит, модель телеграфа (рис. 197), электромоторчик
(рис. 294) и изучать действие тока на магнитную стрелку, а также
Рис. 296. Якорь с тремя ка-
тушками и его коллектор.
Рис. 294. Электро-
мотор, собранный
из набора по элект-
ромагнетизму.
Рис. 295. Мёртвая
точка у коллектора
из двух пластин.
взаимодействие катушки и магнита. Погоня за универсализмом на-
бора привела к известной вычурности создаваемых приборов,’а
далеко невысокое качество и ненадёжность отдельных частей за-
ставляет автора воздержаться от
бора для лабораторных работ.
6) Модель мотора с
якорем из трёх кат у-
ш е к. Все описанные в преды-
дущем модели имеют мёртвую
точку, соответствующую поло-
жению щёток, показанному на
рисунке 295. В этом случае ток
источника, поступая через щёт-
ку Д, проходит в щётку В не
через обмотку якоря, а по од-
ной из пластин С коллектора
или по обеим вместе. Благодаря
этому получаются «короткие за-
мыкания» два раза в течение
каждого оборота якоря, что ве-
рекомендации приобретения на-
Рис. 297. Модели мотора с якорем из
трёх катушек.
дёт к излишней трате энергии
батареи. Наконец, якорь из мёртвого положения не способен на-
чать вращение самостоятельно, и его приходится. подталкивать.
От указанных недостатков свободны модели с трёхкатушечными
якбрями (рис. 296). Такие модели действуют от источника тока
153
с напряжением от 2 в, т. е. меньшим, чем все описанные выше типы.
Недостаток якорей с тремя катушками в том, что принцип их дей-
ствия очень далёк от моторов технического типа и требует длитель-
ного объяснения. Применять их можно там, где не объясняется
действие мотора, а лишь демонстрируется превращение электри-
ческой энергии в механическую.. При этом условии, конечно, без-
различно, будет ли модель закрытого типа или открытого (рис. 297).
Рис. 298. Модель мотора из набора «Конструктор» п
его устройство»
7) Модель мотора от набора «Конструк-
то р» (рис. 298). Модель имеет якорь В, состоящий из трёх кату-
шек с тремя пластинами коллектора. Магнитопровод CAD сделан
из тонких листов железа, благодаря чему нагревание его токами
Фуко незначительно.
Модель имеет схему сериес (рис. 285) и поэтому хорошо рабо-
тает от переменного тока 12 в (через трансформатор). Коммутатор
/С позволяет получить прямой и обратный ход.
8) Самодельные модели электромотора.
Выше было дано описание модели электромотора, рекомендуемого
благодаря исключительной простоте своего изготовления. Во ^не-
классных занятиях не только возможно, но и должно быть рекомен-
154
довано устройство моделей электромоторов более совершенного
типа, различные варианты конструкций которых показаны на ри-
сунке 299. Не имея возможности описывать устройство подобных
моделей, отсылаем читателя к книге: А. Абрамов и П. X л еб-
ни к о в, Самодельные электрические и паровые двигатели, Дет-
гиз, 1946. Однако укажем на некоторые важные положения, кото-
рые преподаватель должен иметь в виду для получения наиболь-
шего к. п. д. электромотора и экономии проволоки для его обмотки.
Как при конструировании электромагнитов, так и электромо-
торов самое пристальное внимание должно быть обращено на со-
здание магнитопровода с возможно меньшим магнитным сопро-
тивлением. Поэтому, во-первых, следует для изготовления сердеч-
Рис. 299, Различные типы самодельных электромоторов.
ника электромагнитов (индуктора), полюсных наконечников и
тела якоря «не жалеть железа», т. е. делать их с достаточно круп-
ным поперечным сечением. Во-вторых, конструируя, нужно
стремиться к тому, чтобы путь магнитных силовых линий в маг-
нитопроводе оказывался возможно более коротким. В-третьих, необ-
ходимо, чтобы воздушный зазор между якорем и полюсными нако-
нечниками являлся минимальным, для чего следует обращать вни-
мание на возможно большее приближение поверхности железного
тела якоря и полюсных наконечников к цилиндрической форме,
а также на центрирование якоря на оси. Обмотки якоря и индуктора
рекомендуется производить проводом одинаковой толщины (d =
= 0,3—0,5 мм) и соединять их последовательно, что, в частности,
позволит пользоваться для питания переменным током. В механи-
ческом отношении следует обращать внимание, чтобы щётки, обе-
спечивая надёжный контакт, не создавали с коллектором боль-
шого трения.
9) Электромотор для швейной машинки
полезен как источник двигательной силы, т. е. для приведения во
вращение некоторых приборов (рис. 300, 301). Такой электромотор
рассчитан на питание от сети переменного тока с напряжением
127 в или 220 в. Мощность электромотора около 50 вт. Наибольшее
число оборотов 5000 об/мин; это число может быть уменьшено при
,помощи прилагаемого к мотору реостата. Мотор заделан в карбо-»
литовый корпус, и поэтому устройство его не видно. Для привода
165
от мотора служит шкив С с надетым на него резиновым кольцом;
если же это кольцо снять, то на шкив можно надеть круглый ре-
мень. Известное удобство представляет также то, что к мотору
Рис. 300. Реостат к мотору для швейной машинки.
К
Рис. 301. Электромотор для приведения в действие швейной машинки.
прилагается кронштейн О для крепления мотора около маховичка
обычной швейной машины.
156
Мотор имеет барабанный якорь А с соответствующей обмоткой
и коллектором В, ток к которой подаётся посредством двух уголь-
ных щёток. Индуктор состоит из двух полюсов в N и S и включён
по схеме сериес, т. е. последовательно с якорем (рис. 301). Реостат,
служащий для пуска в ход мотора и изменения числа оборотов,
снабжён педалью D, нажим на которую производят ногой или ру-
кой. Оригинально устройство реостата, состоящего из стопок уголь-
ных пластинок / и К, заключённых в фарфоровый корпус. При на-
жиме на педаль D пластинки уплотняются между собой, благодаря
чему сопротивление реостата уменьшается.
10) Электромотор К и.н о м е х п р о м а, показан-
ный на рисунке 302, ценен не только как источник двига-
тельной силы, но и в качестве пособия для изучения устройства
двухполюсного электромотора. Конструкция его корпуса такова,
что хорошо виден коллектор со щётками, возможно также увидеть
обмотки индуктора. Электромотор легко разобрать и вынуть для
демонстрации якорь, почему он является ценнейшим пособием для
средней школы.
Мотор — типа сериес (с последовательным соединением якоря
и индуктора) и поэтому может быть приведен в действие как по-
стоянным током, так и переменным с напряжением 100—120 в.
Мощность электромотора 0,3 кет, число оборотов 3000 в минуту.
4. Пусковой реостат.
1) Схемы соедине-
ния. Только совсем мало-
мощные МОТОрЫ ПОСТОЯН-
НОГО' тока и их модели мо-
гут быть включаемы в цепь
непосредственно. Моторы
постоянного тока промыш-
ленного типа обязательно
требуют для своего пуска
специального реостата для
уменьшения силы тока в
момент включения.
В момент включения
мотора, когда его якорь
неподвижен, сила тока бу- рис 302. Электромотор от киноаппарата.
дет равна
где U — напряжение сети и г — внутреннее сопротивление мотора.
Так как сопротивление мотора весьма мало, то сила тока достигает
такой огромной величины, которую обмотка якоря выдержать не
может, и мотор сгорит. Во время хода мотора в его якоре индуци-
157
руется электродвижущая сила, тем большая по величине, чем боль-
ше число оборотов, и направленная против электродвижущей силы
источника тока, питающего мотор. Индуцированную электродви-
жущую силу электротехники называют противоэлектродвижущей
силой. Сила тока, текущая через мотор при его вращении, будет:
где е—противоэлектродвижущая сила. Рассмотрение формулы
(1) показывает, что в момент включения мотора сила тока будет
являться наибольшей:
е=О; I
U
г
и затем будет постепенно падать до некоторого предела по мере
увеличения числа оборотов.
Рис. 303. Схема включения пус-
кового реостата.
Рис. 304. Схема (теоретическая)
включения пускового реостата.
Для уменьшения величины тока в момент включения и в после-
дующее время до тех пор, пока мотор не приобретёт нормального
числа оборотов, служит пусковой реостат. Пусковой реостат имеет
обычно три клеммы для включения, обозначенные на рисунке 303
буквами L, М и
Теоретическая схема правильного соединения реостата и шун-
тового мотора показана на рисунке 304. Здесь один из подводящих
158
ток проводников Р включён к якорю и индуктору, соединённым
между собой через точки АС. Другой провод N от сети приключают
к клемме L реостата, т. е. рукоятке переключателя. Конец обмотки
D индуктора соединяют с клеммой реостата Л4, благодаря чему при
Рис. 305 и 306. Практические схемы присоединения
пускового реостата при правом и левом ходе для
шунтового мотора.
Рис. 307/ Неправильная
схема включения пусково-
го реостата.
пуске (т. е. передвижении рукоятки с холостого контакта О на кон-
такт 1) индуктор включается в цепь непосредственно (рис. 304)
или сначала через сопротивление (рис. 303).
Рис. 308 — 309. Практические схемы присоединения пусковсго реостата при
правом и левом ходе для мотора сериес.
' Провод В от обмотки якоря присоединяют к клемме 7? реостата,
благодаря чему при пуске в ход якорь оказывается включённым
через сопротивление, которое затем постепенно выводят.
15&
Схемы включения пускового реостата при правом и левом ходе
даны на рисунках 305 и 306.
На рисунке 307 показана неправильная теоретическая схема
включения, которую в VII классе приходится давать учащимся,
чтобы не осложнять вопроса. Здесь реостат включён в общую цепь
индуктора и якоря, благодаря чему ток в индукторе, а следова-
тельно, и магнитное поле нарастают тоже постепенно, между тем
как для получения наибольшего вращающего момента во время
пуска надо иметь достаточно сильное магнитное поле. На рисун-
ках 308 и 309 показаны практические схемы включения пускового
реостата к мотору с последовательным возбуждением (сериес). В
этом случае надобность в клемме М пускового реостата отпадает.
Пусковые реостаты обыкновенно продаются вместе с моторами.
В качестве пусковых в школе могут быть использованы обыкновен-
ные реостаты с переключателем или за их отсутствием водяной
реостат, описание’конструкции которого дано в томе I.
2) Значение пускового реостата. 1) Модель или
мотор постоянного тока малой мощности. 2) Реостате ползунком. 3) Ампер-
метр. 4) Батарея. 5) Ключ или рубильник.
Для демонстрации значения пускового реостата собирают цепь
из модели или мотора малой мощности М реостата с ползунком,/?,
амперметра Д, ключа или рубильника К и батареи В с соотьет-
Рис. 310. Схема включения пускового реостата и модели.
ствующим мотору напряжением (рис. 310). Выведя сопротивление
реостата и удерживая якорь мотора за шкив рукой, замыкают на
короткое время цепь и по амперметру обнаруживают, что через
мотор течёт сравнительно сильный ток. Затем, освободив якорь,
вводят всё сопротивление реостата й, замкнув цепь, по амперметру
отсчитывают силу тока, которая в этом случае будет много меньше,
чем в первом. Постепенно выводят сопротивление реостата и наблю-
дают изменение силы тока. Если сопротивление реостата не слиш-
ком велико, то сила тока по мере увеличения числа оборотов мо-
тора будет уменьшаться.
160
3) Зависимость силы тока от нагрузки
МОТОра. 1) Модель или мотор постоянного тока малой мощности. 2) Ре-
остат с ползунком. 3) Амперметр. 4) Батарея. 5) Ключ или рубильник.
Установка, как и в предыдущем опыте, собирается по схеме
рисунка 310, причём включение реостата для моделей не обяза-
тельно.
Пустив в ход мотор и дав развить ему нормальное число оборо-
тов, затормаживают осторожно якорь рукой, для чего прижимают
к шкиву какую-нибудь деревянную палочку. Амперметр покажет,
что по мере увеличения торможения, т. е. возрастания нагрузки,
сила тока через мотор увеличивается.
5. Измерение мощности мотора (см. o'. II).
6, Изменение числа оборотов мотора. Число оборотов электро-
мотора постоянного тока можно изменять с помощью нескольких
способов:
1) Включение реостата последовательно
с мотором. Изменяя сопротивление реостата 7?, включённого
последовательно с мотором, можно полу-
чить различное число оборотов у мотора
как с последовательным, так и с парал-
лельным возбуждением (рис. 310). Имен-
0я

Я
Рис. 312. Схема для измене-
ний числа оборотов у шунто-
вого мотора.
Рис. 311. Установка для изменения чи-
сла оборотов у модели мотора.
но: при уменьшении сопротивления реостата скорость будет возра-
стать и при увеличении сопротивления — убывать. Демонстриро-
вать это явление можно, включив последовательно с моделью мо-
тора реостат (рис. 311) с ползунком или ламповый. Недостатками
описанного способа являются, во-первых, значительное уменьше-
ние мощности при небольших числах оборотов и, во-вторых, не-
возможность получить совсем малое число оборотов.
2) Включение реостатав цепь якоря. Почти
свободен от указанных недостатков способ изменения числа обо-
ротов при помощи изменения силы тока в якоре мотора при неиз-
менной величине тока возбуждения. Для этого можно пользоваться
у шунтового мотора схемой включения пускового реостата (рис.304)
И Физический эксперимент, том IV 161
или для небольших моторов пользоваться схемой, показанной на
рисунке 312. В последнем случае у шунтового мотора включают
возбуждение непосредственно в цепь без реостата. Подводящие
ток провода Р и О замыкают на такое достаточно большое сопро-
тивление R, чтобы сила тока через него была по возможности наи-
меньшей. Действительно, ток, текущий через это сопротивление,
будет давать непроизводительные потери, для уменьшения которых
его надо сделать наименьшим. При пуске в ход постепенно сдви-
гают ползунок реостата от положения а к положению b и тем са-
мым увеличивают силу тока в якоре и напряжение на клеммах
последнего, благодаря чему число оборотов будет постепенно воз-
растать.
Рис. 314 и 315. Схемы для получения очень боль-
шого числа оборота для шунтового мотора с пуско-
вым реостатом и без него.
Рис.313. Схема для изме-
нения числа оборотов у
мотора сериес.
Схема включения реостата R для изменения числа оборотов
мотора с последовательным возбуждением показана на рисунке 313.
Здесь реостат должен быть взят с небольшим сопротивлением. При
перемещениях ползунка от положения а к b число оборотов будет
постепенно возрастать.
Осуществление схемы (рис. 313) позволяет получать любое чи-
сло оборотов в довольно широких пределах, причём мощность из-
меняется не так сильно, как при пользовании реостатом, включён-
ным в цепь последовательно со всем мотором (рис. 310).
Соответствующие демонстрации можно провести на моделях.
3) Включение реостата в цепь возбужде-
ния. Для получения очень большого числа оборотов шунтового
мотора в цепь возбуждения вводят реостат г с большим сопротив-
лением и при этом включают обычным образом пусковой реостат R
(рис. 314—315). Надобность в пусковом реостате отпадает, если
взять мотор малой мощности или модель (рис. 298—302). После
пуска в ход при выведенном сопротивлении реостата г смещают его
ползунок или рукоятку от положения s к положению t и тем самым
162
уменьшают силу тока, а следовательно, и магнитный поток возбуж-
дения. По этой причине мотор весьма сильно увеличивает число
оборотов, которое может быть сделано сколь угодно большим. Од-
нако следует помнить, что при слишком большом числе оборотов
обмотка якоря под влиянием центробежной силы может быть ис-
порчена. Схема включения реостата для получения большого числа
оборотов у мотора сериес показана на рисунке 316.
Рис. 316. Схема получения
очень большого числа обо-
ротов у мотора сериес.
Рис. 317 и 318. Схемы для изменения на-
правления вращения у шунтового мотора. Два
способа, позволяющие изменить вращения по
сравнению со схемой рисунка 286.
В рассматриваемом случае после пуска в ход постепенно выво-
дят сопротивление, перемещая рукоятку от а к ft, и тем самым
число оборотов увеличивают сверх нормального. Здесь надо быть
также осторожным с моторами технического типа, так как центро-
бежной силой обмотка может быть сброшена с якоря.
7. Изменение направления вращения у электромотора. При
перемене местами проводов, подводящих ток к электромотору от
источника, т. е. при изменении направления тока, якорь электро-
мотора будет вращаться в том же направлении, что идо переклю-
чения.
Чтобы изменить направление вращения, необходимо переклю-
чить между собой обмотки якоря или возбуждения, т. е. вместо
соединений, показанных на рисунках 285 и 286, сделать переклю-
чения по схеме рисунков 317, 318, 319 и 320.
Так, у шунтового мотора (рис. 286) можно поменять местами
только одни проводники, подводящие ток к зажимам А и В якоря
(рис. 317), или пересоединить только проводники, включённые к
клеммам С и D возбуждения (рис. 318). У мотора сериес (рис. 285)
нужно поменять местами проводники у одного якоря АВ (рис. 319)
или у одного возбуждения CD (рис. 320).
Практические схемы присоединения моторов к сети через по-
средство зажимов на дощечке при правом и левом ходе и включе-
ние пускового реостата показаны на рисунках 305 и 308.
11* 163
Таким образом, для изменения направления вращения у мотора
постоянного тока надо сделать пересоединение обмоток якоря или
возбуждения так, чтобы ток изменил своё направление только в
одном якоре или только в одном возбуждении. Демонстрировать это
явление можно на лю-
бом моторе или модели.
8. Автоматический
регулятор числа оборо-
тов. В книге «Техника
физического экспери-
мента» под редакцией
Иоффе описано простое
приспособление для под-
держания числа оборо-
тов мотора неизменным
(рис. 321 и 322).
Мотор М включён
Рис. 319—320. Схемы для изменения направле- через два реостата /?х И
ния вращения у мотора сериес (рис. 285). Т?2. Посредством первого
реостата создаётся то
число оборотов, которое необходимо сохранить неизменным. В виде
шунта к некоторой части реостата /?2 включена Ш-образная стек-
лянная трубка, укреплённая на вертикальной оси, связанной непо-
средственно или при помощи фрикционной, зубчатой или ремённой
передачи с валом мотора Л4. Трубка примерно на 2/3 заполнена
ртутью. В средний отросток погружён проводник С. При достиже-
Рис. 321—322. Схема включения автоматического регулятора числа оборотов.
нии некоторого определённого числа оборотов ртуть в среднем
отростке опустится настолько, что проводник С выйдет из ртути
и в цепь мотора.включится сопротивление R2. Мотор замедлит своё
вращение, ртуть вновь поднимется и замкнёт контакт, благодаря
чему сопротивление /?2 включится, ток вновь потечёт через ртуть
и число оборотов увеличится. Таким образом, разрыв ртутного
контакта будет происходить при достижении мотором некоторого
критического числа оборотов, величина которого зависит от того,
насколько низко был погружён конец проводника АС под поверх-
ность ртути при неподвижном моторе.
164
ГЛАВА ЧЕТВЁРТАЯ
ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ
§ 16. Условия для индукции и мнемонические правила
1. Условия для получения электромагнитной индукции. Сле-
дует разграничивать явления индукции: 1) с отдельным провод-
ником и 2) с отдельным контуром (витком).
1) Индукция в отдельном проводнике возникает в том случае,
когда имеет место такое относительное перемещение магнитного
поля и проводника, при котором последний пересекает («перере-
зает») силовые линии. При этом несу-
щественно, движется ли поле, или
проводник, или оба вместе; важно
лишь, чтобы в результате движения
проводник пересекал силовые линии.
На рисунках 323—324 показаны
три типичных случая поступательного
движения прямолинейного проводни-
Рис. 324. Направления переме-
щения проводника, при котором
происходит индуцирование тока.
Рис. 323. Направление переме-
щения проводника, при котором
индукция отсутствует.
ка воднородном поле, причём v — вектор скорости движения про-
водника и h—вектор напряжённости магнитного поля.
Теория даёт, что величина индуцированной электродвижущей
силы равна
Е = Н • I • v ’ sin а • 10”8e,
(1)
165
Рис. 325. Схема вращения
проводника А в однородном
поле.

где Н—напряжённость однородного поля, /—длина проводника,
v —его постоянная скорость и а—угол между вектором скорости
(направлением движения) и вектором напряжённости поля (на-
правлением силовых линий). Для случая (рис. 323), где проводник
не пересекает силовых линий, а = 0 (sin а = 0) и, следовательно,
Е = 0,т. е. электродвижущая сила не индуцируется. Для случая
II (рис. 324), где а = 90° (sin 90° = 1), Е = Я- /• у 10~* 8 в, т. е.
электродвижущая сила при движении проводника в направлении,
перпендикулярном к силовым линиям,
является наибольшей по сравнению с ос-
тальными случаями. В случае I электро-
движущая сила по своей величине мень-
ше, чем в случае II, и зависит от вели-
чины угла а. Формула (1) применима
для вычисления мгновенных значений
электродвижущей силы е в случае рав-
номерного вращения проводника около
оси О в однородном поле (рис. 325):
е = И • I ’ v • sin а • 1С~3 в. (2)
В случае, когда проводник состоит
из пучйа п отдельных проводников,
соединённых между собой (вне поля)
последовательно, то формулы (1) и (2) принимают вид:
Е = п • Н * I • v • sin а • 10“8; (1)
е = п • Н • I • v • sin а • 10”8. (2)
Если проводник движется в неоднородном поле (ff^const)
или с переменной скоростью (theorist), то вопрос о величине
элёктродвижущей силы настолько усложняется, что может быть
решён только для некоторых частных случаев.
2) В замкнутом контуре (витке), обладающем относительным
движением по отношению к силовым линиям поля, введённое выше
правило индукции для отдельного проводника о необходимости
пересечения силовых линий является значительно менее удобным.
Впрочем, можно рассматривать виток состоящим из отдельных ча-
стей, в простейшем случае, например, из двух проводников (полу-
колец), и находить результирующую электродвижущую силу, сум-
мируя алгебраически электродвижущие силы, индуцированные
в каждой части. Это усложняет работуг и поэтому лучше пользо-
ваться следующим правилом:
Для возникновения электродвижущей силы в замкнутом конту-
ре (витке) необходимо, чтобы происходило изменение величины
магнитного потока, пронизывающего контур.
Важно, что это правило применимо и для тех случаев, когда
контур и поле неподвижны, что имеет место, например, при индук-
ции переменным магнитным полем.
166
Величина индуцированной электродвижущей силы в контуре
равна
Е = — — • IO-8 в1. (3)
dt ' '
Отсюда следует, что при равномерном поступательном движе-
нии контура в однородном поле явление индукции отсутствует,
так как число силовых линий, пронизывающих контур, остаётся
постоянным:
^ = 0.
dt
В случае вращения вокруг осей ОО± (рис. 326) и ОХОХ (327) в
контуре индуцируется электродвижущая сила, величина которой
Рис. 326. Рис. 327.
определяется формулой (3). Если поле однородно и контур имеет
вид и ось вращения, показанные на рисунке 328, и вращается с не-
которой постоянной скоростью, то величина мгновенной электро-
движущей силы будет равна
е = Н • 2/ • v • sin а * 10“8 в, (4)
где I —длина проводников А и В в отдельности.
В случае, если контур состоит из пучка п последовательно со-
единённых проводников, т. е. представляет собой тонкую катушку
п
с числом витков, равным —, то величина мгновенной электродви-
жущей силы будет:
е = п * Н I • v - sin а • 10~8я. (5)
При изучении явлений индукции надо говорить.во втором кон-
центре физики о направлении индуцированной электродвижущей
силы, а не тока, хотя последняя терминология является более рас-
пространённой. Действительно, при изучении переменного тока
индуцированная электродвижущая сила нередко не совпадает по
фазе с током.
1 Нетрудно доказать, что формулы (1) и (2) являются частным случаем
и могут быть получены из формулы (3).
167
В последующем изложении, там, где говорится о направлении
индукционного тока, считается, что электродвижущая сила и ток
совпадают по фазе.
Рис. 328. Контур для получения
переменного тока.
Рис. 329. Правило для определения
направления индукционного тока.
Величина тока, возникающего под влиянием электродвижущей
силы индукции, выражается законом Ома:
R + r
где г и R —сопротивления: внутреннее (генератора) и внешней цепи.
2. Правила для определения направления индукционного тока.
Для определения направления индукционного тока существует зна-
чительное количество мнемонических пра-
вил. В применении этих правил имеется
большая путаница, так как некоторые ав-
торы приводят иногда прямо противопо-
ложные названия правила. Так, например,
Гримзель применяет левую руку там, где
в настоящее время общепринятым является
правило правой руки. Здесь приведены
только наиболее употребительные правила,
причём рекомендуется пользоваться прави-
лами (2) и (8).
Для определения индукционного тока
в проводнике, движущемся в неподвижном
магнитном поле, существуют следующие
правила:
1) Индуцированный в движущемся про-
воднике ток для наблюдателя, смотрящего
Рис. 330. Правило правой по направлению силовых линий, будет на-
руки. правлен слева направо, если проводник
движется сверху вниз (рис. 329).
2) Правило правой руки. Правую руку располагают так, чтобы
ладонь была обращена к северному полюсу и отведённый в сторону
большой палец совпал с направлением перемещения проводника.
168
Рис. 331. Правило Флеминга (трех паль-
цев правой руки).
Тогда направление остальных пальцев (считая от ладони к их кон-
цам) покажет направление индукционного тока (рис. 330).
Если на чертежах не нарисованы полюсы или силовые линии
представляют собой кривые линии, правую руку располагают так,
чтобы силовые линии: 1) были нормальны к ладони и 2) ка-
зались входящими в ладонь.
3) Правило Флеминга (трёх
пальцев правой руки). Распо-
лагают пальцы правой руки,
как показано на рисунке 331.
Если большой палец правой
руки поместить по направле-
нию движения проводника,
указательный —по направ-
лению силовых линий, то
средний укажет направление
индукционного тока.
При пользовании этими
правилами (2) и (3) следует
помнить, что они справедливы лишь в том случае, когда проводник
движется в магнитном поле. Если же проводник неподвижен и пере-
мещается магнитное поле, то вместо правой руки надо брать левую.
Во избежание путаницы всё же лучше при неподвижном проводнике
пользоваться правой рукой, располагая большой палец по направ-
Рис. 332. Правило
Ленца.
Поле увеличивается
или появляется.
Поле уменьшается или
исчезает.
Рис. 333. Направление тока, индуцированного во вто-
ричной обмотке.
лению, прямо противоположному движению поля. Приведённое
ниже правило Ленца свободно от указанного недостатка, но срав-
нительно сложно и поэтому мало применимо.
4) Правило Ленца. Индукционный ток всегда имеет такое на-
правление/что взаимодействие между током и магнитным полем
препятствует движению проводника. На рисунке 332 изображено
169
чёрной стрелкой направление движения проводника. Тогда индук-
ционный ток будет направлен на зрителя (•). Действительно, этот
ток вызвал бы движение проводника (см. § 14,5), показанное свет-
лой стрелкой, т. е. в прямо противоположном направлении; следо-
вательно, индукционный ток препятствует движению.
5) Для определения направления тока, индуцированного изме-
няющимся по величине магнитным полем (переменным), надо
которое применимо как
пользоваться нижеследующим правилом,
____________________ О

Рис. 334. Направление индуцированных токов при движении
контуров около полюсов.
для поля, созданного переменным током, так и при вращении кон-
тура в поле.
Если переменное магнитное поле создаётся катушкой (первич-
ной), то при возникновении поля или его усилении индукционный
ток во вторичной катушке имеет обратное направление по сравне-
нию с первичным при исчезновении поля, а при его ослаблении ин-
дукционный ток во вторичной катушке имеет то же направление,
что и в первичной (рис. 333).
6) В случае, если контур обладает относительным движени-
ем около полюсного наконечника, показанным на рисунке 334,
т. е. изменяется число силовых линий, пронизывающих контур, то
направление тока может быть определено по предыдущему прави-
лу (5), понимая под первичной катушкой обмотки электромагнита,
создающего полюсы. Эти обмотки показаны на рисунке 334 прямо-
угольными витками.
Положение контура ОС\, симметричное по отношению к полю-
су, соответствует перемене направления индуцированных электро-
движущей силы и тока.
170
7) Это же правило (рис. 335) может быть применено к контуру,
вращающемуся в поле около оси.
8) Правило Максвелла. Правила, изложенные в пунктах (6)
и (7), иногда формулируют так:
Если число силовых линий, проходящих через площадь, охва-
ченную проводником, увеличивается, то для наблюдателя, смотря-
Рис. 335. Направление индуцированных токов
при вращении контуров около магнитных полюсов.
щего по направлению силовых линий, индуцируемый ток будет
направлен против часовой стрелки (обратный индукционный ток);
если число силовых линий уменьшается, то для наблюдателя, смот-
рящего по направлению силовых линий, индуцируемый в провод-
нике ток будет направлен по часовой стрелке (прямой индукцион-
ный ток).
§ 17. Индукция с движущимся магнитным полем
1. Условия для получения наибольшего эффекта. Очевидно,
что чем чувствительнее гальванометр, тем большие возможности
открываются для демонстрации явлений электромагнитной ин-
дукции. Однако рациональнее всего некоторые опыты с катушкой
показывать, пользуясь сравнительно грубым прибором, именно
с демонстрационным стрелочным гальванометром, а для опытов
по индукции с прямым проводом и некоторых других применять
зеркальный гальванометр или лучше проекционный стрелочный
гальванометр.
171
Какой бы из гальванометров ни был применён для получения
максимального эффекта (т. е. наибольшего отклонения стрелки
прибора) необходимо, чтобы внутреннее сопротивление гальвано-
метра было возможно более близким к сопротивлению того провода
или той катушки, в которых производится индуцирование электро-
движущей силы. Это положение является прямым следствием из-
вестной в электротехнике теоремы, что наибольшая мощность во
внешней цепи может быть получена от источника тока при условии
равенства сопротивлений: внешней цепи (в данном случае гальва-
нометра) и внутреннего сопротивления источника тока (т. е. прово-
дов, в которых индуцируется э. д. с. индукции). Так как сопроти-
вление гальванометров является определённым, то преподавателю
необходимо подбирать катушку применительно к величине этого
сопротивления. Если, например, преподаватель использует демон-
страционный стрелочный гальванометр, сопротивление которого
равно 7—8 ом1, то катушку для индукции следует намотать из мед-
ного изолированного провода (d = 0,3—0,4 мм) с таким же сопро-
тивлением1 2.
Если же гальванометр на подвижной катушке имеет две обмотки
различного сопротивления (например, у проекционного гальвано-
метра одна обмотка сделана с сопротивлением в 0,8 ом и другая
200 ом), то одну из них, с малым сопротивлением, используют при
демонстрации индукции в прямом проводе (см. ниже раздел 3),
а другую, большего сопротивления,— для таких же опытов с ка-
тушкой (см. ниже разделы 4 и 5).
2. Прибор Петроевского для демонстрации правила Ленца.
1) Прибор Петроевского. 2) Прямой или U-образный магнит.
Демонстрация опыта, подтверждающего правило Ленца, имеет
большое принципиальное значение. Прибор Петроевского, выпус-
с каемый Главучтехпромом, не-
Рис. 336. Прибор Петроевского для
демонстрации правила Ленца.
трудно изготовить своими силами
и средствами (рис. 336). Прибор
состоит из лёгкой палочки или
проволоки, опирающейся посред-
ством головки С, взятой, напри-
мер, от магнитной стрелки, на
остриё стойки D. На концах па-
лочки помещены два металличе-
ских кольца: одно из них А
замкнутое (целое) и другое В
разомкнутое. Если ввести внутрь
1 Сопротивление стрелочных гальванометров, ранее выпускавшихся Глав-
учтехпромом, было различным; это сопротивление рекомендуется измерять
с помощью мостика Уитстона или способом вольт- и амперметра.
2 Длину необходимого для этого провода можно рассчитать или проще
узнать из таблицы 1, приведённой в т. Ill, § 1, 3.
172
кольца А конец прямого магнита, то под влиянием возникшего в
кольце тока индукции оно заставит палочку повернуться на оси,
удаляясь от полюса магнита. При введении конца магнита внутрь
кольца В палочка остаётся неподвижной, поскольку в разомкнутой
цепи возникновение тока невозможно. Применяя третий закон
Ньютона, нетрудно вывести заключение, что возникающий индук-
ционный ток имеет такое направление, что создаваемое им магнит-
ное поле препятствует вдвиганию магнита в кольцо.
3. Индукция с одним проводником и U-образным магнитом.
1) Проводник, изолированный или голый (/= 30 см\ d = 1—1,5 мм).
2) Шнур телефонный или ШР (/ = 0,5—1 м). 3). U-образный магнит. 4) Зеркаль-
ный гальванометр.
U-образный магнит помещают указанным на рисунке 337 об-
разом и между его полюсами быстро передвигают проводник А так,.
чтобы направление движения последнего было перпендикулярно
к силовым линиям. Проводник должен быть соединён с чувстви-
тельным гальванометром1. Гальванометр в моменты движения про-
Рис. 337. Индукция в про-
. воднике U-образным
магнитом.
Рис. 338 и 339. В бифилярном проводнике ток
индукции не возбуждается.
водника обнаруживает возникновение тока —одного направления
при движении сверху вниз и другого при движении снизу вверх.
Проводник А для опыта может быть взят любой, например от осве-
тительного или телефонного шнура. Для лучшей видимости провод-
ник следует взять жёсткий, чтобы можно было держать его так,
как показано на рисунке 337. Далее демонстрируют,что при дви-
жении в направлении Л/S, параллельном силовым линиям, индук-
ции не возникает.
Описанные опыты с одним проводником более ценны в методи-
1 См. раздел 1 настоящего параграфа.
173
ческом отношении, чем опыты с катушкой, тем более, что здесь
очень легко ввести или проверить правило правой руки.
' В заключение следует показать, что при бифиляре, для чего
сгибают проводник вдвое (рис. 338) или берут кусок шнура
(рис. 339), индукции не возникает. Шнур соединяют в точке В; к
концам С и D присоединяют провода от гальванометра.
Если взять U-образный электромагнит (лучше всего из набора
«Трансформатор универсальный»), то при быстрых движениях про-
водника в зазоре между полюсными наконечниками индукцион-
ный ток может быть обнаружен при помощи демонстрационного стре-
лочного гальванометра.
4. Индукция с универсальным прибором Гримзеля. 1) Прибор
Гримзеля. 2) Демонстрационный гальванометр. 3) Два-три аккумулятора.
Прибор Гримзеля для демонстрации индукции в однородном
поле и, в частности, для введения определения электромагнитной
единицы напряжения показан на рисунках 340 и 341. Этот прибор
является универсальным и может служить также для обнаруже-
ния пондеромоторного действия возбуж-
дения переменного тока, калибрирования
баллистического гальванометра и т. п.
Рис. 341. Универсальный при-
бор Гримзеля.
Рис. 340. Катушка
прибора Гримзеля.
Основную часть прибора составляет большая плоская катуш-
ка Л, снабжённая двумя штепселями для включения всей обмот-
ки (штепсель 100 витков) или её части (штепсель 10 витков).
При пропускании через катушку тока внутри неё возникает маг-
нитное поле, силовые линии которого перпендикулярны к плос-
кости катушки. Такое поле в его центральной части является од-
нородным. Внутрь катушки вставляется деревянный кружок С,
снабжённый по окружности медным ободком D. В центре О кружка
174
укреплён латунный рычажок Е, который посредством рукоятки
может поворачиваться в направлении стрелок вокруг точки О. Ры-
чажок при своём движении касается ободка D. От оси вращения О
и ободка D сделаны выводы, снабжённые на концах клеммами.
К этим клеммам включают гальванометр демонстрационный —
стрелочный или зеркальный.
Опыты с прибором состоят в следующем:
1) Замкнув катушку на два-три аккумулятора или элемента
и возбудив в ней магнитное поле, вращают с постоянной скоростью
рычажок Е в каком-нибудь направлении, например по часовой
стрелке. Рычажок при своём движении пересекает силовые линии
поля, и, следовательно, в рычажке индуцируется некоторая эле-
ктродвижущая сила, благодаря чему в гальванометре возникает
отклонение стрелки или зеркальца на некоторый угол. Благодаря
постоянной скорости вращения угол отклонения гальванометра не
будет изменяться; это показывает, что электродвижущая сила имеет
постоянную величину.
2) Повторяют предыдущий опыт, но рычажок £ вращают равно-
мерно сначала медленно, а затем быстро. По отклонению гальва-
нометра можно вывести заключение, что величина электродвижу-
щей силы зависит от скорости или числа силовых линий, пересе-
каемых проводником (рычажком) в единицу времени.
3) Вращают рычажок £ с одинаковой скоростью, но меняют
число витков, т. е. включают ток, питающий катушку, сначала в
100, а затем в 10 витков её обмотки. Ясно, что магнитный поток поля
будет во втором случае меньше; поэтому, конечно, уменьшится ин-
дуцируемая электродвижущая сила, и гальванометр даст меньшее-
отклонение.
4) Вращение рычажка производят сначала в одном, а затем
в противоположном направлениях и обнаруживают, что отклоне-
ния гальванометра будут противоположны, т. е. электродвижущая
сила меняет своё направление в зависимости от направления вра-
щения. Опыт служит для проверки одного из правил, например
правой руки (§ 12,1).
5) А4еняют направление тока в катушке и повторяют опыт, из-
ложенный в пункте (4). При опыте вновь проверяется правило пра-
вой руки.
Описанный прибор Гримзеля ценен тем, что позволяет иметь-
индукционный ток не отдельными толчками, как это получается
при обычных опытах с индукцией, а непрерывно в течение любого
времени, пока совершается вращение рычажка Е. Этот ток является
действительно постоянным и характеризуется на графике прямой,
параллельной оси абсцисс. У всех других машин постоянного тока
(динамо) ток только приближается к постоянному и выражается
на графике более или менее волнообразной кривой, ось симметрии
которой параллельна оси абсцисс. Благодаря непрерывности явле-
ния индукции при равномерном вращении отклонение гальвано-
метра остаётся постоянным.
175
Наконец, прибор позволяет произвести количественные изме-
рения индукции, в чём средняя школа не нуждается, поэтому эти
измерения здесь не описываются.
5. Индукция с магнитом и мотком проволоки. 1) Моток прово-
локи (d ~ 0,3—0,5 мм). 2) Гальванометр стрелочный демонстрационный.
3) Прямой магнит. 4) U-образный магнит.
Катушкой для индукции может служить моток проволоки (d =
= 0,3—0,5 мм) с таким числом витков, чтобы сопротивление мотка
Рис. 342. Самодельная ка-
тушка для индукции.
гательными витками, то
невозможно.
соответствовало сопротивлению взятого
гальванометра. Чтобы иметь возмож-
ность установить правило правой руки,
совершенно необходимо на внешней по-
верхности мотка укрепить два-три витка
толстой железной или такой же медной
(изолированной или неизолированной)
проволоки, показывающей направление
витков обмотки в мотке (рис. 342). Кон-
цы этой проволоки следует окрасить в
два различных цвета, например чёрный
и белый, чтобы при объяснениях назы-
вать их по цвету. К концам мотка необ-
ходимо присоединить два гибких изоли-
рованных провода (например, от шнура
ШР), служащих для подключения к
гальванометру. Эти провода также надо
окрасить в соответствующие цвета. Если
же не воспользоваться такими вспомо-
правило правой руки вывести из опыта
Отклонение стрелки
Рис. 343. Согласование
отклонений гальванометра
и тока.
Рекомендуется также для упрощения рассуждений переключить
провода, ведущие от механизма демонстрационного стрелочного
гальванометра к его клеммам так, чтобы отклонение стрелки про-
176
исходило «по току». Тогда гальванометр при соединении его левой
клеммы с положительным полюсом источника тока станет давать
отклонение «по току», т. е. слева направо. Если к левой клемме
окажется включённым отрицательный полюс, то отклонение будет
справа налево (рис. 343).
Рис. 344, I. Индукция в мотке провода движущимся
магнитом.
Рис. 344, II. Индукция в движущемся мотке провода.
Опыт можно производить с помощью прямого магнита
(рис. 344,1).
1) Быстро вставляют одним каким-нибудь концом, например N,
в моток прямой магнит и обнаруживают, что индукционный ток
возникает только в моменты движения магнита,
т. е. при условии пересечения магнитными силовыми линиями про-
водников. Затем быстро удаляют магнит и наблюдают, что индук-
ционный ток имеет противоположное направление. Интересно про-
12 Физический эксперимент, том IV 177
другим его концом,
N S
Рис. 345. Индукция
в мотке провода U-об-
разным магнитом.
демонстрировать также, что при вращении одного полюса магнита
внутри катушки индукции не происходит.
2) Повторяют опыт, быстро вставив и вынув магнит, но уже
например S. Наблюдают возникновение токов,
противоположных по сравнению с предыду-
щим опытом 1.
3) Значительный интерес представляет
также демонстрация в случае, когда магнит
вдвигается в катушку одним из своих концов
и выдвигается с другой стороны катушки,
иными словами —целиком продвигается через
катушку.
4) Магнит закрепляют или держат в руке
неподвижно, (рис. 344, II) и быстро надевают
и снимают с него моток проволоки. Направле-
ния индукционных токов будут противопо-
ложны по сравнению с опытами 2 и 3.
5) Проверить правило правой
руки на основании предыдущих опытов с
прямым магнитом сравнительно сложно. Для
проверки лучше поставить отдельный опыт, взяв вместо пря-
мого U-образный магнит с полюсами, окрашенными в различные
Рис. 346. Четыре типичных случая индукции.
Рис. 347. Расположе-
ние пальцев на индук-
ционной катушке для
установления правила
правой руки.
цвета (рис. 345). В этом случае расположение силовых линий являет-
ся для учащихся более ясным. Опыт даёт проверку правила для
четырёх случаев: вдвигание и выдвигание сна-
чала одного полюса магнита, а затем другого.
В методических целях, поскольку в пра-
виле правой руки говорится о движении про-
водника в поле, следует производить наде-
вание и снимание катушки с полюсов U-об-
разного магнита. При этом рассматриваются
четыре типичных случая (рис. 346). Распо-
ложение руки для установления правила
правой руки показано на рисунке 347.
178
6) В моток вставляют и вынимают магнит сначала быстро, а за-
тем медленно и сравнивают величину полученных отклонений
стрелки гальванометра. Опыт обнаруживает, что величина электро-
движущей силы и тока зависит от той скорости, с которой про-
исходит пересечение силовых линий.
6. Индукция с «индукционной» катушкой. 1) Индукционная ка-
тушка. 2) Прямой магнит. 3) U-образный магнит.
Имеющийся в продаже прибор для демонстрации явлений ин-
дукции показан на рисунке 348. Достоинство её по сравнению с мот-
ком заключается в её некотором универсализме, позволяющем осу-
Рис. 348. Индукционная катушка с сердечником.
Рис. 349. Установка для демонстрации
явлений индукции с индукционной ка-
тушкой.
ществить большее количество опытов с явлением индукции. Этот
прибор состоит из двух катушек, из которых одна сделана из
сравнительно большого числа витков провода ПБ (d=0,3—0,4 мм).
Внутрь этой катушки встав-
ляется вторая катушка с
малым числом витков более
толстой проволоки (d = 0,7—
0,8 мм) (рис. 348). Как на той,
так и другой катушке сделано
по нескольку витков из тол-
стого провода для обозначе-
ния направления обмоток,
без чего установить правило
правой руки нельзя. В со-
став прибора входит также
сердечник из мягкого же-
леза. Для упрощения объяс-
нений следует окрасить клем-
мы на большой катушке в раз-
ные цвета и пользоваться для подключения к гальванометру
цветными проводами.
Для опытов берут сначала только одну большую катушку и
приключают её к демонстрационному гальванометру со стрелкой
12*
179
(рис. 349). Опыты с индукцией прямым и U-образным магнитом про-
изводят по плану, изложенному в пунктах 1—6 предыдущей ра-
боты. В дополнение к этим шести опытам нужно показать следую-
щий:
7) Малую катушку соединяют с одним-двумя аккумуляторами
(через реостат), благодаря чему вокруг неё возникает постоянное
магнитное поле. Эту катушку сначала без железного сердечника,
а затем с сердечником вставляют в большую и вынимают из неё
и наблюдают те же явления, что и в предыдущей работе. Индукция
с электромагнитом по вполне понятным причинам будет эффектив-
нее, чем индукция с постоянными магнитами.
Другие опыты с индукционной катушкой смотри ниже в работе
§ 19, 1.
§ 18. Индукция в земном поле
1. Индукция в земном поле с помощью маятника. 1) Стальная
или медная проволока (Z = 2—3 м; d = 0,3—0,8 мм). 2) Провод от телефонного
шнуоа (/ = 2—3 м). 3) Гиря весом в 1—2 кг. 4) Зеркальный гальванометр.
5) Магнитная стрелка.
На тонкой стальной, железной или медной проволоке подвеши-
вается гиря с ушком (весом в 1—2 кГ) для получения маятника.
Длину маятника лучше взять побольше —в 1,5—2 м, чтобы полу-
чить более значительный период колебания. В точке подвеса А ма-
Рис. 350. Индукция в земном поле
при помощи маятника.
ятника к проволоке присоединяют один проводник АВ от чувстви-
тельного зеркального гальванометра (рис. 350). Другой провод-
ник DE от гальванометра присоединяют к проволоке АС посредством
гибкого проводника СЕ, взятого, например, от телефонного шнура.
Проводник СЕ берут такой длины, чтобы маятник, увлекая его
за собой, мог совершать колебания с амплитудой в 1—1,5 м. Опре-
180
делив с помощью магнитной стрелки направление земного мери-
диана, заставляют маятник колебаться в плоскости магнитного
меридиана. Тогда гальванометр не даёт отклонений, если в непо-
средственной близости нет магнитов и железных труб водопровода,
отопления и газа. При колебаниях маятника в плоскости, перпен-
дикулярной к магнитному меридиану, стрелка гальванометра в
такт с колебаниями даёт отклонения вправо и влево, обнаруживая
тем самым индукцию в земном поле.
В частности, полезно повторить опыт, заставив нить маятника
проходить в пространстве между двумя прямыми магнитами, по-
ложенными на каких-нибудь подставках (рис. 351). При близком
расстоянии между полюсами N и S эффект индукции будет весьма
значителен, и поэтому гальванометр следует взять более грубый
или зашунтировать его (т. III). Этот последний опыт в методи-
ческом отношении выгоднее всего показать как вводный к индукции
в земном поле.
2. Земной индуктор. 1) Земной индуктор. 2) Гальванометр зер-
кальный. 3) Гальванометр демонстрационный. 4) Магнитная стрелка.
Земной индуктор представляет собой деревянную кольцевую
плоскую катушку, способную вращаться около вертикальной и
горизонтальной оси. Вращение катушки производится при помощи
рукоятки (рис. 352) или иногда посредством центробежной машины
(рис. 353). Диаметр кольца берут воз-
можно больше, до 50—70 см; обмотку
делают из нескольких сотен витков
проводника марки ПБ или ПБД (d=
=0,3—1 мм). На рисунке 352 пока-
зан земной индуктор Вебера, позво-
ляющий получить посредством рамы
В, поворачивающейся вокруг оси 00^
установку кольца А в горизонталь-
ной и вертикальной плоскостях. По-
добная конструкция индуктора нуж-
на для определения составляющих
земного магнетизма: горизонтальной
и вертикальной. Так как вопрос об
измерении составляющих в средней
школе не рассматривается, то в каби-
нете следует иметь земной индуктор с горизонтальной осью.
Опыты с земным индуктором производятся следующие:
1) Чувствительный зеркальный гальванометр соединяют с зем-
ным индуктором, расположенным так, что его ось вращения
перпендикулярна к направлению земного меридиана. Быстро пово-
рачивают кольцо индуктора из вертикального положения на угол
180° и наблюдают появление индукционного тока. При следующих
поворотах на 180° ток, очевидно, будет каждый раз изменять своё
направление по сравнению с каждым предыдущим опытом.
181
Индукционный ток в индукторе возникает вследствие враще-
ния обмотки кольца в земном магнитном поле, т. е. по причине из-
менения величины магнитного потока, пронизывающего кольцо.
2) Земной индуктор нередко снабжают двумя кольцами со щёт-
ками (рис. 354) для получения переменного тока при непрерывном
вращении индуктора. Обнаружить существование такого тока
можно с помощью чувствительного осциллографа (т. V) или струн-
ного гальванометра. В школьной практике более нужен земной
индуктор с коллектором, позволяющий получить выпрямленный
ток. Особенно хорош для опытов земной индуктор с коллектором,
приспособленный к центробежной машине (рис. 354). Такой ин-
дуктор при быстром вращении вызывает отклонение стрелки де-
монстрационного гальванометра.
Рис. 353. Земной индуктор для
центробежной машины.
3. Индукция рамой в земном поле.
Вместо земного индуктора можно
пользоваться самодельной рамой, по-
казанной на рисунках 355 и 356. Рама
связывается из деревянных брусков
Рис. 354. Коллектор земного индукто-
ра; щётки а и Ь, касающиеся колец
АВ, к которым присоединены концы об-
мотки, позволяют получить переменный
ток. Щётки d (видна на рисунке только
одна щётка) благодаря коллектору О2
дают прямой ток.
(примерно размером 70 X 150 см) и обматывается по внешнему краю
несколькими десятками витков проволоки ПВО или ПБД (d=0,3—
0,8 мм), Взамен изготовления рамы можно взять какую-нибудь
подходящую по размеру и лёгкую дверку от шкафа. Концы про-
водника проще всего присоединить, припаяв к двум шурупам аиЬ.
Индукция с рамой в земном поле может быть осуществлена сле-
дующим образом. Раму подвешивают к потолку комнаты на верёв-
ке А и присоединяют концы обмотки от шурупов а и & к зеркальному
гальванометру. Ориентировав раму так, чтобы её плоскость была
перпендикулярна к плоскости магнитного меридиана, быстро повора-
чивают её на угол 180° и наблюдают отклонение гальванометра. За-
тем повёртывают быстро ещё на 180° и обнаруживают, что гальва-
182
нометр даёт отклонение в противоположную сторону. Можно так-
же, закрутив раму, дать ей раскручиваться и наблюдать последо-
вательные отклонения гальванометра в противоположные стороны.
При этом опыте проводник В во избежание его запутывания сле-
дует привязать к верёвке А, на которой висит рама.
Ещё проще постановка опыта для демонстрации индукции в зем-
ном поле с помощью двери. В одну из дверей, лучше открывающихся
внутрь физической лаборатории, вбивают по краю гвозди а и на-
матывают несколько десятков витков В проволоки ПБ (d = 0,3—
Рис. 355 и 356. Рама для индукции и Рис. 357. Индукция с помощью
её детали. двери.
0,5 мм) указанным на рисунке 357 образом. Концы от обмотки при-
соединяют к зеркальному гальванометру. Взявшись за' ручку,
быстро поворачивают дверь на петлях, т. е. открывают или закры-
вают её, из плоскости, перпендикулярной к меридиану, в крайнее
возможное для неё положение. Очевидно, что наилучшие резуль-
таты будут получены, если стена перпендикулярна к плоскости
магнитного меридиана и дверь способна поворачиваться на 180°.
§19. Индукция в неподвижных проводниках изменяющимся
по величине магнитным полем
1. Индукция С «индукционной» катушкой. 1) Индукционная ка-
тушка. 2) Демонстрационный гальванометр. 3) Ключ. 4) Аккумулятор или
элемент. 5) Реостат. 6) Амперметр.
Вторичную обмотку Т2 индукционной катушки соединяют с
демонстрационным гальванометром. Первичную катушку 1\ встав-
ляют во вторичную и включают к элементу или аккумулятору В
через ключ (рис. 358). Опыт производится следующим образом:
1) Для демонстрации того, что неизменяемый по величине ток
в первичной катушке не вызывает индукции, в её цепь надо вклю-
чить амперметр. Замыкают ключ и только после этого присоеди-
няют ко вторичной обмотке гальванометр. Тогда амперметр пока-
183
зывает, что в первичной катушке течёт постоянный по величине
ток, и гальванометр не даёт отклонения.
2) Замыкают посредством ключа цепь первичной катушки
и тем самым возбуждают вокруг неё магнитное поле. Это поле в мо-
мент-своего возникновения служит причиной появления индукцион-
ного тока во вторичной катушке, благодаря чему гальванометр
даёт отклонение. Направление индукционного тока проверяют по
правилу (§ 16,2, случай 6).
3) Размыкают ключом цепь первичной обмотки и обнаруживают,
что в момент исчезновения магнитного поля во вторичной обмотке
индуцируется ток, благодаря чему гальванометр даёт отклонение.
Обращают внимание на то, что отклонение стрелки происходит в
Рис. 358. Индукция во вторичной катушке при замыкании и размыкании цепи
первичной.
противоположном направлении по сравнению с предыдущим слу-
чаем, и вновь проверяют правило индукции.
4) Повторяют опыты, описанные в пунктах 2 и 3, введя в пер-
вичную обмотку железный сердечник. Получают те же результаты,
с той только разницей, что отклонения гальванометра делаются
значительнее, показывая тем самым, что индуцируемые ток и элек-
тродвижущая сила имеют большую величину. Действительно, бла-
годаря введению железа магнитный поток поля будет больше, чем
без сердечника.
5) Замкнув первичную цепь, быстро вставляют в катушку же-
лезный сердечник и тем самым меняют величину магнитного потока
поля. Изменение поля ведёт к появлению индукционного тока,
что обнаруживается отклонением гальванометра (см. пункт 2).
Затем быстро вытаскивают сердечник и наблюдают возникнове-
ние индукционного тока, но противоположного направления
(см. пункт 3).
6) В первичную цепь включают реостат 7? и амперметр А
(рис. 359) и в индукционную катушку вставляют железный сер-
дечник. Установив движок реостата на максимальное сопротивле-
184
ние, возможно более быстро сдвигают его до полного выключения
сопротивления. Благодаря этому ток в первичной цепи увеличи-
вается по своей величине и вызывает увеличение поля, что в свою
очередь ведёт к появлению индукционного тока. Для успеха опыта
реостат следует взять с сопротивлением в несколько десятков омов,
чтобы разница в силе тока при максимальном и минимальном со-
противлениях была значительна, и переместить ползунок с возможно
большей скоростью. Рекомендуется также вместо одного аккуму-
лятора взять два-три, соединив их последовательно. Если демон-
Рис. 359. Индукция во вторичной катушке при изменении тока в первичной,
страционный стрелочный гальванометр при таких условиях не бу-
дет дайать совсем отклонения, следует его заменить зеркальным
или лучше проекционным. При этом в целях предупреждения пор-
чи гальванометров надо вынуть из индукционной катушки железо,*
взять в первичной цепи один аккумулятор и сделать несколько опы-
тов, двигая движок реостата сначала медленно, а затем в последую-
щих пробах все более и более быстро до получения ясного откло-
нения гальванометра.
Точно так же демонстрируют появление индуктивного тока
в случае уменьшения тока в цепи, для чего движок сдвигают в об-
ратном направлении, т. е. увеличивают сопротивление реостата.
В методическом отношении важно, чтобы при описанных опы-
тах не происходило полного размыкания первичной цепи. Ток от
некоторого минимального значения должен изменяться до макси-
мального, а не прерываться; в противном случае демонстрация
теряет свой, основной смысл и сводится к опытам, изложенным в
пунктах 2 и 3.
2. Индукция С Трансформатором. 1) Трансформатор. -2) Ампер-
метр. 3) Зеркальный и стрелочный гальванометры. 4) Ключ. 5) Два-три
аккумулятора или элемента.
Опыты с индукционной катушкой, которые были описаны в пре-
дыдущей работе, можно с таким же, если не большим, успехом по-
казать с помощью трансформатора. Для опытов, описанных впунк-
185
тах 1, 2, 3 и 4 опыта 1, собирается цепь, изображённая на рисунке
360. Первичную катушку Т2 соединяют через ключ Кив случае
надобности ещё через амперметр с одним или двумя аккумулято-
рами В. Вторичную катушку делают на глазах у учащихся, нама-
Рис. 360. Индукция с помощью сердечника трансформатора.
тывая на сердечник два-три витка провода Tlt и соединяют их со
стрелочным гальванометром.
При этом в целях предосторожности его включают клеммами,
соответствующими 10 в; затем, если при индукции отклонение стрел-
ки мало,— клеммами на 1 в
Рис. 361. Индукция при удалении или при-
ближении ярма.
и только потом, если откло-
нение всё ещё остаётся не-
достаточным, включают ос-
новными клеммами гальва-
нометра. Опыты произво-
дятся так же, как это
описано в пунктах 1, 2, 3
и 4 опыта 1.
Для опыта, изложенно-
го в пункте 5, приближают
и удаляют ярмо к сердеч-
нику (рис. 361), но в слу-
чае зеркального гальвано-
метра не замыкают магни-
топровода. В противном
случае может возникнуть
такой по величине ток, ко-
торый испортит зеркаль-
ный гальванометр1. При
опыте важно проследить значение скорости приближения и удале-
ния ярма. В случае демонстрационного гальванометра, включённого
1 Зеркальный гальванометр необходимо зашунтировать для уменьшения
чувствительности (см. т. III, § 8, 6).
186
клеммами на 1 в, возможно наложить ярмо. Оторвать ярмо от
магнитопровода обычно не удаётся, если только предварительно
перед накладыванием на концы сердечника не были положены про-
кладки из картона или фанеры.
Рис. 362. Обнаруживание индуцированного тока посредством
лампочки.
На трансформаторе, замкнув ярмом магнитопровод, можно
обнаружить индукцию не только с помощью гальванометра, но и
электрической лампочки А (рис. 362). Для этого первичную катуш-
ку включают к двум-трём аккумуляторам через прерыватель /<.
Рис. 363. Сравнение индуцированной электродвижущей силы при
замыкании и размыкании.
Очень удобен в этом случае прерыватель в виде зубчатого колёсика,
иногда для прерываний включают в разрыв цепи старое полотно
от ножовки и проводят по его зубцам концом проводника. В каче-
стве прерывателя можно взять также драчёвый напильник или раш-
пиль и проводить по нему проводником. Нужно иметь в виду, что
напильник и полотно ножовки при опыте портятся.
187
Располагая набором катушек к трансформатору, можно всегда
подобрать к лампе малого или большого напряжения такие катуш-
ки, при которых получается заметное вспыхивание лампы. Для
усиления действия параллельно прерывателю надо включить теле-
фонный конденсатор С в 2 или 4 мкф. Роль этого конденсатора
выяснена ниже, в § 20,2.
3. Индукция С катушкой Румкорфа. 1) Катушка Румкорфа. 2) Ключ.
3) Гейслерова трубка. 4) Один-два ’ аккумулятора. 5) Телефонный конденсатор
на 2 мкф.
Для сравнения величины индуцированной электродвижущей
силы при замыкании и размыкании первичной цепи показателен
опыт с катушкой Румкорфа. Молоточковый прерыватель замыкают
накоротко, завернув до отказа винт© (рис. 385), и включают пер-
вичную обмотку в цепь одного-двух аккумуляторов или элементов
через ключ К (рис. 363). Расстояние между электродами разряд-
ника берут таким, чтобы при замыкании ключа (замыкать на ко-
роткое время!) между ними появлялась искра. Такое расстояние
даже для больших катушек будет сравнительно мало по причинам,
изложенным в § 20,1. При размыканиях ключа возникающая меж-
ду электродами искра будет много ярче. Затем раздвигают элек-
троды на максимальное расстояние, при котором возникает искра
при размыкании, и тем самым обнаруживают, что в этом случае
электродвижущая сила будет много больше, чем при замыкании.
Вместо искры о величине электродвижущей силы можно судить по
интенсивности вспыхивания при замыкании и размыкании гей-
слеровой трубки, включённой во вторичную цепь вместо разряд-
ника.
Длина искры несколько возрастает, если параллельно ключу
присоединить телефонный конденсатор С ёмкостью в 1 —3 мкф.
4. Прибор для индукции равномерно изменяющимся по вели-
чине магнитным полем. Для демонстрации явления индукции при
медленно и равномерно изменяющемся по величине магнитном поле
служит установка, схематически изображённая на рисунках 364
и 365. В сосуд А, снабжённый внизу трубкой В с краном или за-
жимом Мора, помещают два возможно более длинных угля для
вольтовой дуги (рис. 365). Угли включают в цепь постоянного тока
на 120 в через катушку С, взятую, например, от трансформатора.
Трубку В посредством резиновой трубки соединяют с каким-ни-
будь наполненным водой резервуаром, например стекляннойбанкой©
с тубусом. Очевидно, что при открывании крана трубки В сосуд А
начинает постепенно заполняться, водой. Резервуар © следует
взять возможно больше по объёму или, подведя к нему воду из
водопровода, необходимо поддерживать в нём уровень хотя бы на
одной и той же высоте, чтобы поступление воды в сосуд А шло бо-
лее или менее равномерно. По мере заполнения сосуда сопротивле-
ние будет уменьшаться и ток в цепи постепенно возрастать, что
вызовет медленное и равномерное увеличение магнитного потока
188
катушки С. Если около катушки С поместить вторую катушку Е,
то в последней будет индуцироваться электрический ток, постоян-
ный по своей величине.
Присоединив к катушке Е зеркальный гальванометр, можно
наблюдать, что зайчик, сместившись в начале опыта до некоторого
положения на шкале, будет находиться на одном месте до конца
опыта, т. е. до заполнения
сосуда А.
В предварительных про-
бах находят ту наилучшую
степень связи между катуш-
ками С и Е, при которой
гальванометр даёт достаточно
большое, но не чрезмерное
отклонение. Для изменения
связи во время заполнения
сосуда А водой подвигают
осторожно одну катушку С
к другой Е и находят поло-
жение, при котором отклоне-
ние гальванометра достаточно
ясно видно. Если даже при
соприкосновении катушек от-
клонение недостаточно вели-
ко,™ вводят внутрь катушек
один за одним листики или
проволоки из железа до полу-
чения надлежащего эффекта.
В опыте не обязательно
Рис. 364. Устройство сосуда с угольными
электродами.
пользоваться постоянным током на 120 в; можно наладить демон-
страцию от аккумуляторов Ца 4—10
Рис. 365. Схема установки для получения
индукции медленно изменяющимся полем.
в, но в этом случае надо брать
для заполнения сосуда А вме-
сто «чистой» воды слабый ра-
створ в воде какой-нибудь
соли, например Na2CO3, NaCl
или кислоты H2SO4.
Продемонстрировав индук-
цию равномерно нарастаю-
щим полем, показывают то же
явление при равномерно убы-
вающем поле. Для этого, от-
крыв кран, заставляют жид-
кость вытекать из сосуда А.
Гальванометр при этом даёт
отклонение в обратном на-
правлении по сравнению с
первым опытом и остаётся приблизительно в одном положении до
опорожнения сосуда А.
189
То обстоятельство, что отклонение гальванометра всё же ме-
няется, зависит от неравномерности вытекания и опорожнения со-
суда А. Действительно, неравномерность изменения количества
жидкости в единицу времени обусловлена изменением высоты уров-
ня в сосуде А или, вернее, изменением разности уровней в сосудах
Л и О.
Описанные опыты очень важны в методическом отношении, по-
этому с установкой стоит повозиться, чтобы показать их в X классе.
Опыты тем более эффектны, что продолжительность каждого из.
них может быть растянута на 1—2 минуты, для чего процесс запол-
нения или опорожнения сосуда А делают достаточно медленным.
5. Индукционный телефон Белля. 1) Две одинаковые телефон-
ные трубки. 2) Громкоговоритель (репродуктор). 3) Усилитель низкой частоты
на 2—3 лампы.
Берут две телефонные трубки, например обе от радиоприёмника
или обе от городского телефона. Важно, чтобы трубки имели при-
близительно одинаковое сопротивление; в противном случае опыт
выходит плохо, как это, например, наблюдается при пользовании
Рис. 366. Репродуктор «Рекорд» в качестве «микрофона».
одной трубкой от радио и другой —от городского телефона. Труб-
ки соединяют между собой настолько длинными проводниками,
чтобы одна из них находилась в соседнем помещении, откуда не
слышен звук голоса говорящего человека. Если для опыта взяты
парные телефонные трубки с наушниками, то нет надобности раз-
делять их: одна пара будет служить передатчиком, а другая — при-
ёмником.
При опыте в одну трубку (или пару трубок) говорят, другая
при этом воспроизводит речь. Звук в приёмных трубках получается
значительно сильнее, если в качестве передатчика взять громко
говорящий телефон с диффузором или рупором. При этом громко-
190
говоритель должен быть посредством соответствующего винта или
рычажка отрегулирован до получения наибольшей громкости речи
в приёмных трубках. Такую регулировку один человек сделать не
в состоянии, так как, говоря в передающий телефон, он не будет
себя слышать в приёмном (рис. 366).
Опыт полезен для демонстрации явления индукции при измене-
нии магнитного потока, пронизывающего обмотки телефонной
трубки. Действительно, под влиянием звука железная мембрана
передаточного телефона приходит в колебательное движение,,
т. е. периодически приближается и удаляется от концов поляризован-
ного электромагнита. По мере удаления мембраны магнитный по-
ток убывает (см. опыт § 19,2), при её приближении —возрастает,,
что вызывает появление в обмотке трубки индукционных токов.
Эти токи в приёмном телефоне служат причиной колебаний мем-
браны, т. е. возникновения звука.
Так как опыт в описанной форме доступен только для индиви-
дуального наблюдения, то для демонстрации в аудитории полезно
передаточный телефон включить к усилителю с громкоговорителем,
(см. т. V).
6. Принцип действия индукционного телефона. Для выяснения
принципа действия индукционного телефона Белля полезно проде-
монстрировать прибор, изображённый на рисунке 367. Основной
частью прибора служат две катушки А и В
из тонкой проволоки, намотанные на два
прямых, сильно намагниченных бруска и
Л42, укреплённых на подставках. Если к одной 0
Рис. 367. Прибор, выясняющий действие индукционного телефона.
катушке А быстро поднести большой кусок железа Е, то в катушке
благодаря изменению магнитного потока возникает индукционный
ток. Этот ток может быть обнаружен при помощи зеркального
гальванометра (см. опыт § 19,2). При удалении куска железа от
катушки появится ток противоположного направления. Это явле-
ние нужно продемонстрировать с зеркальным гальванометром.
Если приближению и удалению железа придать периодический
характер, то индукционный ток будет переменным, что опять-таки
можно обнаружить с помощью гальванометра. У другой катушки В
около её сердечника (магнита) помещена небольшая круглая
191
железная пластинка С, укреплённая на коротком конце рычага
COD. Рычаг COD способен поворачиваться вокруг оси О. Вращая
гайку Е и тем самым натягивая пружину F, можно сделать так,
чтобы пластинка С находилась почти вплотную около сердечника
(полюса магнита М2), но не прикасалась к нему.
Катушки А и В соединяют между собой проводниками и затем
удаляют и приближают, соблюдая некоторый ритм, кусок железа
к катушке А. Тогда индукционный ток, протекая через катуш-
ку В, вызывает усиление и ослабление поля магнита Л12, что, в свою
очередь, ведёт к возникновению колебаний пластинки С и связан-
ного с ней рычага COD.
Наилучший результат наблюдается в том случае, если перио-
дические движения руки с куском железа взад и вперёд по времени
приближаются к собственному периоду колебания рычага COD.
Для определения этого периода, а следовательно, и периода дви-
жения руки оттягивают конец рычага в сторону и наблюдают его
-собственное колебание. Железный груз можно вместо движения
рукой подвесить в виде маятника и заставить его качаться в плос-
кости, перпендикулярной к оси магнита.
§ 20. Катушка Румкорфа
Рис. 368. Вторичная обмотка круп-
ных катушек делается из отдельных
секций Р2, соединяемых между со-
бой по способу, показанному на
этом рисунке.
1. Причины порчи катушек. Катушка, иначе спираль, Рум-
корфа является в кабинете одним из основных демонстрационных
приборов по электричеству, хотя употребляется сравнительно ред-
ко. При покупке катушки не следует экономить в деньгах и надо
приобрести катушку подороже,
чтобы потом не пришлось выбро-
сить катушку, так как перемотка
её преподавателю не под силу.
Катушки приходят в негодность
обычно по причине пробивания
искрой изолирующего слоя —реже
между секциями вторичной обмот-
ки (рис. 368) и чаще между вто-
ричной обмоткой Р2 и первичной
(рис. 369). Благодаря этому разряд
частично или полностью происхо-
дит внутри катушки и искра между
электродами делается короткой
или отсутствует совсем.
В больших катушках пробивание возникает по следующим при-
чинам:
1) В погоне за получением возможно большей по длине искры
или для наблюдения тихого разряда электроды (шарики, острия
или остриё и диск) раздвигают на такое расстояние, что искра не
образуется. Возникающая при этом разность потенциалов может
сделаться настолько большой, что разряд произойдёт внутри ка-
192
тушки и вызовет разрушение изоляции. Благодаря этому катушка
не даст при последующих пробах той длины искры, которую имела
раньше. Поэтому при пуске катушек надо сдвинуть электроды до-
статочно близко и, получив искру, увеличивать её длину постепен-
но до предельного
расстояния, указыва-
емого обыкновенно
фирмой.
2) Длина искры в
известной мере зави-
сит от полярности
электродов. Наиболее
выгодно при электро-
дах в виде диска и
острия, чтобы диск
Рис. 369. Устройство крупной катушки (показана
в разрезе). А — сердечник; В и С — выводы от
первичной обмотки Р; Е — выводы от вторичной
являлся катодом, а
остриё анодом. В этом
случае искра бьёт от
острия к центру дис-
ка, в противном слу-
чае (т. е. диск—анод, остриё — катод) искра, принимая неспокой-
ный характер, бьёт в края диска. Как это будет указано ниже,
полярность электродов 'зависит от направления тока в первичной
обмотке; для изменения этого направления на корпусе кату-
шек обычно устанав-
Рис. 370. Катушка средней мощности с молоточко-
вым прерывателем и коммутатором К.
ливается коммутатор.
3) При питании
через прерыватель
Симона и Венельта
катушек, не предназ-
наченных к тому, сле-
дует в цепь всегда
включать реостат,
чтобы в первичной
обмотке не возникла
чересчур большая си-
ла тока. Такой ток
вызывает нагревание
в первичной и вторич-
ной обмотках, благо-
даря чему изолирую-
щие свойства матери-
алов сильно ослабевают. При изоляции парафином, что встречается
у некоторых плохих катушек, может начаться его вытекание под
влиянием нагревания. Понижение изолирующих свойств очень
часто приводит к пробиванию катушки.
Малые и средние катушки (рис. 370), снабжённые молоточко-
выми прерывателями, не следует включать с прерывателем Ве-
13 Физический эксперимент, том IV
193
нельта или Симона. Эти прерыватели вызывают значительное уве-
личение мощности в первичной и вторичной цепях, на что такие
катушки не рассчитаны. В результате катушка пробивается.
Ремонт пробитой катушки — очень сложная задача, и потому
в таких случаях надо обращаться в соответствующие мастерские,
а не производить его самостоятельно.
Точно так же нельзя рекомендовать изготовление катушек свои-
ми силами; даже при точном выполнении всех требований их мон-
тажа они выйдут дороже и, конечно, хуже, чем сделанные на спе-
циальном заводе. Кроме того, материал (провод, эбонит) и другие
изолирующие вещества достать очень трудно. Поэтому здесь спо-
собы изготовления катушек не описываются.
2. Назначение конденсатора в катушке. Катушки Румкорфа
могут быть разделены прежде всего на два типа: с конденсатором
Рис. 371. Катушка Румкорфа (индук-
тор высоковольтный) Главучтехпрома
ИВ-100.
Рис. 372. Катушка Румкорфа без
конденсатора, предназначенная
для работы с электролитическим
прерывателем.
(рис. 370 и 371) и без конденсатора (рис. 372). Конденсатор необ-
ходим для тех катушек, у которых употребляются молоточковые,
платиновый и ртутный, прерыватели (рис. 385—391). На рисунке
373 показана схема включения конденсатора Сг к катушке с моло-
точковым платиновым прерывателем. Этот конденсатор необходим
для уменьшения искры, возникающей в момент разрыва цепи меж-
ду колеблющейся пластинкой а и контактным винтом Ь. Теория
и опыт показывают, что в первичной обмотке в момент размыкания
индуцируется электродвижущая сила самоиндукции, складываю-
щаяся с электродвижущей силой источника тока, питающего ка-
тушку. В результате возникает довольно значительное напряже-
ние, что вызывает после разрыва цепи возникновение искры. По
этой причине ток после разрыва контактов прекращается не момен-
тально, а постепенно, и индуцированная электродвижущая сила
во вторичной обмотке имеет тем меньшую величину, чем длитель-
нее «замирает» ток в первичной цепи. При включении ёмкости (кон-
денсатора) напряжение в месте разрыва становится много меньше,
194
искра уменьшается, скорее исчезает, и напряжение во вторичной
обмотке увеличивается.
Включение конденсатора необходимо также при пользовании
ртутным турбинным прерывателем.
Катушки без конденсатора предназначены для питания их через
электрические прерыватели Венельта или Симона. В этих преры-
Рис. 373. Схема устройства катушки с молоточковым
прерыва1елем и конденсатором.
вателях экстраток размыкания необходим для пробивания газо-
вого слоя и зажигания гремучей смеси. Первичная обмотка катуш-
ки для электролитических прерывателей делается состоящей из
нескольких отдельных секций, которые для изменения коэффи-
Рис. 374. Катушка с выдвижным конденсатором С.
циента самоиндукции могут быть включены порознь или в различ-
ных последовательных и параллельных комбинациях. Это пере-
ключение делается способом, описанным ниже.
У малых катушек конденсатор включён наглухо, и отдельных
выводов от его обкладок не делается. У больших катушек, пред-
13*
195
назначенных для питания через моторный и электролитический
прерыватели, выводы от первичной катушки присоединены к клем-
мам DSB (рис. 372).
На рисунке 374 изображена катушка, у которой в целях демон-
страции конденсатор С сделан выдвижным.
В случае порчи конденсатора его починить не так легко и проще
всего заменить для малых катушек двумя-тремя телефонными кон-
денсаторами (рис. 375) ёмкостью в 1—10 мкф и для больших — кон-
денсаторами, выдерживающими напряжение до
2000 в.
Для проверки исправности конденсатора его
включают последовательно с лампой накаливания
’Рис. 375. Конден-
сатор бумажный
(микрофарады).
Рис. 376. Разрядник для крупной катушки.
на 15—25 вт или неоновой лампой в цепь постоянного (но не пе-
ременного) тока с напряжением в 120—220 в. Горение лампы ука-
зывает на пробитие конденсатора.
Молоточковые платиновые прерыватели ставятся на катушках
небольшой мощности с длиной искры не более 30 см. В катушках
большой мощности употребляются исключительно ртутные мотор-
ные и электролитические прерыватели.
3. Разрядники. Концы вторичной обмотки выводятся к клеммам
Р2 (рис. 370), а чаще к колонкам (рис. 371), установленным на кор-
пусе самой катушки. В первом случае для получения искры, если
только катушка не совсем малой мощности, надо пользоваться от-
дельным разрядником (рис. 376), во втором—разрядник укреп-
ляется в колонках. Следует быть осторожным с клеммами вторич-
ной обмотки и без нужды не поворачивать их, так как может про-
изойти обрыв проводников, подводящих к ним ток от обмотки. У хо-
роших катушек клеммы и колонки делаются вставными в гнёзда»
благодаря чему обрыв провода невозможен.
196
Разрядник состоит из двух проводников, концы которых сде-
ланы в виде остриёв (рис. 372). Чаще разрядник состоит из диска и
острия, что позволяет для катушек с моторным и электролитиче-
ским прерывателем получать разряд в виде конусообразного пучка
искр (рис. 377), что возможно только у крупных катушек.
Об измерениях напряжения по длине искры см. т. III.
4* Источники тока для катушек. Для приведения в действие
катушки требуется постоянный ток: для малых и средних—от
элементов или аккумуляторов, для больших — от мотор-генера-
тора. В виде исключения катушку с прерывателем Симона можно
питать от переменного тока для некоторых опытов, например де-,
монстрации искрового разряда, прибора Тесла и т. п.
Рис. 377. Разряд мощной катушки.
Ток, получаемый от вторичной обмотки катушки при питании
её постоянным током, является переменным, но отнюдь не синусо-
идальным. Грубо говоря, этот ток состоит из периодических «тол-
чков» противоположного направления, следующих друг за другом
с интервалами, зависящими от числа и характера прерываний.
При этом напряжение на вторичной обмотке при замыкании
будет значительно меньше напряжения, возникающего при размы-
кании. Действительно, нарастание тока в первичной обмотке при
замыкании происходит много медленнее, чем его исчезновение при
размыкании. Поэтому катушка, у которой электроды у разряд-
ника сдвинуты на близкое расстояние, даёт искры, соответствую-
щие току того и другого направления; при достаточно большом раз-
двигании электродов получаются разряды тока только одного на-
правления. По этой же причине при питании трубок катодных,
рентгеновых и т. п. катушками сравнительно небольшой мощности
разряд соответствует току одного направления. Для перемены
полюсов вторичной обмотки небольшие катушки обычно снабжают
специальными коммутаторами (рис. 370). В рентгеновских
197
установках с крупными катушками для получения постоянного
тока во вторичную цепь вводят специальные выпрямители.
Первичную обмотку катушки можно питать непосредственно
переменным током без всякого прерывателя. В этом случае катушка
превращается в трансформатор и даёт во.вторичной цепи перемен-
ный ток высокого напряжения. Получаемая при этом искра имеет
меньшую длину, чем при пользовании прерывателем, но будет
много ярче, так как имеет большую мощность. Следует быть осо-
бенно осторожным при пользовании переменным током, так как
прикосновение к клеммам вторичной обмотки может быть смертель-
ным.
Точно так же прикосновение к катушкам, питаемым постоянным
током, может вызвать поражение током, тем более сильное, чем
мощнее катушка. Пропускать ток от катушки даже малой мощно-
Рис. 378. Медицинская катушка Румкорфа.
сти через учащихся в целях демонстрации физиологических дей-
ствий нельзя, — опыт иногда оканчивается для некоторых обморо-
ками. Если всё же хотят показать физиологические действия, то
берут медицинскую катушку Румкорфа и увеличивают вторичный
ток постепенно.
5. Катушки, необходимые для кабинета. В кабинете надо иметь
две различные по величине катушки Румкорфа: одну —совсем
малую с длиной искры в 5—10 мм (рис. 371), другую —с прерыва-
телем Симона (рис. 372). Катушка с молоточковым прерывателем
предназначается для питания шкалы Кросса, гейслеровых, плюк-
керовых и катодных трубок. Вторая катушка должна служить для
демонстрации разрядов, питания трубок Рентгена, трансформатора
Тесла, постановки некоторых опытов по радиотехнике и т. п. и
иметь искру длиной не менее 15—20 см.
Для демонстрации устройства катушки Румкорфа очень по-
лезна медицинская катушка (рис. 378). Так как железный сердеч-
ник сделан вынимающимся, то катушка, имеет отдельный преры-
ватель, на котором особенно легко познакомить учащихся с прин-
ципом действия последнего. Вторичная обмотка сделана движущей-
ся на салазках для изменения степени связи с первичной. Две
металлические трубки, включаемые проводниками ко вторичной
обмотке Р2, предназначены для держания в руках при пропу-
198
скании тока через человеческое тело. Величину вторичного напря-
жения можно изменять вдвиганием и выдвиганием вторичной ка-
тушки и сердечника. При демонстрациях физиологического дей-
ствия, пустив в ход прерыватель О, медленно надвигают вторичную
обмотку Р2 на первичную Рх или вводят железный сердечник Q
до тех пор, пока подвергающийся электризации не заявит протеста.
Для прекращения электризации ток ослабляют, так же посте-
пенно отодвигая вторичную катушку от первичной.
Главучтехпром выпускает катушки Румкорфа двух едино-
образных по своей конструкции видов, под названием «Индуктор
Рис. 379, Устройство катушек Румкорфа Главучтехпрома ИВ-50 и
ИВ-100.
высоковольтный» марок ИВ-50 и ИВ-100 (рис. 379). Сердечник А
у этих катушек собран из полос трансформаторного железа; первич-
ная обмотка Рг намотана из толстой проволоки на этот сердечник.
Вторичная обмотка Р2 выполнена в виде двух секций, соединён-
ных последовательно и заизолированных друг от друга парафином,
которым залит карболитовый кожух, вмещающий катушку в це-
лом. Выводы от вторичной обмотки присоединены к двум металли-
ческим съёмным колонкам, снабжённым остриём и диском в ка-
честве разрядника-. Выступающие концы сердечника А опёрты на
деревянные стойки, укреплённые на крышке ящика, являющегося
основанием и содержащего в себе конденсатор С, включённый по
схеме рисунка 373. Прерыватель молоточкового типа состоит из
пружины с якорем В и контактного винта Ь, закрепляемого во из-
бежание саморазвёртывания посредством контргайки Е. Для вклю-
чения тока от батареи служат клеммы ±; перемена направления
тока производится посредством коммутатора Этот же коммута-
199
Рис. 380. Катушка Румкорфа (индуктор высоко-
вольтный) Главучтехпрома ИВ-50.
тор служит также для выключения тока, для чего его устанавли-
вают рукояткой вверх.
Катушка ИВ-50 рассчитана на питание от батареи аккумулято-
ров 6—8 в и предназначена для получения искры длиной не более
50 мм (рис. 380). Катуш-
ка ИВ-100 требует для
питания такой же бата-
реи, однако даёт наи-
большую искру длиной
в 100 мм (рис. 371).
В инструкциях, прила-
гаемых к катушкам, осо-
бо оговорено во избежа-
ние порчи не допускать,
во-первых, получения
более длинных искр,
чем указано, и во-вто-
рых, нагрева катушек
выше 40э. При первых
признаках просачива- .
ния расплавившегося
парафина необходимо
тотчас же прекращать действие катушки.
Для возбуждения в электрическом контуре колебаний или для
питания трансформатора Тесла (см. т. V) возможно пользоваться
Рис. 381. Различные способы соединений секций первичной обмотки у ка-
тушки Румкорфа.
описанными выше катушками ИВ-50 и ИВ-100, однако большую
мощность можно получить, воспользовавшись набором «Трансфор-
матор универсальный», имеющим специальную катушку для полу-
чения высокого напряжения.
200
В заключение описания катушек Румкорфа следует упомянуть
о мощной катушке, выпускавшейся в продажу в довоенные годы
и предназначенной для питания через прерыватель Симона или
Венельта (рис. 372). Такая катушка до настоящего времени со-
хранилась в крупных кабинетах физики. Катушка может быть вклю-
чаема в сеть освещения как постоянного,
так и переменного тока с напряжением в
120 в, но обязательно через реостат с тем,
чтобы сила тока в первичной обмотке не
превышала 10 а. Её первичная обмотка
состоит из трёх отдельных секций, концы
от которых выведены к шести клеммам.
При указанных на рисунке 381 способах
соединения катушка даёт при одной секции
искру длиной в 5 см, при двух секциях—
в 20 см и при трёх секциях—в 15 см и раз-
Рис. 382. Схема устройст-
ва молоточкового преры-
вателя.
вивает в последнем случае за счёт увеличения силы тока наиболь-
шую мощность по сравнению с другими способами включения.
§ 21 * Прерыватели
1. Виды прерывателей. Для периодических прерываний тока
в цепи служат прерыватели. Такие перерывы производятся обычно
автоматически за счёт энергии прерываемого тока. При устройстве
прерывателей могут быть использованы различные физические яв-
ления, например электромагнитное или электрохимическое, или
другое действие тока. Самодействующие прерыватели электромаг-
нитного типа являются важнейшими частями электрических звон-
ков, зуммеров, а также небольших катушек Румкорфа. В таких
прерывателях существенной частью является, упругая пластинка
В с железным якорем С на конце (рис. 382). *Под влиянием упру-
гой силы пластинка располагается так, что плотно прикасается
к концу контактного винта D, замыкая тем самым ток, текущий
через электромагнит от батареи Е. Этот ток вызывает намагничи-
вание сердечника электромагнита А, а следовательно, и притяже-
ние якоря С, что влечёт за собой изгиб полоски В и разрыв тока
в цепи. После перерыва тока электромагнит размагничивается,
сила, воздействующая на якорь С, исчезает и полоска В,возвраща-
ясь упругими силами в нормальное положение, вновь замыкает
ток. Таким образом, этот процесс, повторяясь, становится пери-
одическим. Наибольшее число прерываний, получаемых у преры-
вателей описываемого типа, зависит от собственной частоты ко-
лебаний полоски В и якоря С.
В электрохимических прерывателях используются явления:
образования газового чехла вокруг одного из электродов А
(рис. 383) в результате разложения током раствора серной кислоты
или возникновения пузырька газа в отверстии не проводящей ток
стенки С, разделяющей электроды D и Е, погружённые в раствор
201
серной кислоты (рис. 384). Разрушение этого газового чехла или
пузырька, что ведёт к замыканию тока в цепи, происходит экстра-
током размыкания, возникающим в обмотке электромагнита, на-
личие которого в цепи является необходимым для действия пре-
рывателя.
Процесс образования и разрушения газового непроводящего
слоя становится периодическим, что используется для прерываний
Рис. 383. Схема уст-
ройства прерывате-
ля Венельта.
Рис. 384. Схема устройства
прерывателя Симона.
тока в цепи. Частота перерывов тока, которую легко получить с по-
мощью таких электролитических прерывателей, во много раз пре-
вышает частоту прерываний, достигаемых при посредстве преры-
вателей электромагнитного типа.
Рис. 385. Устройство простейшего молоточко-
вого прерывателя.
О
Рис. 386. Платино-
вые контакты моло-
точкового прерыва-
теля.
2. Прерыватель молоточковый. Все небольшие катушки Рум-
корфа снабжаются обыкновенно молоточковыми прерывателями.
Наибольшее достоинство молоточкового прерывателя заключается
в надёжности действия и простоте управления при маломощных ка-
тушках. Однако он может устойчиво работать при напряжениях
202
не больше 12—20 в и сравнительно небольших силах тока, макси-
мум в 4—5 а. Число прерываний молоточка зависит от его длины,
именно будет тем больше, чем короче молоточек. В лучшем случае
можно получить до 15—20 прерываний в секунду.
При сильных токах и больших напряжениях происходит обго-
рание контактов, и правильная работа нарушается. На рисунках
385 и 387 показана наиболее распространённая конструкция моло-
точкового прерывателя. На плоской пружине (фосфористая брон-
за) В укреплён кружок из мягкого железа —якорь С. К пружине
В может быть прижат в той или иной степени винт !), служащий
для подведения тока и изменения числа прерываний. Винт D на
конце снабжён платиновым штифтом; в свою очередь на пружине В
в месте прикосновения винта D прикреплена платиновая пластин-
ка. Платиновые контакты, безусловно, необходимы; всякий дру-
гой материал при искрообразовании выгорает и покрывается оки-
слами, благодаря чему работа прерывателя прекращается.
Для прерывателя вредно, а иногда и гибельно напряжение выше
12—20 в, почему рекомендуется для питания сравнительно неболь-
ших катушек брать 4—6—8 в. В противном случае в контактах воз-
никают сильные искры, оплавляющие платину, а иногда наблю-
дается, что штифт винта D сваривается с платиновой площадкой на
пружине.
Вообще говоря, напряжение обыкновенно поднимают, чтобы
увеличить мощность катушки, т. е. для того, чтобы получить бо-
лее яркую и длинную искру. При молоточковых прерывателях
сильное искрообразование нарушает правильную работу прерыва-
теля, благодаря чему число прерываний уменьшается и катушка
работает даже хуже, чем при малом напряжении.
Если контакты на прерывателе обгорели, надо их очень осто-
рожно сравнять бархатным напильником (надфилем) и придать им
плоскую поверхность. В особенности недопустимо заострять конец
штифта в контактном винте!). К опиливанию нужно прибегать как
к крайнему средству и затем давать катушке меньшее напряжение,
чтобы обгорание не повторялось.
Если контакты сгорели совсем, их надо заменить новыми
(рис. 386). Для этого на пружинку В посредством олова проще все-
го напаять небольшую платиновую площадку Ь. Для укрепления
штифта d в основании винта!) просверливают небольшое отверстие,
в которое вставляют платиновую проволочку соответствующей
толщины (2—3 мм). Для закрепления проволочки вместо пайки
лучше обжать вокруг неё посредством керна и молоточка конусо-
образную часть основания винта D.
Контакты должны быть всегда чистыми и иметь гладкую поверх-
ность. В случае загрязнения их следует обмывать спиртом и неров-
ности сглаживать бархатным напильником.
Для изменения числа прерываний медленно завёртывают винт D
от положения, в котором он не касается якоря, и получают сначала
низкий, а затем всё более и более высокий звук. При слишком боль-
203
шом для данного прерывателя числе колебаний прерыватель пре-
кращает работу. Тогда отвёртывают винт D и находят наибольшее
число колебаний, при котором работа вполне устойчива. При по-
следующих пусках в ход якорь для возбуждения колебаний сле-
дует слегка стронуть с места пальцем.
Винт D в той колонке В, в которой он укреплён, должен завёр-
тываться и отвёртываться сравнительно туго, т. е. с некоторым
трением. В противном случае он при работе будет развёртываться,
что поведёт к уменьшению числа прерываний и к прекращению ра-
боты. Обычно колонка Е сверху до резьбы делается разрезной для
того, чтобы, вынув винт£) и сжав плоскогубцами или ручными тис-
ками верх колонки, можно было сузить отверстие и тем самым за-
Рис. 387. Молоточковый
прерыватель с вертикаль-
ным расположением пру-
жины В.
Рис. 388. Прерыватель Вриля.
ставить винт вращаться более туго. В некоторых прерывателях
для закрепления винта D в наиболее выгодном положении служит
специальная контргайка. Регулировка и закрепление винта D про-
изводятся так же, как это было описано для электрического звонка
(§ ИЛ)-
На рисунке 387 показан подобный тип молоточкового преры-
вателя, отличающийся от описанного только вертикальным распо-
ложением пружины якоря. Иногда пружину снабжают особым
винтом F для установки якоря на некотором, наиболее выгодном
расстоянии от сердечника А (рис. 388). Подобный прерыватель
более совершенен, чем описанные выше типы.
Видоизменением платинового прерывателя является ртутный
молоточковый прерыватель. Описание его дано ниже.
3. Платиновый прерыватель Вриля. У катушек с длиной искры
более 75—100 мм, выпущенных на рынок фирмой ЗЕТ, платино-
вый прерыватель имеет следующее устройство (рис. 388 и 389). На
колонке А посредством болта В, изолированного от неё эбонитовой
втулкой, укреплены две плоские бронзовые пружины Сх и С2. На
204
конце одной из них Ct помещён железный якорь; на другой против
контактного винта D сделана платиновая напайка. В якоре укреп-
лён небольшой винт Е, свободно проходящий своей нарезной ча-
стью, но не головкой, через отверстие, сделанное в пружине С2
(рис. 389). Это винт может быть в той или Иной степени отвер-
нут. Если винт Е завёрнут наглухо, то якорь под влиянием притя-
Рис. 389. Схема работы прерывателя Вриля.
жения сердечником поведёт за собой одновременно обе пружины.
В случае, когда винт Е несколько отвёрнут, якорь сначала ведёт
за собой только одну пружину Сх, так как винт до своей головки
свободно проходит через отверстие в пружине Cv С момента, когда
Рис. 390. Прерыватель
Депре.
Рис. 391. Схема прерывателя
Депре.
головка винта Е коснётся пружины Clt якорь в своём движении
увлечёт за собой и пружину С2.
Так как якорь вместе с пружиной Сг в момент захвата с собой
пружины С2 уже приобрёл известную скорость, то разрыв цепи про-
изойдёт более резко и быстро, чем у обычного молоточкового пре-
рывателя (рис. 385). Это выгодно, так как величина индуцирован-
ной электродвижущей силы будет тем больше, чем резче происхо-
дит изменение магнитного потока.
Винт Е, укреплённый в колонке А прерывателя и изолирован-
ный от пружины эбонитовыми прокладками, служит для переме-
щения всей колеблющейся системы (т. е. якоря и пружин С\ и С2)
205
ближе к сердечнику катушки или дальше от него. Регулируя винты
F и D, можно легко найти оптимальные условия для работы преры-
вателя. Во избежание саморазвинчивания регулировочные винты
F и D снабжены пружинками.
4. Прерыватель Депре. У катушек сравнительно большой мощ-
ности можно встретить также довольно часто прерыватель Депре
(рис. 390—391). Прерыватель состоит из железного стержня5 А, спо-
собного поворачиваться вокруг оси О. Этот стержень имеет на од-
ном конце платиновую напайку В, приходящую в соприкосновение
с контактным винтом D, и на другом конце сквозное отверстие, че-
Рис. 392. Ртутный турбинный преры- Рис. 393. Устройство турбинного
ватель. прерывателя.
рез которое проходит свободно штифт винта Е. Этот штифт упи-
рается в плоскую пружину F, прикреплённую одним концом к
стержню. Назначение этой пружины —прижимать якорь к кон-
тактному винту, после того как якорь будет притянут сердечником
М катушки. Благодаря меньшей длине колеблющегося стержня, по
сравнению с колеблющейся системой других прерывателей, пре-
рыватель Депре (рис. 374) даёт большее число прерываний, чем
другие системы.
5. Ртутный молоточковый прерыватель. Он отличается от пла-
тинового только тем, что разрыв и замыкание цепи производятся
не между платиновыми контактами, а между медным штифтом и
206
ртутью, налитой в сосуд. Ртути должно быть столько, чтобы ко-
нец штифта при колебаниях погружался и выходил из неё. Для га-
шения искры и защиты ртути от окисления на поверхность ртути
наливают слой в 10—15 мм керосина, масла или денатурирован-
ного спирта. Подобный прерыватель позволяет употреблять для пи-
тания катушки большее напряжение и силу тока, чем платиновые
прерыватели. Однако, благодаря большему периоду колебаний и,
следовательно, меньшему числу колебаний, чем у платиновых, вы-
годы его сводятся на нет, почему в настоящее время он не упо-
требляется. Кроме того, этот прерыватель требует периодически
довольно хлопотливой очистки ртути
от загрязнившегося масла.
6. Ртутный вращающийся преры-
ватель. Наиболее распространён тур-
бинный прерыватель, изображённый
на рисунках 392 и 393. В чугунный
Рис. 394 — 395. Схемы устройства ртутных турбинных прерывателей.
сосуд А налита ртуть, которая при вращении небольшой турбинки
поднимается по её трубчатой оси и затем выбрасывается из одной
(рис. 394) или двух (Sx и S2) трубок (рис. 395) в виде струй, бью-
щих в радиальных направлениях.
В одной системе прерывателей струя в течение полуоборота па-
дает на металлическое полукольцо В и замыкает ток. В течение
другой половины оборота струя касается изолированной части С
кольца, что соответствует перерыву тока (рис. 394). У другого типа
прерывателей ртутные струи замыкают пластинчатые контакты
а19 Ь± и а2, b2 между собой (рис. 395). Турбинка приводится во вра-
щение посредством мотора D постоянного тока, допускающего
изменение числа оборотов. Так как искры, возникающие в моменты
разрыва цепи, окисляют и тем самым загрязняют ртуть, то пре-
рыватель наполняют светильным газом. Во избежание взрыва пуск
прерывателя производится только тогда, когда весь воздух будет
вытеснен газом. Кроме гарантии от окисления ртути, присутствие
газа делает перерывы более резкими.
Турбинный прерыватель обладает следующими достоинствами:
а) позволяет легко получить любое число перерывов, для чего
посредством реостата изменяют.скорость вращения мотора;
б) даёт резкие перерывы тока;
207
в) работает почти бесшумно.
Турбинный прерыватель редко встречается в кабинетах, почему
устройство его и уход за ним здесь более подробно не описываются.
Употребляется он в рентгеновских установках.
7. Электролитический прерыватель Венельта. Прерыватель
Венельта, или электролитический прерыватель, имеет следующие
преимущества по сравнению с молоточковым.
а) Прерыватель Венельта отличается простотой своего устрой-
ства и несложностью ухода за ним.
б) Прерыватель Венельта может работать при напряжениях
больших, чем молоточковый, и прерывать ток силой до 15—20 а.
В случае необходимости иметь ещё более сильный ток два или не-
сколько прерывателей Венельта соединяют параллельно. Поэтому
все мощные катушки снабжаются прерывателями Венельта.
в) Прерыватель Венельта может давать число перерывов от 200
до 2000 в секунду. Благодаря такому значительному числу Преры-
ваний во вторичной цепи катушки Румкорфа получается значитель-
но большая сила тока, чем при молоточковом прерывателе.
г) Катушка Румкорфа, снабжённая прерывателем Венельта,
не нуждается в конденсаторе.
Прерыватель Венельта уступает молоточковому прерывателю,
во-первых, в том, что не может работать при малых напряжениях,
во-вторых, он даёт едкие испарения серной кислоты и, в-третьих,
при работе сильно шумит.
Прерыватель Венельта состоит из сосуда, заполненного 20—
30-процентным раствором серной кислоты, в которую помещены
свинцовая пластинка А и небольшая платиновая или, что хуже,
никелевая проволочка D, высовывающаяся из фарфоровой про-
бирки (капсуля) Е (рис. 396 и 397). Внутри капсуля помещён свин-
цовый стержень, в нижний конец которого заделана платиновая
проволока D. Эта проволока проходит через узкое отверстие, сде-
ланное в дне капсуля. Верхний конец свинцового стержня соеди-
нён с гайкой К; вращая гайку, можно менять длину платиновой
проволочки, высовывающейся из капсуля. Ток к прерывателю под-
водится к клеммам М и Af; при этом, безусловно, необходимо отри-
цательный полюс источника тока присоединить к свинцу, но не
к платиновой проволочке. В противном случае прерываний проис-
ходить не будет, и платиновый электрод может раскалиться до-
красна и даже расплавиться.
Прерыватель Венельта употребляется исключительно для по-
стоянного тока. На переменном токе прерыватель работает сравни-
тельно .плохо, поэтому в этом случае его надо включать от выпря-
мителя.
Наилучшее условие для работы прерывателя —от 30 до 80 в
постоянного тока. Однако при напряжениях от 80 до 120 в можно
сравнительно легко получить устойчивую работу прерывателя.
Прерыватели очень малого размера с тонкой платиновой проволоч-
кой могут работать при 10—12 в.
208
Самодельный прерыватель показан на рисунке 398. Он состоит
из стеклянной банки, закрытой деревянной, пропитанной парафи-
ном крышкой. На крышке укреплены свинцовая пластинка А и
стеклянная пробирка В с малым отверстием на конце. Внутри про-
бирки помещена стеклянная трубка С, в оттянутый конец которой
впаяна тонкая платиновая проволочка (I — 1—2 см\ d = 0,3—
0,8 мм). Размер трубки С подобран так, что она может с лёгким
трением перемещаться внутри пробирки В. Кроме платины, при-
годна никелевая или молибденовая проволока. Материал прово-
локи значения не имеет, но проволока из других материалов очень
быстро сгорает. Применяя не платиновую проволоку, необходимо
конструировать прерыватель таким образом, чтобы можно было
Рис. 396. Прерыватель
Венельта.
Рис. 397. Прерыватель Ве-
нельта с тремя штифтами.
легко продвигать проволоку из капсуля. Для укрепления в про-
бирке трубочки надета резиновая трубочка F. Внутрь трубки С
налита ртуть и опущен конец медного проводника, соединённого
с клеммой «плюс». Клемма «минус» присоединена к свинцовой пла-
стинке. Платиновая проволочка проходит через отверстие в дн$
пробирки. Для изменения величины поверхности проволочки, по-
гружённой в раствор серной кислоты, поднимают или опускают
стеклянную трубочку С.
Число прерываний, даваемых прерывателем Венельта, зависит
от. величины самоиндукции первичной обмотки катушки и вели-
чины поверхности платиновой проволочки, погружённой в раствор.
Чем меньше самоиндукция катушки, тем больше число прерыва-
ний; наоборот, при большой самоиндукции нарастание тока про-
исходит медленно и число прерываний становится небольшим. Пер-
14 Физический эксперимент, том IV 2ЭЭ
вичная обмотка катушек, предназначенных для работы с прерыва-
телем Венельта, обыкновенно содержит несколько (две-три) секций,
которые для изменения самоиндукции можно брать порознь, вклю-
чать параллельно или последовательно (рис. 381).
Наилучшую комбинацию секций нетрудно подобрать опытным
путём.
При пуске в ход катушки, включив прерыватель Венельта и не-
большой реостат с сопротивлением в 2—3 ом, постепенно увели-
чивают поверхность платиновой проволочки, высовывающейся из
пробирки.
Судя по длине искры, её толщине
и звуку прерывателя, находят опыт-
ным путём наилучшие условия.
Прерыватель должен давать ров-
ный гудящий звук, не сопровождаю-
щийся отдельными взрывами или
исчезновением звука.
По мере работы прерывателя запол-
няющая его сосуд жидкость нагревает-
ся, даёт обильное выделение паров,
воды и кислот, и, кроме того, преры-
ватель временами начинает терять
ритм и «захлёбываться». Как правило,
сосуд для прерывателя берут возмож-
но больше во избежание нагревания;
нередко помещают его во второй со-
суд (ведро), через который для охлаж-
Рис. 398. Устройство самодель- дения пропускают проточную воду,
ного прерывателя Венельта. Уход за прерывателем сводится к
периодической очистке крышки и
клемм от окислов и отложившихся солей. В случае, если жидкость
загрязняется, что случается через несколько месяцев, её заменйют
новой и очищают свинцовый электрод, фарфоровый капсуль и
платиновую проволочку.
Прерыватель нельзя хранить в шкафу, где находятся какие-ни-
будь железные предметы: они через короткое время сильно за-
ржавеют благодаря выделяющимся парам серной кислоты.
Как было указано выше, не следует при прерывателе Венельта
гнаться за получением наибольшей длины искры у катушек, кото-
рые не предназначены для такого прерывателя. В результате мо-
жет случиться, что вторичная обмотка будет пробита внутри и ка-
тушка выйдет из строя.
8. Прерыватель Симона. Этот прерыватель отличается более
простой конструкцией, нежели прерыватель Венельта, и не содер-
жит платинового электрода, почему получил в школах широкое рас-
пространение. Прерыватель состоит из сосуда, заполненного ра-
створом серной кислоты, в который погружены свинцовая плас-
тина А и фарфоровый капсуль В (рис. 399).
210
Капсуль внизу имеет узкое отверстие. Внутри капсуля поме-
щается свинцовый стержень, соединённый с клеммой С. При про-
хождении тока отверстие периодически запирается выделяющи-
мися газами и парами. Этот газовый пузырёк, образующийся в от-
верстии, разрушается токами самоиндукции первичной обмотки
катушки.
Прерыватель работает как на переменном, так и постоянном!
токах при напряжениях, не меньших 30—40 в. Уход за ними такой
же, как и за прерывателем Венельта.
Изготовить прерыватель Симона самостоятельно не представ-
ляет затруднений. У бутылки отрезают горло и внизу просверли-
вают узкое отверстие а (рис. 400). Бутылку укрепляют тем или
Рис. 399. Прерыва-
тель Симона.
Рис. 400. Примитив-
ный прерыватель
Симона.
иным способом на деревянной, пропитанной парафином крышке и
внутри помещают свинцовый электрод В в виде стержня или ци-
линдра. К крышке прикрепляют также свинцовую пластину С.
Для получения наилучшего эффекта желательно в бутылке про-
сверлить три отверстия различного диаметра —от 1 до 3 мм.
На опыте подбирают наилучший размер отверстия, закрыв два
других деревянными колышками.
Прич другом способе изготовления прерывателя Симона отвер-
стие делается в обычной пробирке продуванием в пламени. Для
этого конец пробирки нагревают на пламени примуса или паяль-
ной лампы и дуют в пробирку, не вынося её из пламени. В пробирке
проплавляется узенькое (около 1/4с—1/2 мм) отверстие. Так как
пробирки стоят дёшево, такие отверстия проплавляют в 10—20
пробирках и затем подбирают наиболее подходящее отверстие на
опыте. В остальном устройство прерывателя остаётся таким же,
как описано выше. Прерыватели Симона из пробирки работают
очень хорошо, но пробирки часто лопаются, почему их также надо
иметь в запасе.
14*
211
Число перерывов у прерывателя Симона меньше, чем у преры-
вателя Венельта, и может быть изменяемо подбором самоиндукции
первичной обмотки катушки.
Конденсатор у катушки при прерывателе Симона не нужен.
Присоединение катушки к прерывателю Симона показано на
рис. 401.
Прерыватель Симона несколько хуже прерывателя Венельта,
так как его нельзя регулировать. При данной величине отверстия
и данной крепости кислоты достаточное число перерывов тока в се-
кунду будет происходить только при достаточно сильном токе,
Рис. 401. Включение катушки к прерывателю Симона.
проходящем через прерыватель. Между тем сопротивление первич-
ной катушки, омическое и индуктивное, и сопротивление преры-
вателя часто бывают настолько велики, что ток не достигает нуж-
ной силы. Прерыватель даёт отдельные перерывы, которые при уве-
личении силы тока должны слиться в довольно .высокий музыкаль-
ный тон.
Режим можно регулировать реостатом, если он ещё не выведен
весь. Если же реостат выведен, приходится уменьшать самоиндук-
цию катушки или менять отверстие в прерывателе. Уменьшение от-
верстия ведёт к большему сопротивлению и к понижению общей
мощности, расходуемой спиралью.
Как правило, малому отверстию или малой длине штифта (у пре-
рывателя Венельта) соответствует Ссльшая самоиндукция, и на-
оборот, большому отверстию —малая самоиндукция. Сила тока во
212
втором случае очень сильно возрастает и может сделаться настолько
большой, что вызовет перегорание предохранителей или сильное
нагревание первичной катушки спирали.
§ 22. Динамо-машина
1. Типы динамо-машин. Генераторы. постоянного тока могут
быть прежде всего разделены на два класса: магнито-электриче-
ские машины и динамо-машины.У первых для создания магнитного
поля служат постоянные (стальные) магниты (рис. 421); у вторых
поле создаётся двумя или несколькими парами электромагнитов
(рис. 420), питаемых током от якоря самой машины. Магнито-элек-
трические машины имеют сравнительно простое устройство, но
могут дать лишь малую мощность —порядка единиц или десятков
ватт.
Динамо-машины по способу соединения между собой индуктора
(электромагнитов) и нагрузки разделяются (так же, как моторы по-
стоянного тока) на следующие типы: сериес (рис. 285), шунт
(рис. 286) и компаунд (рис. 287). Устройство небольших динамо-
машин технического типа подобно устройству мотора.
По способу обмотки якоря динамо могут быть разделены на ма-
шины с барабанным якорем (рис. 281) и с кольцом Грамма. Послед-
ние в настоящее время не применяются. .
Об установке динамо-машины, уходе за ней см. т. I.
2. Контуры для демонстрации принципа получения переменного
однофазного и постоянного токов. При рассмотрении вопросов о
демонстрации принципа простейшего мотора была указана необ-
ходимость сделать контур, подобный изображённому на рисунке272.
Для демонстрации принципа получения переменного однофазного
и постоянного токов также, безусловно, необходимо располагать
моделями контуров (рис. 272). Так как моделей в продаже нет, то
их надо сделать своими силами в кабинете или в школьных мастер-
ских. Первое условие успеха соответствующих демонстраций —
это достаточно большие размеры контуров и их яркая раскраска.
Нередко приходится в кабинетах видеть подобные контуры совсем
малых размеров, сделанные так для упрощения выполнения, и без
раскраски. Такие модели, конечно, способствуют более успешной
проработке принципа устройства мотора и генератора, но не дают
того эффекта, который может быть, вообще говоря, получен, если
модели имеют достаточно большие размеры.
Для изготовления контуров (с размером петли в 30 см X 50 см)
берут железную проволоку толщиной примерно с карандаш (d=
= 6—8 мм) и отжигают её для придания мягкости, что облегчает
последующую работу. Проволока после отжига тщательно выпрям-
ляется молотком, и из неё сгибают петлю при помощи тисков. Важно
изгибы выполнить под прямым углом и не сделать петлю кривой,
благодаря чему пострадает внешний вид модели и, главное, услож-
нится последующая работа по её монтажу. Для укрепления кон-
213
тура на оси со стороны его целой части надевают на провод до его
сгибания латунную или железную трубочку Л, в которой имеется
отверстие а (рис. 402). Эту трубочку прочно припаивают оловом
к проводу контура. В отверстие в трубке вставляют и припаивают
отрезок железного провода Ь, который будет служить осью. Конец
этого провода для вращения изгибают в виде рукоятки. С другой
стороны контура провода В и С вставляются в деревянный брусо-
чек/) из крепкого дерева (рис. 403). Отверстия следует просверлить
Рис. 402. Реостат (с коммутатором). Рис. 403. Демонстрационный контур
для объяснения принципа получения
переменного тока.
такого диаметра, чтобы провода В и С входили в них с возможно
большим трением. В середину брусочка вставляется провод В, слу-
жащий осью. Его необходимо плотно заделать в брусочек, для чего
можно конец снабдить резьбой с двумя гайками F. Проще придать
проводу Е четырёхугольное сечение на конце и вбить его в просвер-
ленное отверстие. На тщательное выполнение всей детали, показан-
ной на рисунке 403, следует обратить самое серьёзное внимание,
так как это наиболее сложное место во всей конструкции. Для боль-
шей жёсткости брусочек D сдвинут до соприкосновения с отогну-
тыми частями проводников В и С. В целях упрощения ось можно
сделать сплошной, а не из двух кусков Е и Л, но тогда модель не-
сколько потеряет в своей наглядности. Для изготовления колец
берут полоски кровельного железа. Кольца укрепляют одним из
способов, показанных на рисунке 404. Для изготовления коллек-
тора отливают из свинца или алюминия кольцо, которое потом раз-
резают пополам. Проще подыскать железное кольцо подходящего
размера. Способ укрепления коллекторных пластин показан на
рисунке 405. Щётки делают из полосок железа.
.214
Контуры следует обязательно раскрасить так, как это условно
показано на рисунке 272. Все части, не проводящие тока, в том
числе оси, подставку и т. п., окрашивают чёрной краской. Проводи
ник А от оси вращения до кольца или коллектора и самое кольцо
Рис. 406.
Рис. 407.
или соответствующую пластинку С коллектора красят одним цве-
том (белым), другой проводник В, также вместе с кольцом и пла-
стиной £>,— другим. Щётки Е и F окрашивают неодинаковыми
цветами, отличными от цветов проводников А и В (рис. 272). Весь-
Рис. 408. Прибор для теневой проекции, иллюстри-
рующий принцип получения прямого тока.
Рис. 409. Прибор для теневой проекции, демонстри-
рующий принцип получения переменного тока.
ма полезно ввести до-
полнение к контуру в
виде жестяных стре-
лок, из которых одна
пара укрепляется на
проводниках А и В и
другая —около щё-
ток. Эти стрелки сле-
дует сделать повора-
чивающимися вокруг
точки О (рис. 406).
Проще сделать их
съёмными, снабдив их
для этой цели крюч-
ками а и b (рис. 407).
Возможно, посадив
стрелки на общую ось
и укрепив на подстав-
ке упоры, сделать их
автоматически пово-
рачивающимися при
переходе через нейтральное положение. Употребление контуров
при преподавании описано в большинстве элементарных учебников
физики. При демонстрациях полезно полюсы, создающие поле,
изображать двумя ящиками и употреблять рамку с натянутыми
параллельно нитками, соответствующими силовым линиям.
3. Приборы для теневой проекции. Оригинальные приборы для
демонстрации явлений индукции и принципа генератора переменно-
го и постоянного тока сконструированы Полем. Они могут быть
показаны непосредственно или лучше всего при помощи теневой
215
прямого тока.
Рис. 410. Прибор для теневой проекции, демонст-
рирующий принцип получения
проекции, которая в нашей школе, к сожалению, почти не приме-
няется. Принцип проекции заключается в том, что на экране полу-
чают увеличенное теневбе изображение прибора, специально скон-
струированного в расчёте на теневую проекцию. Такие приборы
Поля для проекции
изображены на рисун-
ках 408—411; рисун-
ки 412—416 дают
картины, полученные
в результате проек-
ции этих приборов
на экран. Нужно
иметь в виду, что по-
добные модели явля-
ются действующими и, в частности,
в соединении со струнным и зеркаль-
ным гальванометрами дают возмож-
ность в форме, действительно видимой
для какой угодно большой аудито-
рии, познакомить учащихся с явле-
ниями индукции и с принципом ра-
боты динамо-машины. Изготовление
подобных приборов в школьных ма-
стерских не представляет затрудне-
ний, в особенности если пойти на их
дальнейшее упрощение. Проекция
производится следующим образом. Точечный источник света закры-
вается каким-нибудь несгораемым ящиком с небольшим окошечком
для прохода пучка лучей света. Наилучшим точечным источником
света является точечная Вольфрамовая лампа (т. III), хорошие
результаты даёт также вольтова дуга постоянного тока, в особен-
Рис. 411. Прибор для теневой
проекции, демонстрирующий воз-
никновение тока для изменения
магнитного потока.
ности с положительным углем, расположенным горизонтально
(т. III). При вольтовой
дуге переменного тока
теневое изображение по-
лучается также вполне
годным для демонстра-
ции. Наихудшие резуль-
таты будут при пользо-
вании обыкновенными
лампами накаливания. Рис. 412. Теневая проекция прибора, изобра-
В качестве точечных жённого на рисунке. 408.
источников достаточно
хороши также кинопроекционные или автомобильные лампы
(т. III). Одним словом, демонстрацию наладить можно самыми
примитивными способами, если, конечно, имеется зеркальный
гальванометр. При пользовании вольтовой дугой её вставляют
в корпус без конденсатора и объектива проекционного
216
фонаря В и добиваются, чтобы на экране был получен ровный ос-
вещённый круг (рис. 417). Автомобильную лампу D можно поме-
стить также в корпус фонаря или смонтировать по способу, ука-
занному на рисунке 418.
На пути лучей света
ставится прибор А, бла-
годаря чему на экране
получается увеличенная
тень этого прибора. Оче-
видно, чем дальше рас-
Рис. 413. Теневая проекция прибора, показанно-
го на рисунке 409.
положен от проектируе-
мого прибора источник
света, тем резче будут
контуры тени, но слабее
освещение экрана и сама
тень. На опыте нетрудно
подобрать условия для
получения наилучшего
результата.
Световое пятно от
зеркального гальвано-
метра, который нужен
для демонстрации ин-
Рис. 414. Теневая проекция прибора, показанно-
го на рисунке 410.
дукции, необходимо по-
лучить над тем экраном, где получена теневая проекция. Так как.
демонстрация имеет качественный, а не количественный характер,
А1Ш
то надо проектировать на шкалу не нить лампочки или теневое
изображение нити, а получить
возможно более яркий круглый
зайчик. В противном случае
зайчик будет плохо видим по.
контрасту с освещённым экра-
ном. В тех же целях надо брать,
для получения тени возможно
меньший по своему сечению пу-

чок лучей, чтобы «белые поля»
вокруг теневого изображения
были возможно меньше. Если
световое пятно от гальванометра
получить вдали от теневого изоб-
ражения, то демонстрация будет
наполовину сорвана, так как
учащийся не сможет одновре-
менно видеть движение теневой
проекции и отклонение гальва-
Рис. 415 и 416. Теневые проекции при-
бора, показанного на рисунке 411.
нометра.
Взамен зеркального гальванометра может быть применён стре-
лочный проекционный, описанный в т. III,
217'
Прибор, показанный на рисунке 409, служит для демонстрации
принципа получения переменного тока и состоит из 3—4 витков
проволоки, способных вращаться посредством рукоятки А между
полюсами TVS U-образного магнита. Концы витков А присоединены
к кольцам D и Е, к которым прижаты щётки, соединённые с клем-
мами d и е. Эти клеммы приключают к гальванометру. Получив
ясную теневую проекцию, медленно поворачивают ось, чтобы по-
казать устройство катушки, и дают объяснение отдельным частям
прибора. Эту демонстрацию, как и все последующие, проводят
после показа контуров, описанных в разделе 2. Прибор присоеди-
няют к зеркальному гальванометру ЛФИ (т. III, § 8,13) и, поста-
вив катушку в вертикальное положение, быстро поворачивают её
на угол 180°. Гальванометр при этом даст отклонение, обнару-
Рис. 417. Установка для теневой про-
екции с вольтовой дугой.
Рис. 418. Установка для теневой проек-
ции с автомобильной лампой. Е — аба-
жур; С — диафрагма.
живая возникновение индукционного тока. Затем быстро повора-
чивают катушку опять на 180° и наблюдают отклонение Гальвано-
метра в противоположную сторону. Поль присоединяет к своему
прибору, кроме обыкновенного, ещё струнный гальванометр и при
вращении наблюдает получение переменного тока. Такая демонст-
рация для школы недоступна.
Прибор, показанный на рисунке 408, снабжён коллектором и
поэтому даёт прямой ток, что обнаруживается при быстром враще-
нии ад сильном магните даже стрелочным демонстрационным галь-
ванометром. Демонстрация прибора выясняет принцип получения
518
прямого тока. Устройства коллектора на теневой проекции не вид-
но. Магнит NS в приборе сделан вынимающимся для замены его
катушкой В в целях получения прибора для демонстрации прин-
ципа динамо с электромагнитом вместо постоянного магнита
(рис. 410). Для возбуждения электромагнита к клеммам FK присо-
единяют источник сильного тока, однако через реостат, чтобы вслед-
ствие малого сопротивления обмотки В не получить ток, гибельный
для аккумулятора или динамо-машины.
Прибор, изображённый на рисунке 411, служит для демонстра-
ции явления индукции под влиянием изменения величины сило-
вого потока внутри катушки А. Для этого посредством рукоятки
поворачивают железный якорь К, причём в положении, показан-
ном на рисунке 415, величина потока соответствует своему ми-
нимуму и в положении на рисунке 416 —максимуму.
Первые два прибора могут быть также использованы при изу-
чении вопроса о моторах, правда, с меньшим успехом, чем при рас-
смотрении явлений индукции.
4. Динамо-машина и её модели. 1) Динамо-машина мотор-ге-
нератора. Если в кабинете имеется установка мотор-генератора
Рис. 419. Мотор-генератор.
А — динамо; В — мотор; D —• вывод проводов от динамо в трубках в стену;
СС — железные балки (рельсы), заделанные в стену.
(рис. 419), то динамо-машина от него может служить для демон-
страции её устройства. Кроме того, с такой динамо-машиной мо-
жет быть поставлен ряд работ и демонстраций, описанных ниже
в опытах § 23. Установка динамо-машины и уход за ней описаны
в т. I.
2) Моторы постоянного тока могут быть все без исключения
использованы в разобранном виде для демонстрации устройства
динамо-машины (рис. 281 и 284).
219
3) Модель динамо-машины для центробежной машины состоит
из якоря, кольцевого или реже барабанного типа, с коллектором
из 4 или 6 пластин, двух щёток и индуктора в виде U-образного
постоянного магнита или электромагнита. Для наглядности обмот-
ка якоря сделана голым проводником и состоит из малого числа
витков. Достоинство такого якоря в том, что вся обмотка хорошо
видна и может быть осмотрена учащимися.
Якорь вращают при помощи центробежной машины между по-
люсами магнита или электромагнита, укреплённого на корпусе
той же машины. Генерируемый ток обнаруживается с помощью де-
монстрационного стрелочного гальванометра. На подобной модели
можно показать зависимость напряжения от числа Оборотов и ве-
личины магнитного потока, создаваемого электромагнитом. В по-
следнем случае электромагнит включают к 1 —2 аккумуляторам че-
рез реостат и изменяют силу текущего тока.
Рис. 420. Модель динамо-машины (старинная).
I — один из электромагнитов; a, ft—полюсные наконечники; А — якорь; D — щёт-
кодержатель; В — коллектор; СС — щётки.
4) Модель динамо-машины, изображённой на рисунке 420, хо-
роша тем, что видны её отдельные части: катушки электромагнита,
якорь и соединения их.
К сожалению, подобных моделей в продаже нет.
5) Магнито-электрическая машина устаревшего типа показана
на рисунке 421, магнито-электрическая машина Главучтехпрома по-
казана на рисунке 422. Магнитное поле у этих машин создаётся
220
постоянными U-образными магнитами, обращёнными одноимён-
ными полюсами в одну сторону. Между полюсными наконечниками
этих магнитов помещён якорь с обмоткой, концы которой подклю-
чены к коллектору. Коллектор сложной формы, позволяющий с по-
мощью четырех щеток полу-
чить постоянный или пере-
менный ток, показан на ри-
сунке 423. Якорь машины с
коллектором показан на ри-
сунке 424. Для приведения в
действие машины служит
большой шкив, вращаемый за
рукоятку и соединённый со
шкивом по валу якоря по-
средством круглого резиново-
го ремня. Наиболее сущест-
венным недостатком машины
является низкий к. п. д., что
вызвано в основном недоста-
точной магнитной проводи-
мостью якоря и полюсных
наконечников, сравнительно
значительно также трение щё-
ток о коллектор. В основном
Рис. 421. Магнито-электрическая машина
устаревшего типа.
Рис. 422. Магнито-электрическая ма
шина Главучтехпрома.
Рис. 423. Якорь и
коллектор магнито-
электрической ма-
' шины.
Рис. 424. Коллектор.
магнито-электрическая машина может служить для демонстрации
преобразования механической энергии в электрическую и ‘на-
каливания электрической лампочки от карманного фонарика (4 в).
221
Рис. 425. Генератор Г-10
Если удалить ремень и присоединить машину к батарее 4—6 в,
то якорь придёт во вращение и притом в зависимости от направ-
ления тока.
5. Динамо-машины от мотоциклов. Среди существующих в на-
стоящее время различного типа динамо-машин, которые могут слу-
жить для зарядки аккумуляторов, наиболее подходящими для сред-
ней школы являются машины типа Г-10, применяемые для той же
цели на некоторых русских мотоциклах. Эти машины служат так-
же для питания лампочек освещения с напряжением в 6 в. Основ-
Генератор работает вхолостую
Работа генератора
при полной нагрузке
Рис. 426 и 427. Схемы работы динамо-машины Г-10 вхолостую и при
полной нагрузке.
ным достоинством этой машины является то, что напряжение её в
известной мере не зависит от числа оборотов и, кроме того, может
быть изменяемо в сторону повышения или понижения с помощью
простых способов. Генератор Г-10 показан на рисунке 425. Он
состоит из стального корпуса с двумя полюсными наконечниками
N и S, на которые нанесены обмотки индуктора, изображённые
в разрезе. Между полюсными наконечниками помещён якорь А с
валом, вращающимся на шарикоподшипниках В посредством шки-
ва С, приспособленного для круглого ремня. На вале якоря уста-
новлен также коллектор D с тремя щётками Е. Две щётки 5 (—)
и 7 (+) (рис. 426) расположены на нейтральной линии и имеют
обычное назначение, т. е. служат для снимания тока с коллекто-
ра якоря. Провод от щётки 5, соответствующей полюсу минус,
подведён к клемме, обозначенной литерой j7. Провод от другой
щётки 7, соответствующей положительному полюсу, присоединён
223
к корпусу динамо-машины. Обмотка индуктора одним из своих
концов приключена к щётке 4 и другим —к клемме, обозначенной
литерой Ш.
Чтобы получить полное напряжение динамо-машины, клемму Ш
надо присоединить к корпусу, тогда в обмотке индуктора потечёт
ток, намагничивающий полюсные наконечники. Из рассмотрения
чертежа 426 нетрудно сообразить, что 'индуктор оказывается вклю-
чённым параллельно якорю, т. е. что машина является шунтовой.
Если же ввести между клеммой Ш >и корпусом реостат, то тем са-
мым можно изменять силу тока, текущего через индуктор, и, сле-
.niti
Рис. 428. Регулировка отдачи динамо-машины Г-10 посред-
ством перемещения третьей щётки.
довательно, напряжение динамо-машины. Напряжение динамо-ма-
шины может быть изменено также посредством перемещения щёт-
ки 4, Эта щётка укреплена на кольце Л, положение которого фик-
сируется винтом В (рис. 428). Отпустив отвёрткой этот винт, сме-
щают кольцо, а следовательно, и щётку в направлении стрелок,
увеличивая или уменьшая тем самым отдачу генератора. При не-
изменном положении щётки 3 напряжение генератора поддержи-
вается постоянным при изменении числа оборотов за счёт реакции
якоря (рис. 427).
Более простой по своему устройству является динамо-машина
Г-11, имеющая обмотку лишь на одном из полюсов индуктора. Эта
•обмотка включена параллельно к щёткам якоря. Третьей щётки для
регулировки отдачи динамо-машины не имеется. Выводы от этих
щёток сделаны к клеммам + и—, установленным на корпусе ди-
намо-машины.
224
Генераторы Г-10 и Г-Н требуют для приведения в действие мо-
тора однофазного или трёхфазного тока, например подобного изо-
Лпяжённому на рисунке 302. Возможно также воспользоваться в
качестве привода центробежной машиной.
§ 23. Исследование динамо-машины
1 Зависимость необходимой для динамо-машины механической
мощности от нагрузки.
1-й способ. 1) Модель динамо-машины с приводом. 2) Реостат.
Увеличение потребной для динамо-машины механической мощ-
ности в зависимости от нагрузки при индивидуальном наблюдении
осуществляется следующим образом. Берут динамо-машину с руч-
ным приводом и вращают её вхолостую, т. е. не включая к ней ка-
Рис. 429. Схема для наб-
людения зависимости по-
требляемой динамо-маши-
ной мощности от нагрузки.
Рис. 430. Деревянный
шкив, надеваемый на вал
динамо-машины для при-
ведения её во вращение
падающим грузом.
ких-нибудь приемников электрической энергии. Затем- поис^™
няют к ней то максимальное количество ламп, которое мож?!!'
калить машина (можно вместо ламп присоединить реостат е Лиж
ком). Замыкать накоротко шунтовую машину нельзя, так как в
случае она не будет совсем давать электрической энергии Поспр
включения ламп обнаруживают, что для вращения надо поилаг^к
много большую силу, чем это требовалось при отсутствии нагони
Опыт становится еще более убедительным, если шунтовой ма’
шине дать независимое возбуждение, т. е. отключить обмотки
электромагнитов от якоря и питать их от батареи соответетиЗ^
щего напряжения. F ^твую-
15 физический эксперимент, тем IV
225
Наиболее подходящей динамо-машиной для этого опыта, яв-
ляется мотоциклетная Г-Н. Произвести отключение индуктора от
щёток якоря у Г-Н весьма просто. Питание индуктора, изображён-
ного на схеме рисунка 429 условно двумя обмотками NS (взамен
одной), производится от батареи в 6 в, включённой через ключ.
2-Й способ. 1) Модель динамо-машины с приводом. 2) Батарея эле-
ментов или аккумуляторов. 3) Несколько электрических ламп с патронами.
4) Блок. 5) Бечёвка. 6) Чашка от весов для груза. 7) Гири. 8) Два выклю-
чателя.
Для опыта можно взять магнито-электрическую машину
(рис. 422) или модель шунтовой, дав ей независимое возбуждение.
В последнем случае отключают обмотки возбуждения NS от якоря
А и присоединяют их через выключатель к батарее В элемен-
Рис. 431. Динамо-машина, удобная для приведения
в действие падающим грузом.
тов или аккумуляторов с таким напряжением, которое имеет шун-
товая машина при своей нормальной работе (рис. 429). На вал ма-
шины насаживают деревянный или металлический шкив L с бор-
тиками; на шкив наматывается бечёвка (рис. 430). На рисунке 431
показана модель динамо, специально предназначенная для описы-
ваемого опыта и имеющая отдельные выводы от индуктора и
якоря.
Конец а бечёвки привязывают тонкой ниткой или завязывают
петлей и надевают на гвоздик без шляпки, вбитый в шкив. При
таком способе закрепления конец а после разматывания бечёвки
соскакивает с гвоздя, и машина имеет возможность продолжать
своё вращение. Другой конец бечёвки перекидывают через блок
226
Е, укреплённый на потолке помещения, и снабжают чашкой или
грузом F (рис. 432). Якорь А присоединяют через ключ к не-
скольким лампам накаливания D с соответствующим машине или
меньшим напряжением (рис. 429). Разомкнув ключ К2 и включив
возбуждение, путём ряда проб подбирают такой вес гирь, наклады-
ваемых на чашку F, чтобы машина под действием падающего груза
уже в начале его пути получала число оборотов, близкое к нор-
мальному.
Опыт производится следующим образом. Включив возбужде-
ние, но не замыкая ключа К2, дают грузу падать и обнаруживают,
что он движется ускоренно. Затем, закру-
тив бечёвку опять на шкив, спускают груз
и в момент, когда он достигает примерно
середины своего пути, замыкают ключ К2.
Рис. 432. Установка для наблюдения зависимости
потребляемой динамо-машиной мощности от на-
грузки.
Рис. 433. Установка для
наблюдения зависимости
потребляемой магнито-
электрической машиной
мощности от нагрузки.
Тогда лампы в первый момент ярко вспыхивают; груз замедляет
падение и в дальнейшем начинает двигаться приблизительно равно-
мерно. Лампы при этом остаются накалёнными, но слабее, чем в
первый момент.
Этот опыт можно осуществить с магнито-электрической маши-
ной Главучтехпрома (рис. 422), собрав установку, показанную на
рисунке 433. Эта машина имеет на большом шкиве ещё второй
шкив, приспособленный для наматывания бечёвки.
Описанный опыт очень эффектен и важен; поэтому, несмотря
на необходимость повозиться с подбором модели машины, ламп и
вообще с установкой, его надо считать прямо необходимым для
седьмых и десятых классов.
15*
227
Л 8
Рис. 434. Схема для изучения зависи-
мости электродвижущей силы динамо-
машины от числа оборотов.
2. Зависимость электродвижущей силы генератора постоянного
тока от числа оборотов при постоянном магнитном потоке ин-
дуктора. 1) Магнито-электрическая машина. 2) Динамо-машина. 3) Ручной
привод или электромотор. 4) Вольтметр. 5) Лампа накаливания. 6) Батарея
элементов или аккумуляторов.
Зависимость величины электродвижущей силы генератора от
числа оборотов проще всего демонстрировать на магнито-электри-
ческой машине (рис. 421 и 422), где магнитное поле является по-
стоянным. Можно также взять модель (рис. 431) и, отключив от
якоря индуктор WS, дать ему постоянное возбуждение от батареи
В элементов или аккумуляторов
с напряжением, равным нормаль-
ному напряжению динамо (ри-
сунок 434). Магнито-электриче-
скую машину или динамо при-
водят в движение от руки или
при помощи мотора М постоян-
ного или переменного тока. Мо-
тор переменного тока должен
быть взят коллекторный (с по-
следовательным возбуждением),
т. е. такой, который может да-
вать различное число оборотов,
изменяемое посредством реоста-
та 7?. Провода от якоря А при-
соединяют к вольтметру V или
(при более грубой демонстрации)
к лампочке соответствующего
напряжения. Динамо или маг-
нито-электрической машине дают
различное число оборотов и, судя
по показаниям вольтметра или
степени накала лампы, убеждаются, что электродвижущая сила
растёт при увеличении числа оборотов. Если измерять число обо-
ротов тахометром (т. II, § 15) и электродвижущую силу по вольт-
метру, то можно построить соответствующую кривую на графике.
Однако такая кривая при кустарных формах машины и её малой
мощности не типична и, наконец, в средней школе не нужна.
3. Зависимость электродвижущей силы динамо-машины от ве-
личины магнитного потока индуктора при постоянном числе обо-
ротов. 1) Динамо-машина. 2) Мотор. 3) Амперметр. 4) Вольтметр. 5) Рео-
стат с движком. 6) Батарея элементов или аккумуляторов. 7) Лампа накали-
вания.
Проследить зависимость электродвижущей силы динамо-ма-
шины при постоянном числе оборотов от величины магнитного по-
тока индуктора проще всего на школьной установке мотор-генера-
тора, если таковая имеется. Включение шунтового реостата и его
228
роль описаны в т. I. Для наблюдения изменения силы тока, теку-
щего через индуктор, в цепь индуктора (рис. 435) включают ампер-
метр. Перемещают ручку шунтового реостата каждый раз на одну
клемму в сторону уменьшения сопротивления и делают отсчёты по
амперметру А и вольтметру V, присоединённому к щёткам машины.
Показание амперметра при этом характеризует число ампервитков
индуктора и, следовательно, создаваемый последним магнитный
поток. Наблюдают, что электродвижущая сила растёт при увели-
чении силы тока через индуктор.
Результаты наблюдения записывают,
отмечая в одном столбце силы тока,
Рис. 435. Схема для изучения
зависимости электродвижущей
силы от величины магнитного
потока индуктора при постоян-
ном числе оборотов.
- у
В
iHHHwvw
111 я
Рис. 436. Схема для изучения
зависимости электродвижущей
силы модели динамо от величи-
ны магнитного потока индуктора
при постоянном числе оборотов.
текущего через индуктор, и в другом —соответствующие величины
электродвижущей силы. На основании результатов строят кривую.
Эта кривая называется внешней характеристикой холостого хода
шунтовой машины.
Эту работу можно провести также на моделях в случае, если
имеются достаточно чувствительны^ и точные вольтметр и ампер-
метр, например типа МП. Возбуждение индуктора лучше всего про-
изводить не от якоря, а от постороннего источника тока, например
от батареи В аккумуляторов. В этом случае обмотки индуктора
NS отключают от щёток якоря С и присоединяют их к батарее В
через реостат R и амперметр А (рис. 436). Реостат следует взять
с движком и с сопротивлением в несколько сот омов. К якорю С
(к щёткам) включают вольтметр V со шкалой, разделённой на де-
сятые доли вольта. Можно также произвести работу без батареи,
т. е. вести питание индуктора током якоря по схеме рисунка 435,
включив в один из проводов, подводящих ток от щёток к индуктору,
реостат 7? и амперметр А. Однако в этом случае работа несколько
229
усложнится и результаты будут не так чётки. Для получения неиз-
менного числа оборотов вместо ручного привода надо взять электро-
мотор..
Уменьшая постепенно сопротивление реостата /?, изменяют силу
тока, текущего через индуктор NS, каждый раз на какое-нибудь
круглое число, например на 0,05 или 0,1 а, и делают отсчёты по
вольтметру V. В результате строят внешнюю характеристику хо-
лостого хода, как сказано выше.
Настоящая,, работа, проведённая йа уроках электротехники в
X классе, в виде демонстрационной или лабораторной, очень важ-
на, так как объясняет назначение шунтового реостата и знакомит
с принципом получения различного напряжения от машины при
постоянном числе оборотов. В особенности эту работу надо провести
там, где имеется установка мотор-генератора.
4. Зависимость напряжения шунтовой динамо-машины от на-
грузки. 1) Динамо-машина. 2) Мотор. 3) Шунтовой реостат. 4) Амперметр.
5) Вольтметр. 6) Реостат для нагрузки.
Работа имеет целью показать, что напряжение шунтовой маши-
ны уменьшается при увеличении нагрузки, т. е. мощности, отда-
ваемой во внешнюю цепь. Это
Рис. 437. Схема для изучения зави-
симости напряжения динамо-машины
с независимым возбуждением от
нагрузки.
происходит прежде всего потому,
что с увеличением нагрузки, т. е.
силы тока, возрастает падение на-
пряжения в обмотке якоря. На-
пряжение на клеммах U будет
равно
U = Е—е,
где Е —электродвижущая сила
машины, е —падение напряжения
в якоре, как известно, равное про-
изведению силы тока на сопротив-
ление якоря г.
Наконец, в динамо-машинах,
т. е. машинах с собственным воз-
буждением, уменьшение напряже-
ния на клеммах будет вызывать
убывание силы тока через индук-
тор, а следовательно, и магнитного
потока. По этой причине индуци-
рованная электродвижущая сила
уменьшится, что повлечёт за собой
уменьшение напряжения на клеммах. Чтобы показать эти явления
раздельно, рекомендуется продемонстрировать два опыта, сделав в
одном случае возбуждение независимым. Для этой цели питают ин-
дуктор от постороннего источника (рис. 437). Эту работу лучше
230
всего провести на модели, так как отключение индуктора от якоря
в мотор-генераторе относительно сложно и в школе не найдётся
батареи с достаточно большим напряжением для питания индук-
тора. Наконец, такие нагрузки, при которых падение напряжения
внутри якоря становится достаточно большим, весьма вредны и
вызовут сильное нагревание обмоток или в худшем случае поведут
к полной порче якоря динамо-машины.
Установка собирается по схеме рисунка 437. Индуктор NS пи-
тают от батареи В с напряжением, равным нормальному напряже-
нию взятой модели. В эту цепь же- ... ............‘
лательно включить амперметр Ах
и реостат чтобы познакомить f Д ) аАаааа-
Рис. 439. Схема для снятия внешней
характеристики шунтовой машины:
03 —падение напряжения внутри
машины; 02 — изменение электро-
движущей силы при различной на-
грузке.
Рис. 438. Внешняя характеристика шунто-
вой машины: 036 — падение напряжения
внутри машины; 9270— изменение электро-
движущей силы машины при различной
нагрузке.
со способом поддержания на клеммах машины постоянного напря-
жения. В цепь якоря включают вольтметр V, амперметр А и на-
грузочный реостат 7?. В качестве последнего в зависимости от
мощности машины можно взять реостат с движком, ламповый или
жидкостный реостаты.
Важно, чтобы нагрузочный реостат позволял получать ток раз-
личной силы, примерно до величины, в 1,5—2 раза превышающей
нормальную. Дав машине некоторое число оборотов, которое долж-
но оставаться в продолжение опыта неизменным, посредством на-
грузочного реостата увеличивают постепенно силу тока во внешней
цепи и делают отсчёты: по амперметру—силы тока через 0,05;
0,1; 0,5 или 1 а (смотря по мощности машины) и по вольтмет-
ру — соответствующих напряжений.
В моделях нагрузку можно доводить до короткого замыкания,
так как якорь такой машины не только сгореть, но даже сильно
нагреться не может.
Построенная на основании данных кривая (прямая) покажет,
что напряжение при увеличении нагрузки уменьшается.
231
В пределах, пока не превзойдена нормальная мощность машины,
надо отдельно показать, что напряжение на клеммах можно под-
держивать при различных нагрузках неизменным. Действительно,
уменьшив сопротивление реостата R19 вызывают появление более
сильного тока через индуктор .и, следовательно, увеличение маг-
нитного потока. Это влечёт за собой увеличение электродвижущей
силы, благодаря чему при данном / величина U принимает то же
значение, которое она имела при меньшей нагрузке.
Кривая, показывающая изменение напряжения шунтовой ма^
шины в зависимости от нагрузки, т. е. от величины тока во внешней
цепи, называется внешней характеристикой (рис. 438). Кривая по-
казывает, что напряжение по мере увеличения нагрузки постепен-
но падает и после известной перегрузки может стать равным нулю
(пунктирная часть кривой). Для снятия внешней характеристики
берут одну из моделей и присоединяют к ней нагрузочный реостат
R через амперметр А (рис. 439). Для измерения напряжения на
клеммах машины включают вольтметр V. К обмотке возбуждений
NS присоединяют шунтовой реостат включение амперметра Aj
необязательно. Машине дают нормальное число оборотов и, выведя
сопротивление шунтового реостата почти целиком, получают на-
пряжение, немного большее нормального. Затем постепенно умень-
шают сопротивление нагрузочного реостата R и делают отсчёты по
амперметру А и вольтметру V. На основании полученных резуль-
татов строят кривую внешней характеристики, подобную показан-
ной на рисунке 438. В заключение работы наблюдают, что при
различных, не очень больших, нагрузках напряжение шунтовой
машины может быть поддержано постоянным при помощи измене-
ния сопротивления шунтового реостата Rr.
5. Зависимость напряжения динамо-машины сериес от нагрузки*
1) Мидель динамо-машины сериес. 2) Реостат. 3) Вольтметр. 4) Амперметр.
Работа по построению внешней характеристики модели динамо-
машины сериес (рис. 440) сводится к измерению напряжения при
Рис. 440. Внешняя характеристика
машины сериес 04.
Рис. 441. Схема для снятия внешней
характеристики машины сериес.
232
различных нагрузках, для чего постепенно выводят сопротивлёниег
реостата (рис. 441). На оси абсцисс откладывают силу тока, от-
считываемую по амперметру А; на оси ординат—напряжение^
Внешняя характеристика показывает, что у динамо-машины сериес:
напряжение растёт при увеличении нагрузки.
§ 24. Токи Фуко
1. Маятник Вальтенгофена. Наиболее распространённым при-
бором для демонстрации индуктивного торможения, или токсв..
Фуко, является маятник Вальтенгофена. Один из типов такого,
маятника, собранный
набора «Трансформатор универсальный»,
(рис. 162—163), показан на рисунке 442.
Прибор состоит из электромагнита, меж-
ду полюсами WS которого сделана узкая
щель. Через эту щель проходит при своих
колебаниях конец маятника, сделанный,
из толстой пластинки А красной меди.
Пластинку можно сделать в виде кружка,
и повесить на двунитном подвесе.
из
Рис. 442. Маятник Вальтен- Рис. 443. Пластинка с
' гофена. разрезами для маятника
Вальтенгофена.
Рис. 444. Диск Фукск
Опыт производится следующим образом. Приводят маятник,
в колебание, не включая обмотки электромагнита в цепь, и наблю-
дают, что маятник колеблется довольно долго с малым затуханием.
Затем, вновь приведя маятник в колебание, включают ток от акку-
муляторов или динамо-машины к обмоткам электромагнита. Если
поле достаточно сильно, то маятник сразу останавливается в поло-
жении равновесия. При более слабом поле наблюдают быстрое за-
тухание колебаний.
Прекращение колебаний возникает по причине тормозящих
действий токов Фуко, индуцируемых в пластине А (см. правило
Ленца, § 16,2).
Очень полезно пластину А у маятника сделать съёмной для за-
мены такой же толстой медной пластиной, но с разрезами, напоми-
нающими зубья гребёнки (рис. 443). Колебания маятника с пла-
стинкой в виде гребёнки затухают при включении тока много мед-
ленней, чем при сплошной пластине.
23Х
2. Вращающийся диск Фуко* На рисунке 444 показан прибор,
приспособленный к электромагниту, собранному из набора «Транс-
форматор универсальный», и доказывающий возникновение вих-
ревых токов Фуко в магнитном поле. Диск А приводится во враще-
ние рукояткой, соединённой с зубчатой передачей.
Опыт производится следующим образом. Не возбуждая магнит-
ного поля, вращают диск от руки или с помощью падающего груза
(см. § 23, способ 2). В первом случае, придав достаточную скорость
диску, выпускают рукоятку из руки и убеждаются, что диск
продолжает вертеться продолжительное время.
Во втором случае, т. е. при вращении па-
дающим грузом, замечают время, в течение
Т которого гиря совершает падение с известной
высоты.
Затем, включив электромагнит к источни-
ку сильного постоянного тока, вновь вращают
Рис. 445. Монета Тин-
даля.
Рис. 446. Электромагнит со
щелью в магнитопроводе.
диск с помощью рукоятки и убеждаются, что для вращения необхо-
димо прикладывать большую силу. Через некоторое время при
быстром вращении диск под влиянием токов Фуко нагревается,
что можно обнаружить на ощупь.
Можно также, не возбуждая магнитного поля, сильно развер-
теть диск и затем включить ток в электромагнит. Тогда диск очень
быстро остановится. При вращении диска падающим грузом наблю-
дают, что груз, падавший при отсутствии магнитного поля ускорен-
но и быстро, после включения тока в электромагнит начинает «полз-
ти», т. е. падать сравнительно медленно и притом равномерно.
3. Монета Тиндаля. Между полюсами сильного электромагнита
подвешивают на нитке серебряную монету (рис. 445). Для удоб-
ства подвешивания в монете просверливают отверстие или при-
паивают ушко из проволоки. Монету закручивают на нити и затем,
опустив, позволяют ей раскручиваться. Когда монета начнёт быст-
ро вращаться, в электромагнит включают постоянный ток и наблю-
дают резкое и почти полное прекращение вращения. Опыт удаётся
с таким же успехом, если вместо монеты взять медный кубик или
цилиндрик, употребляемый для измерения теплоёмкости.
234
Тормозящее действие наблюдается благодаря возникновению
токов Фуко.
4. Опыт с падающей монетой. Для опыта необходим очень силь-
ный электромагнит с узкой щелью в магнитопроводе, подобный,
например, изображённому на рисунке 446. Такой электромагнит
можно создать из трансформатора (рис. 162), взяв два ярма и укре-
пив в щели тонкие деревянные брусочки, чтобы при возбуждении
магнита ярма не сдвинулись до соприкосновения. Зазор в щели
делают возможно меньше, но так, чтобы через неё свободно без тре-
ния проходила серебряная монета (рис. 446). На магнитопровод
надевают катушки с большим числом
Рис. 448. Кубик для опытов с токами Фуко.
Рис. 447. Прибор Тиндаля
для плавления токами Фуко.
что она падает гораздо медленнее, чем при отсутствии магнитного
поля. Если поле очень сильно, то монета проходит пространство в
щели в течение нескольких секунд.
Тормозящее действие возникает под влиянием токов Фуко. Этот
опыт особенно эффектен в теневой проекции.
5. Прибор Тиндаля для плавления токами Фуко. На рисунке
447 показан прибор Тиндаля, позволяющий расплавить с помощью
токов Фуко легкоплавкие сплавы. Прибор состоит из сильного
электромагнита, между полюсами которого с помощью зубчатой
передачи и рукоятки может вращаться полая толстостенная медная
гильза А.
При быстром вращении в гильзе возникают токи Фуко, вызы-
вающие её нагревание, благодаря чему положенный внутрь сплав
Вуда, Розе или даже сплав олова со свинцом через некоторое время
будет расплавлен.
Много эффектнее налить в гильзу немного воды или эфира и
крепко заткнуть резиновой пробкой. Тогда через некоторое время
после начала вращения пробка под действием паров с выстрелом
вылетает из гильзы.
6. Кубик в виде стопки медных и бумажных листочков. Для
опыта из тонких листочков (1,5—2 см X 1,5—2 см) красной меди
235
и бумаги изготовляется кубик. На листочек меди накладывают ли-
сточек бумаги такого же размера, пропитанный шеллачным лаком;
затем кладут листочек меди, опять листочек бумаги и т. д. Полу-
ченную стопку сильно сжимают посредством тисков и высушивают
в тёплом месте. Кубик снабжают двумя ушками так, чтобы при под-
вешивании за одно ушко А листочки располагались в горизонталь-
Рис. 449—450. Направление токов
Фуко.
по схеме рисунка 450, где
ной плоскости и при подвешивании
за другое В — в вертикальной
(рис. 448).
Кубик вешают за ушко В на
нитке между полюсами электромаг-
нита и закручивают от руки, затем
отпускают и наблюдают тормозя-
щее действие. При подвешивании
за ушко А кубик не испытывает
тормозящего действия.
Действительно, в первом слу-
чае возникают сравнительно силь-
ные токи Фуко по схеме рисун-
ка 449. Во втором случае токи
Фуко не могут достигнуть значи-
тельной силы, так как они текут
листочек изображён в значительно
увеличенном виде.
7. Опыт Араго с вращающимся магнитом (см. т. V).
8. Нагревание сердечника катушки переменным током (см. т. V).
ГЛАВА ПЯТАЯ
ЭЛЕКТРОСТАТИКА
§ 25. Условия успеха опытов
При опытах по электростатике часто приходится то или другое
тело изолировать. Лучшими изоляционными материалами
являются: янтарь, плексигласе, сера, парафин, сургуч, эбонит,
карболит и, наконец, пластмассы, стекло, фарфор, шёлк. Очень
сухое дерево, очень сухая бумага также являются изоляторами.
Распространено мнение, что даже самый хороший изолятор во
влажном воздухе становится проводящим. Это не совсем верно.
Боятся влажного воздуха главным образом гигроскопические изо-
ляторы: дерево, бумага, шёлк, стекло. Но даже и тут, в особенности
в стекле, дело не в самой влаге, а в «грязи». Производя эксперимент,
постоянно берут изолирующие части руками и, конечно, от этих
прикосновений на изоляторах остаются жир и соли, выделяемые
нашим организмом, и грязь1, —они-то и портят всё дело. Для того
чтобы изоляторы не ухудшали своих качеств, полезно их промыть1 2
тёплой водой с мылом и насухо вытереть чистым полотенцем. Такая
промывка даже непосредственно перед самым опытом только полез-
на. Что касается стекла, то его для уменьшения гигроскопичности
полезно покрывать шеллачным лаком или парафином. Эбонит,
долго стоявший на солнце, покрывается коричневым налётом и те-
ряет свои изолирующие свойства. Если эбонит ещё не очень сильно
пострадал, то промывание его серным эфиром и затем водой с мылом
восстанавливает изолирующие свойства. Если же от очень долгого
воздействия света эбонит совсем порыжел, то приходится соскабли-
вать его поверхностный слой стеклянной шкуркой. Только снятие
достаточно толстого слоя может вернуть ему изолирующие свой-
ства.
1 Перед производством опытов по электростатике поэтому настоятельно
рекомендуется тщательно мыть руки.
2 Конечно, это не относится к веществам, впитывающим воду,— бумаге,
дереву, тканям.
237
Одним из наиболее стойких к внешним условиям изоляторов
является парафин. Наилучший способ обработки парафина —
отливка1. Отливать парафин можно в бумажных формах, смазан-
ных вазелином, или в стекле (кристаллизатор, часовое стекло,
рюмка), смазанном глицерином. В последнем случае для выемки
отлитой части надо всё (отливку вместе с формой) опустить в воду.
Вода мало-помалу проникает в пространство между стеклом и па-
рафином, и парафин всплывает. Изготовленные из парафина вещи
надо хранить в месте, защищённом от пыли. В противном случае
надо время от времени (1—2 раза в год) соскабливать ножом по-
верхностный слой.
Для производства опытов полезно раз навсегда приготовить
несколько парафиновых брусочков (10 см X 8 см X 2 см) в каче-
стве изолирующих подставок.
Другим не менее хорошим изолятором является сера в палоч-
ках. Сера труднее поддаётся обработке, хотя можно отлить из рас-
плавленной серы кусочки.
Расплавлять серу нужно в фарфоровой, а не железной посуде
и отливать не в железных формах. Сера легко соединяется с желе-
зом, образуя проводящее сернистое железо.
Стеклянные изоляторы в виде палок значительно улучшают свои
изолирующие свойства, если на них в нескольких местах нанести
в горячем виде кольца из сургуча. Сама стеклянная палка при этом
должна быть также хорошо прогрета до температуры несколько
выше температуры плавления сургуча. Прогрев стеклянных палок
надо вести достаточно медленно и постепенно, иначе палка может
лопнуть.
На всех изоляторах всегда имеется некоторое количество грязи,
которая обычно очень гигроскопична. Беда не велика, если в ком-
нате, где будут производиться опыты, имеются только пары воды;
дело становится во много раз хуже, если комнатный, воз дух богат
парами углекислоты, табачным дымом, светильным газом, если в
комнате горела свеча или спиртовка, если комнатный воздух озо-
нирован и ионизирован разрядами, например работал высоковольт-
ный индуктор или большая электрофорная машина. В этих усло-
виях все заряженные тела довольно быстро теряют свои заряды.
А потому одно из основных условий удачи опытов — хорошо про-
ветренное помещение. Даже в холодную дождливую осень не надо
смущаться и непременно заблаговременно открывать окно. Вто-
рым условием будет, конечно, непосредственная сухость всех изо-
ляторов. Для достижения этого очень рекомендуется все приборы
по электростатике перед употреблением прогревать. На «голом»
огне этого делать нельзя. Лучше всего прогревать на электриче-
ской плитке, нагревающейся не свыше 50—60°. Если таковой нет,
то очень удобно воспользоваться в качестве грелки электрической
лампочкой. Для этого на доске (Ь = 25 см, I = 45 см) монтируют
1 Следует помнить, что при затвердевании парафин уменьшает свой объём.
238
Рис. 451. Ламповый реостат и качество грел-
ки для приборов по электростатике.
6—8 лампочек, параллельно соединённых (рис. 451); над лампоч-
ками укрепляют натянутую на раме проволочную редкую сетку.
Предметы, поставленные на эту сетку, при горящих лампах будут
в достаточной мере прогреты и осушены. Очень удобна для этога
электрическая отражательная печь- Её ставят так, чтобы поток
отражённого тепла падал
непосредственно на осушае-
мые предметы. Как бы ни
прогревались изоляторы,
надо зорко смотреть, чтобы
они не коробились.
Появление органическо-
го стекла, или плексиглас-
са, в. значительной мере
умен ьшает необходимость
пользоваться другими изо-
ляторами и применять пе-
речисленные предосторож-
ности. Плексигласе почти
не гигроскопичен, почему не теряет изолирующих свойств от влаж-
ности.
По отношению к плексиглассу часто встречается противополож-
ное затруднение: раз наэлектризованный кусок плексигласса очень
трудно разрядить. Для этого заряженный кусок надо быстро про-
вести через пламя спиртовки или газовой горелки.
§ 26. Электризация соприкосновением
I. Обычно раньше вместо слов, поставленных в заголовке этого*
параграфа, говорили: «электризация трением». Хотя теоретически
вопрос электризации и не изучен до конца, однако ясно, что тре-
ние как таковое в процессе электризации не играет почти никакой
роли. Обычно применяемое натирание, действительно способст-
вующее электризации, по существу помогает только тесному со-
прикосновению обоих тел и косвенно полезно, так как трение со-
провождается#нагреванием. Теоретически любые два тела, приве-
дённые в соприкосновение и затем разделённые, электризу-
ются. Практически, конечно, не каждая пара веществ даёт оди-
наково хорошие результаты. Чтобы заметить на каком-либо теле
появившийся вследствие соприкосновения заряд, необходимо, что-
бы это тело или само было хорошим изолятором, или было-
снабжено хорошо изолирующей ручкой. В особенности
легко электризуются смолы (янтарь, эбонит, сургуч и т. п.) при
соприкосновении с шерстью. Так как смолы являются прекрасными
изоляторами, то и заряды на них очень легко обнаруживаются;
заряд противоположного знака на шерсти, сравнительно хорошем
проводнике, обычно не обнаруживается. Хорошо электризуется
стекло и целлофан писчей и газетной бумагой, шёлком, амальгами-
239'
рованной кожёй1, листовой резиной (например, от маски старого
противогаза). Сухая бумага и хорошо просушенная перед опытом
чертёжная деревянная линейка также являются прекрасной парой
для электризации. Медь легко электризуется ударами резиновой
трубки и лисьим мехом (хвостом). Толстостенная резиновая труб-
ка достаточно сильно электризуется после двух-трёх ударов ею по
деревянному столу. Очень хорошо электризуются палочки или пла-
стинки из органического стекла, известного под названием пле-
ксигласса, при трении бумагой, шёлком, мехом.
Чтобы получить сильную электризацию, следует, не очень силь-
но нажимая, одним телом быстро провести по другому;
главное важно быстро тела разнимать; вместо этого удоб-
но ударять одним телом по другому. И здесь чистота электризуемых
объектов очень важна. Поэтому такие предметы, как эбонитовую
и стеклянную палки, которые постоянно нужны, рекомендуется
брать всегда за один конец. Этот конец следует отметить краской.
Если преподавателю удаётся иногда после долгих поисков найти
палки, которые хорошо и безотказно электризуются (это особенно
относится к стеклу), то такие палки надо тщательно хранить и
оберегать от повреждений.
2. Основное и исторически первым открытое свойство наэлек-
тризованного тела — это способность его притягивать дру-
гие ненаэлектризованные тела. Так как действующие силы здесь
яе велики, то обычно для демонстрации этого свойства берут лёг-
кие тела. Обычно показывают притяжение «бузиновых» шариков
наэлектризованным телом. Заметим, что весьма пригодны также
шарики, приготовленные из сердцевины стебля подсолнеч-
ника. Сердцевина подсолнечника даже легче бузиновой и хорошо
обрабатывается. Стволы подсолнечника собираются поздней осенью
и разрезаются на небольшие куски. Это легче сделать, когда ство-
лы сырые, и на небольших кусках удобнее убедиться в качестве
^сердцевины. Очень часто сердцевина внутри бывает разделённой
посередине широкой щелью, такие куски надо выбросить. Сушка
происходит постепенно, просто в комнате или на солнце.
Когда стволы высохнут, верхний слой делается необычайно
крепким и поддаётся только прочному ножу или стамеске, с по-
мощью которых его удаляют. Шарики или другие фигурки выре-
зают очень острым ножом, а ещё лучше—лезвием безопасной
бритвы. Из стволов подсолнечника легко приготовить шарики до
10—12 мм в диаметре. При некоторой настойчивости и сноровке
1 Амальгама, служащая для натирания кожи, состоит из двух частей (по
гвесу) ртути, одной части олова и одной части цинка. В железной ложке рас-
плавляют небольшой кусочек олова (примерно, с зерно фасоли) и такое же
количество цинка и добавляют несколько (2—3) капель ртути. Лучше требуе-
мые количества отвесить на весах. Остывшую твёрдую массу надо растолочь
в фарфоровой или железной ступке и полученным порошком с помощью тампо-
на из тряпки натирать кожу, предварительно слегка смазанную салом. Плавле-
ние надо вести под тягой или в крайнем случае на открытом воздухе.
J240
можно сделать шарик полым, склеенным из двух выдолбленных по-
лушарий. Из хороших толстых стволов удаётся диаметр шарика до-
вести до 15—18 мм. Такой полый шарик, подвешенный на тонкой
длинной (1 м) нити, очень эффектно обнаруживает электростати-
Рие. 452. Линейка на лампочке
в качестве электроскопа.
Рис. 453. Линейка на книге в качестве
электроскопа.
ческие притяжения и отталкивания. Кроме того, можно выдавить
в гипсовой форме, отлитой по стальному шарику, полушария из
алюминиевой фольги, в которую завёртывают конфеты. Шарик со-
ставляется из двух половинок, склеиваемых между собой тремя
или четырьмя узенькими выступами.
Рис. 454. Горизонталь-
ный маятник.
Рис. 455. Электрический
маятник.
Рис. 456. Электриче-
ский маятник из папи-
росной гильзы.
При большом диаметре (до 30 мм) такие шарики весят меньше,
чем шарики из сердцевины подсолнечника. Неплохие результаты
можно получить с целлулоидными шариками (купить можно в ма-
газинах детских игрушек).
Что касается ниток, на которых обычно подвешиваются шарики,
то они должны быть шёлковыми. Небольшой длины нить можно
16 Физический эксперимент, том IV
241
получить, разматывая кокон шелковичного червя. Кокон перед раз-
моткой размачивают в горячей воде. Хорошо изолирует так назы-
ваемый медицинский шёлк, который употребляется для сшивания
ран.
Найдя хорошо изолирующий сорт шёлковых нитей, не надо его
употреблять для других целей. Хранить нити следует в плотной
коробке или стеклянной банке, предохраняя от пыли.
3. Нет надобности показывать лишь «бузиновые» шарики и мел-
ко нарванную бумагу; наоборот, необходимо взять несколько раз-
личных тел и поставить их в такие условия, чтобы небольшие по
величине силы могли их заметно передвинуть. Если положить чер-
тёжную линейку на часовое выпуклое стекло, электрическую лам-
почку (рис. 452) или книгу (рис. 453) и к одному концу этой ли-
нейки поднести заряженное тело, линейка начнёт поворачиваться.
На рисунке 454 изображён горизонтальный маятник. Нити АВ
и CD следует взять шёлковые, палочку СЕ —стеклянную, эбони-
товую, карболитовую, тонкую трубку целлофановой «бумаги», во-
обще из хорошего изолятора и, наконец, шар Е можно взять по-
лый металлический. Поднеся к шару заряженное тело, получают
сначала притяжение, затем соприкосновение и очень сильное от-
клонение шарика.
Наконец, в качестве обнаружителя наличия электризации мо-
жет служить водяная струя. Если к струе, вытекающей из отвер-
стия (d ~ 2—3 мм), поднести заряженную палку, то струя замет-
но отклоняется.
§ 27. Взаимодействие заряженных тел
1. Горизонтальный маятник для этой цели очень хорош
(рис. 454). Для того чтобы его зарядить, необходимо к нему прикос-
нуться наэлектризованным телом, которое нужно к нему подносить
так, чтобы не вызвать его перемещения, т. е. в направлении стержня
СЕ. Зарядив же шар, нужно к нему подносить заряженное тело
сбоку.
2. Электрический маятник (рис. 455). На шёлковой нити на изо-
лирующей подставке подвешивается «бузиновый» шарик или «под-
солнечный». При поднесении к нему заряженного тела он притяги-
вается, прикоснувшись же, начинает отталкиваться. Для того чтобы
наступило отталкивание, необходимо, чтобы шарик «прокатился»
по подносимому заряжённому телу, ибо только тогда он снимет
с заряжающего тела достаточное количество зарядов и начнёт от-
талкиваться. Успеху опыта содействует хорошая проводимость ша-
рика, поэтому можно рекомендовать.покрыть его тонким слоем гра-
фита (провести несколько линий мягким карандашом).
В случае большой аудитории шарики можно заменить папирос-
ными гильзами (их тоже покрыть графитом) (рис. 456).
Можно взять два таких маятника и оба зарядить путём при-
242
косновения электричеством одного и того же знака. Если теперь про-
бовать сближать маятники, то будет очень заметно их взаимное
отталкивание..
3. Плавающая ватка. Поднеся к сильно заряженному телу не-
большой кусочек ваты или ещё лучше сусального золота (очень
тонкой алюминиевой фольги) так, чтобы он притянулся к заряжен-
ному телу, и резким движением тела сбросив эту вату (сусальное
золото), легко наблюдать отталкивание этих лёгких тел. Если за-
ряженное тело быстро перемещать так, чтобы оно всё время нахо-
Рис. 457. Золотой листок плавает в
воздухе.
Рис. 458. Ракетка.
дилось под взятым лёгким телом, то это последнее будет «плавать»
в воздухе (рис. 457).
Вместо заряженного тела (скажем, эбонитовой палки), можно
изготовить специальную ракетку (наподобие теннисной) с метал-
лической сеткой и ручкой из хорошего изолятора (рис. 458)
Вместо кусочка ваты
(фольги) можно взять
мыльный пузырь. Не-
большой кусок металли-
ческой трубки (рис. 459)
зажимается в изолиро-
ванный от стола штатив
(штатив можно поста-
вить на кусок парафина
или эбонита); к верхне-
му концу трубки присое-
динена резиновая гру-
ша. Металлическая труб-
Рис. 459. Выдувание мыльного пузыря.
ка соединена с кондуктором электростатической машины. Если
нижнее отверстие этой трубки обмакнуть в мыльный раствор и
начать накачивать воздух грушей, то получится мыльный пузырь,
который легко заряжается электростатической машиной.
Зарядив1 оттого же кондуктора ракетку, можно заставить мыль-
ный пузырь стоять на месте, подниматься вверх или очень медленно
падать.
1 Если воздух в помещении достаточно ионизирован, то лучше соединить
ракетку тонким, гибким проводом с кондуктором и не уничтожать этой связи
во время опыта.
16*
243
Этот опыт очень хорош для объяснения способа определения за-
ряда электрона, применённого Милликеном. При помощи пульве-
ризатора Милликен вдувал очень мелкие капельки масла в ящик 4
(рис. 460). Капельки при трении в пульверизаторе заряжались.
Часть этих капелек попадала в отверстие а и через него в электри-
ческое поле конденсатора С. Здесь эти капельки находились не
только под действием силы тяжести mg, но и под действием силы
электрического поля Ее. Так как направление электрического поля
конденсатора можно менять не только по величине, но и по напра-
влению, то капельку можно было заставить двигаться с различными
скоростями не только вниз, но и вверх. Изучение скоростей их дви-
жений и позволило определить заряд электрона (наименьший из
возможных). В нашем опыте капли, пускавшиеся Милликеном,
заменены мыльным пузырём, электрическое поле создаётся ракет-
кой, заряженной от того же кондуктора, что и мыльный пузырь.
Рис. 460. Схема опытов Милликена.
Если взять вторую ракетку, соединённую с другим кондуктором
электростатической машины (его полезно заземлить), и держать
её выше пузыря, то мы получим конденсатор, т. е. наш мыльный
пузырь окажется в электрическом поле конденсатора. Меняя по-
ложение ракеток, легко добиться того, что пузырь будет неподвиж-
но висеть в воздухе —значит mg = Ее.
§ 28. Электроскопы
1. Простейший электроскоп (рис. 461) состоит из двух соломи-
нок, подвешенных на хорошо изолированной стойке. Стойка из-
готовляется из стеклянной палочки или трубки, изогнутой под
прямым углом и укреплённой с помощью сургуча или парафина на
любой подставке. К концу горизонтальной части стойки подвязы-
вается петля из медной проволоки. Нижняя часть петли делается
244
возможно более ровной и горизонтальной. К соломинкам приклеи-
ваются сургучом подвесы из тонкой медной проволоки в виде двой-
ных крючков, чтобы движение соломинок происходило в одной
плоскости. При приклеивании подвесных крючков к . соломинкам
Рис. 462. Электроскоп
из папиросных гильз.
необходимо следить, чтобы не вся медь покрылась сургучом,
т. е. чтобы где-нибудь было соприкосновение меди с соломинкой.
Немного чувствительнее становится электроскоп, если соломин-
Рис. 463. Электро-
скоп из бумаж-
ных полосок.
Рис. 464. Элект-
роскоп в стек-
лянной бутылке.
Рис. 465. Деталь
подвеса бумаж-
ных листочков.
245
ки заменить папиросными гильзами (рис. 462), удалив из них
плотную мундштучную бумагу, или просто полосками цветной па-
пиросной бумаги (рис. 463). Чем чувствительнее электроскоп, тем
более он страдает от воздушных течений, а потому сколько-нибудь
чувствительный электроскоп необходимо окружить воздухонепро-
ницаемыми стенками. Самое простое, но при этом и самое пло-
хое —это опустить электроскоп в стеклянную бутылку и укрепить
его в горле бутылки с помощью эбонитовой или парафиновой проб-
ки, как на рисунке 464. Всё же и такой электроскоп действует1.
Электроскоп будет несколько чувствительнее, если бумажные
полоски подвешивать так, чтобы их расхождение происходило с
меньшим трением. Основной стержень продлён; на него надет хому-
тик с двумя проволочными петлями. Каждая петля имеет очень
хорошо выпрямленную и лишённую всяких зазубрин горизонталь-
Рис. 466. Элек-
троскоп из фо-
наря.
Рис. 467. Электроскоп с золотыми
листочками. Справа — деталь уст-
ройства стержня.
ную часть (рис. 465), на которой заклеивается из плотной и гладкой
бумаги хомутик, а к нему уже приклеивается листок из папирос-
ной бумаги. Чем аккуратнее сделан подвес и чем легче листочек,
тем чувствительнее электроскоп.
Устраивая защиту листочков электроскопа, можно получить
ещё выигрыш в чувствительности. Этого можно достигнуть, если
боковые стенки защиты сделать из хорошо проводящего материала,
лучше всего из металла или дерева (картона), оклеенных металли-
ческой фольгой (рис. 467), а стекло оставить только спереди и
сзади.
Очень хорошую защиту можно изготовить из жестяного кар-
каса с четырьмя вставленными стёклами (тип фонаря) (рис. 466).
1 Основным недостатком стеклянной бутылки является то, что на ней в ре-
зультате опытов появляются заряды. Эти заряды в дальнейшем не позволяют
совершенно разрядить электроскоп.
246
В верхней части устраивается отверстие, сквозь которое на изо-
лирующей пробке опускается сам электроскоп.
Чтобы стёкла, в особенности боковые, были более электропро-
водящими, их можно покрыть желатином, с добавлением азотно-
кислого калия.
Растворяют примерно в 30 г тёплой воды 1 г желатина и добав-
ляют туда 0,1—0,5 г азотнокислого калия. Обливают этим рас-
твором предварительно хорошо вымытые стёкла. Дают излишку
раствора стечь и сушат в строго горизонтальном положении. При
сборке желатиновый слой обращают внутрь, наблюдая, чтобы он
соприкасался с металлическими частями корпуса.
Так обработанное стекло очень хорошо проводит, и в то же
время прозрачность стекла почти не уменьшена.
2. Электроскоп с золотыми листочками. Можно сделать ещё
более чувствительный электроскоп, если соломинки или гильзы за-
менить золотыми1 листочками. Стержень, на котором будут укреп-
ляться листочки, после пропускания через изолирующую проб-
ку должен быть расплющен (рис. 467) и очень аккуратно бархат-
ным напильником обработан. Во-первых, плоскости должны быть
действительно плоскостями, во-вторых, нижний край —строго
горизонтальным, без всяких зазубрин. Нижний край стержня
следует хорошо зачистить шкуркой и тем сгладить острые края.
Размер золотого листочка 0,5 см X 4 см. Резать листок необхо-
димо между двумя слоями бумаги. Резать можно или очень острыми
ножницами, или очень острым ножом (например, новым лезвием
безопасной бритвы); в последнем случае надо разрезаемый листок
золота вместе с двумя листиками бумаги положить на ровный плот-
ный картон, сильно прижать линейкой и провести, достаточно силь-
но' нажимая бритвой, держа её так, чтобы её лезвие с плоскостью
бумаги составляло угол, не превышающий 30°. С отрезанного ку-
сочка надо осторожно пинцетом поднимать бумагу; возможно, что
края золота окажутся слипшимися с бумагой; в такие места следует
вводить тонкую иглу. Пинцет следует держать в левой руке, иглу—
в правой. Иглу следует вводить так, чтобы остриё её было прижато
к бумаге; самое отрывание золота от бумаги производить боковой
поверхностью иглы, всё время медленно её вращая.
Когда бумага снята, к обнажённому золотому листочку прикла-
дывают предварительно смазанный салом1 2 стержень так, чтобы
его нижний край был перпендикулярен к длине листочка. Ника-
кие поправки невозможны, поэтому необходимо сразу, найдя пра-
1 С таким же успехом можно взять столь же тонкую алюминиевую или
серебряную фольгу. Однако золотая несколько лучше по своим упругим свой-
ствам, а потому для точных измерений предпочтительнее.
В школьной практике можно брать какую угодно.
2 Если нужно наклеивать два листочка, то рекомендуется салом смазать
обе стороны заблаговременно.
Если наклеивается только один листочек, можно употребить какой угодно
клей (шеллачный лак, синдетикон, гуммиарабик).
247
вильное положение, прижать стержень к бумаге, и сейчас же осто-
рожно поднимать стержень вместе с листочком, держа наготове
иглу. Поднятый стержень зажимается в лапку штатива, и тогда
при помощи пинцета и иглы удаляется второй слой бумаги.Удал ять
его надо, захватив пинцетом за верхний край, который слегка ото-
двигается в сторону; иглой же постепенно отрывается от бумаги
золотой листочек. При наклейке второго листика необходимо пер-
вый листик поддерживать иглой.
Стержень с наклеенными листочками нужно сейчас же
перенести в защитную коробку. Коробка должна быть настолько
велика, чтобы при самом большом отклонении листочки не могли
коснуться стенок или стёкол.
Уменьшая размеры листочков и охранной коробки, можно по-
лучить ещё более чувствительный электроскоп.
3. Электроскоп Б. Ю. Кольбе. Электроскоп имеет два листочка
из ярко окрашенной бумаги, помещённых по обеим сторонам стерж-
ня, укреплённого в эбонитовой пробке, вставленной в склянку без
дна (рис. 468). На склянке наклеены станиолевые полоски, сопри-
касающиеся с съёмным металлическим дном склянки. Склянка даёт
защиту листочков от движения воздуха, а полоски и дно образуют
Рис. 468. Электроскоп Кольбе.
заземлённые проводящие части, к которым притягиваются листоч-
ки. Заземление осуществляется соприкосновением дна с крышкой
стола, на котором стоит электроскоп.
Для хорошей видимости листочков Кольбе предложил прида-
вать им особую форму, чтобы на их концах оказались ярко окра-
шенные полукруги, отогнутые в стороны под прямым углом к пло-
скости листочков. Когда листочки не заряжены, полукруги видны
248
Рис. 469. Электроскоп Главучтехпрома.
как целый круг (рис. 468, а); когда листочки расходятся, круг раз-
деляется, что ясно видно издали (рис. 468, б). Электроскопов обыч-
но применяется два, причём у одного листочки красные, а у дру-
гого зелёные.
Около шарика у электроскопа имеется проволочный крючок,
который может служить для укрепления длинного тонкого стерж-
ня, соединяющего два электро-
скопа (опыты с влиянием). Стер-
жень укреплён на хорошо изо-
лирующей ручке.
Аналогичное устройство име-
ет электроскоп, выпускаемый
Главучтехпромом (рис. 469). От-
личие заключается в том, что
вместо склянки прибор помещён
в круглую цилиндрическую ко-
робку с плоскими стенками (пе-
редней и задней) из прозрачно-
го стекла. Такая конструкция
позволяет проектировать листоч-
ки электроскопа на экран с по-
мощью проекционного фонаря.
Возможно также теневое проек-
тирование.
4. Электроскоп Эйхенвальда1.
Достаточно чувствителен и очень демонстративен следующий элек-
троскоп Эйхенвальда. На тяжёлой подставке (рис. 470) укреплён
круглый жестяной корпус, представляющий собой полый цилиндр
длиной в 12—15 см, диаметром в 30 см. Молочное стекло встав-
ляется внутрь так, что делит пространство на две неравные час-
ти (скажем, 10 и 5 см). В задней, большей, части монтируются
2—3 лампочки накаливания, соединённые параллельно; шнур от
них выводится наружу и кончается вилкой. Эта часть закрывается
жестяной же глухой крышкой. Лампочки сразу исполняют две
функции: освещают и обогревают, т. е. осушают. В передней час-
ти, закрытой прозрачным стеклом, помещается электроскоп, со-
стоящий из двух параллельных стержней,соединённых между со-
бой хомутиком; хомутик одновременно служит и подшипником для
стрелки (рис. 471). Вместо двух стерженьков можно взять
дважды изогнутую пластинку, в которой делается вырез для
стрелки. Горизонтальная часть служит здесь подшипником
(рис. 472).
Стрелка представляет собой длинную узкую трубку из папи-
росной бумаги, вклеенную в небольшое металлическое кольцо К
(рис. 471). К кольцу приделаны оси. Стрелка (трубочка) так вклеи-
^йхенвальд А. А. (1863—1944) — проф. Высших женских' кур-
сов и Московского университета.
249i
вается в кольцо, чтобы общий центр тяжести был лишь немного
ниже оси вращения. Сама трубка покрывается графитом.
Электроскоп с вращающейся стрелкой изображён на рисун-
ке 473.
Рис. 470. Электроскоп
Эйхенвальда.
Рис. 471. Деталь устрой-
ства электроскопа Эйхен-
вальда.
Рис. 472. Способ укрепле-
ния оси.
Рис. 473. Электроскоп Брауна.
5. Электроскоп ИПО, сконструированный Институтом поли-
технического образования в 1936 г. В этом электроскопе или элек-
трометре стрелка сделана из тонкой алюминиевой фольги, и ось
стрелки укреплена на агатах. Это придаёт электроскопу большую
чувствительность, что позволяет его заряжать от динамо-машины
переменного тока и кенотронного выпрямителя при напряжении
в 100—200 в. Электроскопы продаются комплектом из двух прибо-
ров, полых шаров к ним и конденсатора.
250
6. Электроскоп Роше. В этом электроскопе (рис. 474) к стержню,
проходящему через всю коробку, на довольно сложных подвесах
укреплены две папиросные гильзы. Чтобы уменьшить силу, тре-
бующуюся для раздвигания их, к ним приделаны противовесы.
Для лучшей изоляции внутри защитной коробки ставится банка
с хлористым кальцием, сильно поглощающим влагу. Это обстоя-
тельство делает гильзу не проводящей, а потому её приходится
покрывать бронзовым лаком.
Заметим, как это уже указывалось, что во всех электроскопах
с бумажными листочками или гильзами очень полезно проводи-
Рис. 474. Электроскоп Роше,
Рис. 475. Деталь укреп-
ления «шарика» элект-
роскопа.
мость бумаги искусственно увеличить или путём покрывания брон-
зовым лаком, или окраской тушью, или путём проведения на них
мягким карандашом одной-двух линий, или протиркой графитовым
порошком.
7. Шарик электроскопа. Во всех электростатических опытах
необходимо брать проводники, лишённые острых углов и сильно
выдающихся частей. Лучшей формой проводников является шар.
Поэтому, какой бы ни был электроскоп, стержень его, выходя-
щий из защитной коробки, следует закончить шариком. Однако,
имея в виду возможно полное использование электроскопа, не сле-
дует шарик приделывать к стержню наглухо. Лучше всего подо-
брать металлическую трубку, внутренний диаметр которой рав-
нялся бы диаметру стержня, и небольшой отрезок её (длиной 1 —
2 см) припаять к шарику (рис. 475).
Такой же отрезок трубки может быть припаян к диску, цилинд-
ру и всякому иному проводнику. В зависимости от надобности
можно будет электроскоп снабдить тем или другим провод-
ником.
251
§ 29. Электрометры
Электрометры по существу. представляют собой электроскопы
с проводящими стенками, к которым добавлены: 1) клемма для за-
земления корпуса и 2) шкала для отсчёта величины отклонения
стрелки.
1. Электрометр Кольбе. На деревянной подставке с двумя по-
стоянными ножками и одной винтовой укреплён металлический
каркас, закрытый металлической же крышкой (рис. 476). Все че-
тыре боковые стороны застеклены. Кроме того, две узкие стороны
закрыты медной сеткой. Перед-
нее и заднее стёкла ходят в
пазах каркаса и могут быть
легко вынуты. В крышке сдела-
но круглое отверстие, служащее
для введения в этот защитный
ящик самого прибора, смонтиро-
ванного на эбонитовой пробке
со вставкой из янтаря. В отличие
от ранее описанных, электро-
скоп состоит из длинного стерж-
ня иодного листочка. Внутрь
ящика на особой подставке мо-
жет быть помещена около лис-
точка слюдяная пластинка с на-
несённой на ней шкалой.
Шарик электрометра сделан на
резьбе и поэтому легко может
быть заменён конденсаторной
пластинкой или большим шаром.
Обычно изготовляют два
взаимно заменяемых электро-
скопа: один менее чувствитель-
ный с листочком из цветной
папиросной бумаги и другой —
более чувствительный с золотым
или алюминиевым листочком.
Каркас снабжён клеммой и при её помощи может быть отведён
к земле. Отклонение листочка зависит непосредственно от раз-
ности потенциалов, имеющейся между защитным ящиком и листоч-
ком. Поэтому шкала может быть проградуирована прямо в воль-
тах. Нужно, однако, иметь в виду, что такая градуировка верна
лишь для данного листочка, когда он совершенно цел. Чаще на
шкалу наносят произвольные равные деления; тогда в случае на-
добности можно такую шкалу самому проградуировать в вольтах.
Прибор вполне пригоден для проектирования.
2. Электрометр Боненбергера. Ниже описываемый электрометр
(рис. 477) отличается от всех ранее описываемых тем, что у него
252
имеется один только листочек без стержня. Второе заряженное
•тело (стержень) заменяется двумя плоскими пластинками, распо-
ложенными вертикально и параллельно листочку. Эти пластинки
введены в защитный ящик с помощью металлических стерженьков,
пропущенных через изолирующие пробки, и снабжены с внешней
стороны клеммами. С помощью этих клемм к пластинкам можно
подвести довольно значительное напряжение, соединив их с полю-
сами зарядной батареи. Тогда листочек, будучи заряженным, бу-
дет от одной пластины отталкиваться, к другой притягиваться. При
увеличении разности потенциалов на пластинах будет увеличи-
ваться и чувствительность прибора. Приборы этого рода, предна-
значенные для измерений очень малых величин, требуют для наблю-
дений микроскопа, либо могут быть спроектированы короткофокус-
ным объективом.
3. Электрометр Экснера. К стержню прикреплены два золотых
листочка (рис. 478). С боков на стерженьках, могущих передви-
гаться, укреплены пластинки, параллельные стержню. Это сделано
для того, чтобы во время переноса прибора можно было листочки
прижать к стержню и тем предохранить от порчи. Для наблюде-
ния требуется микроскоп или лупа. Размер прибора очень мал:
диаметр 50 мм\ поэтому для демонстраций может применяться лишь
с проекционным фонарём.
4. Электрометр Главучтехпрома. Электрометр (рис. 479) устроен
в общем так же, как и электроскоп Эйхенвальда (рис. 470), с не-
которыми отличиями и дополнениями. Заднее стекло матовое; на
переднем стекле нанесена шкала из 6 неравных делений. Стрелка-
указатель в положении равновесия нижним концом совпадает с
нулевым делением; шестое деление обозначено цифрой 5, седьмое —
цифрой 10. Деления шкалы совершенно произвольны и не дают зна-
253
чения каких-либо единиц, показывая лишь относительные измене-
ния величины (заряда или потенциала). Преподаватель при жела-
нии может проградуировать электрометр теми способами, которые
указаны в инструкции, прилагаемой к прибору.
Электрометр снабжён арретиром в виде проволочного крючка,
который можно поворачивать с помощью головки и в любом по-
ложении закрепить винтом. Когда прибор не работает или,
особенно, когда его переносят, указатель должен быть арре-
тирован. Для этого надо головку повернуть против стрелки ча-
сов до отказа й закрепить винтом. Тогда загнутый конец арре-
Рис. 479. Электрометр Главучтехпрома.
тира упирается в стержень прибора, и для указателя остается воз-
можность лишь небольших колебаний.
Прибор продаётся в виде комплекта, состоящего из двух одина-
ковых электрометров и набора принадлежностей, упакованных в
ящике, где они должны всегда храниться. В набор входят: два
полых шара, надевающиеся на стержни электрометров; диско-
вый конденсатор из двух пластин; два острия, устанавливающиеся
на шарах сбоку от них; соединительный мостик с изолиру-
ющей ручкой и пробный шарик.
5. Замечания об использовании электрометров. Использование
электрометров на их предельных чувствительностях не входит в
курс полной средней школы, а потому ни способов работы с ними,
ни других более чувствительных электрометров (квадратного или
254
струнного) описывать здесь не будем. Желающие ознакомиться
с ними найдут все нужные подробности в «Технике физического
эксперимента» под редакцией А. Ф. Иоффе.
Здесь укажем лишь на одно обстоятельство. Электрометры
всегда должны иметь проводящую защитную коробку, которую не-
обходимо заземлять. На величину отклонения стрелки сильно
влияют внешние электрические поля. Поэтому и градуировать и
использовать электрометр необходимо в строго одинаковых усло-
виях, что может быть обеспечено только заземлением корпуса при-
бора. Для хорошего заземления необходимо клемму, соединённую
с корпусом электрометра, соединить с помощью тонкого (звонко-
вого) провода с водопроводным или газовым краном, т. е. с его
медной частью. Если этого нет — необходимо подвести специаль-
ный, хорошо заземлённый провод к лекционному столу и с ним со-
единять корпус электрометра.
§ 30. Два рода электричества
1. Изолирующий подвес. 1) Подвес на шёлковой нити. 2) Эбонитовая,
палка с шерстью. 3) Стеклянная палка с шёлком. 4) Чертёжная линейка и бу-
мага. 5) Электроскоп.
Наэлектризованную, скажем, эбонитовую палочку помещают
на изолированном подвесе1 (рис. 480), электризуют такую же вто-
рую и, поднося к первой, наб-
людают отталкивание. Подносят
таким же образом ряд других
наэлектризованных или нена-
электризованных тел и наблю-
дают, что одни отталкивают,
другие притягивают подвешен-
ную эбонитовую палочку.
Все ненаэлектризованные
тела притягивают первую па-
лочку; поэтому данный опыт
ещё недостаточен, чтобы о
носимом теле можно было
зать, не заряжено оно
заряжено разноимённо с подве-
шенной палочкой. Для выясне-
ния этого необходимо каждый рИс. Изолирующий подвес,
раз после наблюдения притяга-
тельного действия испробовать притягивающее тело на электро-
скоп.
ПОД-
ска-
или
1 На широкой деревянной раме или между двумя штативами натягивают
резиновую трубку со вставленным кусочком эбонитовой палки. На эбонит
подвешивают двойной крючок, на котором на длинных шёлковых нитях висит
второй двойной крючок.
25S
2. Опыт С электроскопом. 1) Два электроскопа. 2) Набор палочек
.для электризации.
Заряжают каким-либо электричеством мало чувствительный
электроскоп и проводят по шарику его каким-либо другим наэлект-
ризованным телом. В зависимости от взятого тела листочки либо
расходятся больше, либо спадают. Наэлектризованность подноси-
мого тела обнаруживается вспомогательным электроскопом. При
этих опытах нужно заряженные тела подносить к электроскопу
достаточно быстро, чтобы не успевал обнаруживаться заряд
через влияние.
3. Опыт с двумя электроскопами. 1) Два электроскопа. 2) Набор
тел для электризации. 3) Соединительный проводник на изолирующей ручке.
Заряжают два совершенно одинаковых электроскопа с помощью
различно наэлектризованных тел. Заряжают так, чтобы углы рас-
хождения листочков были одинаковы. Соединяют электроскопы
с помощью проводника, насаженного на изолирующую ручку. Лис-
точки электроскопов спадают совсем, если заряды были различных
знаков, и остаются в покое, если заряды были одноимённы.
Так будет в случае равных зарядов.
Если же заряды электроскопов не рав-
ны, то в случае разноимённых зарядов
больший по величине заряд будет умень-
шен зарядом другого электроскопа, но
Рис. 482. Прибор Видемана.
Рис. 481. Проводник на изолирующей
ручке.
не уничтожен. Оставшаяся часть большого заряда распределится
между обоими электроскопами.
Нужный для опыта проводник (рис. 481) представляет собой
кусок проволоки с загнутыми в небольшие колечки концами или
с припаянными на концах шариками на изолирующей ручке.
4. Прибор Видемана. В металлическую подставку с помощью
парафина или серы вмазывается стеклянная стойка, кончающаяся
наверху насадкой с остриём (рис. 482). На нём может свободно
вращаться изолирующий стержень, к концам которого приклеены
с одной стороны эбонитовый кружок, с другой—стеклянный.
Середина стержня состоит из металлического цилиндра, в ко-
тором по оси просверлены два углубления на концах для вмазы-
вания на сургуче стеклянных палочек и одно углубление посе-
256
редине для опоры на остриё подставки. Глубина его должна быть
такова, чтобы точка опоры оказалась выше центра тяжести всей
подвижной системы.
Кроме того, прилагается ряд кружков: стеклянный, эбонито-
вый, обтянутый мехом, обтянутый амальгамированной кожей; все —
на хорошо изолирующих ручках. Сначала заряжают стеклянный
и эбонитовый кружки, могущие вращаться, т. е. систему, служа-
щую для обнаружения зарядов. Затем эбонитовый кружок нати-
рают кружком с мехом. Если поднести к эбонитовому кружку
(вращающемуся) эбонитовый же, они оттолкнутся. Если к эбонито-
вому (вращающемуся) поднести мех, они взаимно притянутся. Если
Рис. 483. Пластинки на изолирующих ручках.
мех поднести к стеклу,— они взаимно оттолкнутся. Такие же опыты
проделываются и с другой парой кружков (стеклянным и кружком,
обтянутым амальгамированной кожей).
Если прибора Видемана нет, то, приготовив ряд ана-
логичных кружков на изолирующих ручках, можно то же самое
продемонстрировать с электроскопом. Наэлектризовав пару таких
кружков, подносят один из них к шарику электроскопа; если лис-
точки расходятся слабо, проводят этим кружком по шарику так,
чтобы в возможно большем числе точек снять заряд. Прикоснове-
ние вторым кружком будет уничтожать имеющийся в электроскопе
заряд.
Если, хорошо потерев друг о друга, два кружочка поднести .
к электроскопу, не разнимая их, листочки электроскопа оста-
нутся в покое. Разняв их, тем же электроскопом легко обнаружить
появившийся заряд.
Набор тел для опытов, аналогичных опытам с прибором Виде-
мана, изготовляется Главучтехпромом. Набор состоит из трёх
прямоугольных пластинок (размером 6 см X 4 см) на изолирую-
17 Физический эксперимент, том IV
.257
щих ручках (рис. 483). Пластинки сделаны из металла /, эбонита
2 и плексигласса 5.
Так как на пластинках 2 и 3 могут сохраниться от прежних опы-
тов остаточные заряды, то перед опытом надо обе пластинки слабо
прогреть над пламенем спиртовой горелки для снятия остаточ-
ных зарядов. Отсутствие зарядов можно проверить и показать,
внося каждую пластинку внутрь полого шара на электрометре,
не касаясь стенок внутри шара.
Слегка потерев пластинку из плексигласса об эбонитовую пла-
стинку, вносят их поочерёдно внутрь шара и убеждаются в нали-
чии зарядов. Знак зарядов легко обнаружить, если предваритель-
но не сильно зарядить электрометр определённым знаком. Повто-
ряя опыт и внося одновременно обе, сложенные вместе пластинки
внутрь полого шара на незаряженном электрометре, обнаружим
отсутствие действия на электрометр, т. е. взаимное уничтожение
действия двух равных, но разноимённых зарядов.
Из пластинок можно составить попарно три комбинации и опы-
ты проделать отдельно с каждой парой.
5. Электризация учащихся. 1) Две скамейки на изолирующих нож-
ках (рис. 484). 2) Кусок меха. 3) Электроскоп.
Поставить двух учащихся на изолирующие скамейки. Если
один из них несколько раз ударит другого лисьим хвостом (или ко-
шачьим мехом), то наэлектри-
зуются оба противополож-
ными по знаку зарядами, что
можно будет обнаружить чув-
ствительным электроскопом,
Рис. 485. Электризация жидкости.
Рис. 484. Изолирующая ска-
мейка.
предложив стоящим на скамейке ученикам коснуться пальцем ша-
рика электроскопа.
Изолированную скамейку легко сделать самодельно. Для этого
вместо показанных на рисунке сплошных стеклянных ножек надо
воспользоваться бутылками, горлышки которых сургучом вклеи-
ваются в крышку скамейки.
258
6. Электризация при погружений в жидкость. I) Чувствительный
электроскоп. 2) Мензурка с водой. 3) Стеклянная парафинированная палочка.
Ставят на хорошо изолирующую подставку (кусок эбонита,
парафиновая плитка) мензурку с водой (рис. 485) и с помощью же-
лезной проволоки, опущенной в неё, соединяют её с чувствитель-
ным электроскопом. Вдвигают в воду стеклянную (покрытую па-
рафином) палочку —электроскоп остаётся в покое. При вынима-
нии палочки электроскоп начнёт показывать заряд, который по
мере вынимания будет всё увеличиваться. Проведя стеклянной па-
лочкой по шарику электроскопа, можно и воду и стекло разрядить,
и листочки спадут.
Этот опыт не всегда удаётся и требует дистиллированной воды
и парафина, совершенно не смачиваемого водой.
7. Электризация песка. 1) Воронка на изолирующей подставке. 2) Про-
мытый сухой песок. 3) Металлическая чашка на изолирующей подставке.
4) Два электроскопа.
Соединив один электроскоп с помощью проволоки с воронкой,,
а другой с сосудом, поставленным под воронкой, всыпают через во-
ронку песок. При всыпа-
нии песка электроскопы
будут показывать всё боль-
шую и большую электри-
зацию.
Рис. 486. Сетка Кольбе.
§ 31. Расположение
зарядов на проводнике
1. Прибор Кольбе. На
трёх изолирующих под-
ставках (рис. 486) укреп-
лена гибкая медная сетка
(Z = 40 см, b = 10 см), на
которой подвешены листоч-
ки (электроскопы) с одной
стороны из красной, с дру-
гой — из синей бумаги. За-
рядив сетку, будем наблю-
дать отклонение только
тех листочков, которые
приходятся на выпуклой
или плоской стороне сет-
ки. Листочки, приходящие-
ся на вогнутых частях,
отклоняться не будут. Из-
. гибая заряженную сетку,
при этом берясь, конечно, лишь за изолирующие подставки, можно
всячески изменять кривизну; всегда отклонёнными будут только
17*
259
Листочки, находящиеся на выпуклых частях. Заряжать сетку для
этого опыта надо довольно сильно, поэтому для зарядки нужно
воспользоваться электростатической машиной.
2. Цилиндрическое кольцо с двумя электроскопами. Открытый
с двух сторон металлический цилиндр, укреплённый на изолирую-
щей подставке, снабжается двумя парами листочков; одну пару
располагают внутри, другую—снаружи кольца. Заряжая этот
цилиндр, наблюдают, что отклоняются листочки только внешнего
электроскопа.
3. Цилиндр Фарадея. Металлическая платформа на изолирую-
щей (рис. 487) подставке; к ней —колпак из металлической сетки.
Один электроскоп помещается под сеткой на изолирующих под-
Рис, 487. Цилиндр Фарадея.
кладках и с помощью проводника шарик этого электроскопа соеди-
няется с сеткой. Другой электроскоп, тоже соединённый проводом
с сеткой, располагается рядом на столе. При заряжении сетки заря-
жается только внешний электроскоп. В качестве сетки пригодна
металлическая корзина для бумаги, в качестве платформы—поднос.
По существу $тот опыт равносилен следующему. Ставят на хо-
рошо изолирующую подставку электроскоп с металлическим за-
щитным корпусом. Корпус соединяют проводом с шариком и под-
носят к шарику наэлектризованное тело. Листочки электроскопа
не отклоняются.
4. Полый проводник в качестве заряжающего тела. 1) Какой
угодно полый проводник (консервная банка, открытый цилиндр, полый шар
с отверстием) на изолирующей подставке. 2) Чувствительный электроскоп.
3) Пробный шарик. 3) Электростатическая машина.
Пробным шариком называется небольшой шарик (d = 0,5 см)
на изолирующей ручке1 (рис. 488). Вместо шарика можно взять
1 Пробный «шарик» тем лучше снимает заряд, чем лучше соприкасается
с испытуемым телом. Иногда ему придают вид лопатки.
260
проводник несколько иного вида (рис. 488), тоже малых размеров,
такой формы, чтобы он возможно плотнее прилегал к испытуемому
проводнику.
Заряжают проводник. Взяв в руки пробный шарик, прикаса-
ются им сначала к заряженному
телу, потом к электроскопу. Если
пробный шарик при прикосно-
вении его к телу зарядится, то
он в свою очередь зарядит
электроскоп. Если прикасаться
к заряженному полому телу
снаружи, пробный шарик будет
заряжаться; если прикасаться
внутри, пробный шарик заря-
жаться не будет.
Рис. 488. Пробный шарик и пробная Рис. 489. Способ Фарадея передачи
лопатка. всего заряда.
5. Полый проводник в качестве заряжаемого тела. 1) Два очень
чувствительных электроскопа; у одного шарик заменён платформой. 2) Метал-
лический стакан (можно взять консервную банку). 3) Металлический шарик
на изолирующей ручке. 4) Электростатическая машина.
1) Подносят (рис. 489) заряженный шарик к металлическому
стакану, стоящему на платформе электроскопа, и касаются его на-
ружной поверхности —листочки электроскопа слегка расходятся.
Подносят тот же шарик (не заряжая его вновь) ю другому электро-
скопу — листочки его расходятся. Значит, на шарике ещё остались
электрические заряды.
2) Разряжают электроскопы. Подносят вновь заряженный ша-
рик к металлическому цилиндру и прикасаются к его внутренней
поверхности —листочки электроскопа расходятся сильнее.
Подносят тот же шарик к другому электроскопу—листочки
его остаются в покое. На шарике в этом случае зарядов не осталось.
6. Кондуктор с выступающим и внутренним конусами. 1) Кон-
дуктор (рис. 490) на изолирующей подставке. 2) Пробный шарик. 3) Элект-
роскоп. 4) Электростатическая машина. 5) Кондуктор шаровой.
Заряжают кондуктор с помощью электростатической машины.
Касаются поочерёдно пробным шариком кондуктора и электроско-
261
уа, разряжая, конечно, электроскоп после каждой пробы. Такие
пробы покажут, что пробный шарик с различных мест снимает
различные заряды. Самый большой заряд снимается с того места,
где кривизна самая большая; с вогнутой поверхности никакого
заряда не снимается. Значит, поверхностная плотность зарядов
неодинакова; она тем больше, чем больше кривизна.
Рис. 490. Кондуктор с
выступающим и внут-
ренним конусами.
Проделав то же с шаровым кондуктором, обнаруживают, что
поверхностная плотность везде одинакова.
7. Прибор Вейнгольда. Четыре картонки (8 см X 8 см) склеи-
ваются коленкором (рис. 491) так, чтобы не была потеряна их
подвижность. Вклеиваются две изолирующие ручки (сургуч);
всё обклеивается станиолем и приделываются два бузиновых ша-
рика.
Держат за ручки в положении А и заряжают так, чтобы шари-
ки разошлись на угол 15—20°. По мере того как перегибают фигу-
ру в положение В, т. е. меняют кривизну в нижней точке, шарики
будут расходиться всё больше и больше.
§ 32. «Стекание» электричества с острия
1. Заряжение с помощью «стекания». 1) Два шаровых кондуктора
на изолирующих подставках, причём один из них снабжён остриём. 2) Элек-
троскоп. 3) Электрофорная машина.
Поставив два кондуктора рядом (рис. 492) и зарядив один из
них, пробуют поднесением второго, незаряженного, к электроскопу,
не зарядился ли этот кондуктор. Оказывается — нет.
J262
Снабжают один из кондукторов остриём и ставят их опять ря-
дом, расположив остриё вдоль линии центров (рис. 493). Заряжают
один из них. Проба на электроскоп покажет, что зарядился и дру-
гой. Какой из кондукторов — с остриём или без острия — зарядить и
каким электричеством, всё равно. Для того чтобы заряд с острия
«стёк», необходимо некоторое, правда очень малое (2—3 секунды),
время; поэтому не надо после зарядки очень торопиться исследо-
вать другой кондуктор; однако нельзя и очень медлить. Само «сте-
кание» обусловлено ионизацией воздуха, а потому начавшаяся око-
Рис. 492. Два шариковых
кондуктора.
Рис. 493. Кондуктор с
остриём.
ло острия ионизация может распространиться, воздух сделается
проводящим и тогда начнут разряжаться оба кондуктора.
Можно применить два электрометра с шарами, один из которых
снабжён остриём.
2. Отклонение пламени свечи. 1) Кондуктор с остриём. 2) Электро-
статическая машина. 3) Свеча.
Соединяют проводником кондуктор с электростатической маши-
ной (рис. 494); второй полюс машины отводят к земле. Перед
острием располагают зажженную свечу.
Как только приведут в действие электро-
статическую машину, так сейчас же пламя
свечи обнаружит исходящий от острия
«ветер».
3. Франклиново колесо. Оно состоит
(рис. 495) из металлической шляпки с
тремя или четырьмя проволочками, загну-
тыми на концах в одну сторону и заострён-
Рис. 494. Задувание
свечи.
ными. Шляпка надевается на вертикальную
металлическую ось, укреплённую наверху
изолирующей подставки. Если привести в
действие электрофорную машину, соединённую с осью, а значит,
и самим колесом, то колесо начнёт вертеться, подобно сегнерову
263
колесу, вращаясь в сторону, противоположную направлению
остриёв.
Вместо специально изготовленного колеса можно вырезать из
жести фигуру формы, показанной на рисунке 496; в центре её сде-
лать небольшое углубление и посадить на иглу.
4. Стекание заряда с электроскопа, 1) Два одинаковых электро-
метра. 2) Эбонитовая палка и сукно.
На шаре одного электрометра укрепляют остриё. Заряжают
оба электрометра до одинакового отклонения указателя. Электро-
метр, снабжённый остриём, разрядится
гораздо быстрее. Разряд происходит ещё
быстрее, если перед остриём держать руку.
Остриё должно быть достаточно длин-
ное, а главное —сстрое. Если этим усло-
виям не удовлетворяет остриё из набора
для электрометра, то можно применить
длинную тонкую иголку, вставив её в от-
верстие шара с помощью кусочка алюми-
ниевой фольги, в которую завёртывают
конфеты.
5. Методическое замечание. Объясняя
эти опыты, нельзя говорить, что с острия
«стекает» электричество, подоб-
но тому как из открытой трубки
вытекает вода. Необходимо го-
ворить о происходящей здесь
Ш ионизации воздуха, движении
Ш ионов в электрическом поле,
|||/ столкновениях ионов с молеку-
лами воздуха и т. д. Нельзя
vW учащимся при объяснении этих
опытов давать неправильное
представление о непосредствен-
ном движении электричества.
Рис. 495. Франклиново Рис. 496. Вы- Если опыт показывается в VII
колесо. кройка для
франклинова классе, когда правильное объяс-
колеса. нение не может быть понято, то
следует ограничиться фактиче-
ской стороной без какого-либо объяснения.
Что при «стекании» заряда с электроскопа действует ионизация
воздуха, подтверждается таким опытом: недалеко от заряженного
электроскопа (без острия) помещают зажжённую свечку или га-
зовую горелку; электроскоп 'быстро теряет свой заряд вследствие
ионизации воздуха горячими газами пламени. Если между свеч-
кой и электроскопом поставить металлическую сетку, действие
пламени ослабляется или совсем прекращается.
264
§ 33. Электризация через влияние
L Опыт С электроскопом. 1) Электроскоп. 2) Стеклянная и эбонито-
вая палочки. 3) Мех. 4) Шёлк.
Медленно подносят наэлектризованную палочку к электроско-
пу. Листочки электроскопа начнут расходиться задолго до сопри-
косновения. Значит, для того чтобы наэлектризовать тело (элек-
троскоп), достаточно уже близости заряженного тела. Убирают
палочку. Листочки сейчас же спадают — заряд пропадает. Ка-
саются заряженной палочкой электроскопа и сейчас же её убирают—
расхождение листочков сохраняется. При прикосновении электро-
скоп зарядился тем же знаком, каким заряжено заряжающее тело
(палочка). Подносят ту же самую палочку вновь —листочки рас-
ходятся ещё сильнее. Это значит, что на листочках появилось
электричество того же знака.
Рассмотрим ряд действий на электроскоп и их результаты:
1. Разряжают электроскоп — листочки спадают.
2. Подносят к электроскопу (но не касают-
ся) заряженную палочку1 — листочки расходятся.
3. Касаются пальцем электроскопа — листочки спадают.
4. Убирают палец — листочки остаются спадшими.
5. Убирают заряженную палочку — листочки расходятся.
6. Подносят опять палочку — листочки спадают.
7. Подносят палочку, заряженную другим
знаком — листочки расходятся сильнее.
Отсюда правило для определения знака заряда:,
если при поднесении (без соприкосновения) к заряженному элект-
роскопу другого заряженного тела листочки расходятся сильнее,,
то тело и электроскоп заряжены одноимённо.
Поднесение к заряженному электроскопу незаряженного тела
или тела, заряженного противоположным электричеством, одина-
ково вызывает спадание листочков, а потому этим явлением как.
критерием пользоваться хуже. Правда, при поднесении незаряжен-
ного тела спадание листочков гораздо меньше, чем при поднесении
тела, заряженного противоположным знаком.
2. Два электроскопа со специальными кондукторами. 1) Два
электроскопа с кондукторами цилиндрической формы (рис. 497). 2) Стеклян-
ная и эбонитовая палочки. 3) Мех. 4) Шёлк.
Придвигают электроскопы один к другому так, чтобы цилинд-
ры соприкасались. Подносят к электроскопам заряженную палоч-
ку, придвигая её вдоль оси цилиндров (держат её в направле-
нии, перпендикулярном к оси). Оба электроскопа показывают
присутствие на них зарядов; Не отодвигая палочки, слегка раздви-
гают электроскопы. Убирают палочку. Заряды на обоих электро-
скопах сохранились. Исследуют знаки зарядов, поднося ту же па-
лочку и приближая её сверху одновременно к обоим электроскопам.
1 Во время действий 3 и 4 положение палочки и электроскопа не изменяется.
265
Листочки одного слегка спадают, а другого ещё больше расходят-
ся — электроскопы заряжены противоположными знаками.
Убрав цалочку, сдвигают электроскопы. Оба заряда пропадут;
значит, заряды были равны друг другу. .
При объяснении этого опыта надо иметь в виду, что при
поднесении заряженной палочки в ближайших к ней частях ци-
линдров возникнет через влияние разноимённый заряд, а в уда-
лённых частях, к которым принадлежат листочки обоих электро-
скопов, появится одноимённый (равный) заряд. Таким образом
листочки электроскопов окажутся имеющими, вообще говоря, не-
равные, однозначные заряды. Эту одно-
значность можно обнаружить, поднося
. к электроскопам вторую заряженную
v Ш палочку (не удаляя первой). После
In? JlL разъединения цилиндров и удаления
палочки заряд в полуцилиндре (разно-
Й|М IlWi'l имённый с зарядом палочки) распро-
IwMli странится на соединённый с ним элек-
троскоп и перезарядит листочки, что
ILajgL будет видно по их спаданию и расхож-
дению снова. Тогда оба электроскопа
Рис. 497. Электроскопы с насад- окажутся имеющими равные и противо-
ками для демонстрации индук- ПОЛожные заряды.
ЦИИ. -г г
Тот же опыт можно проделать,
соединив два электроскопа соедини-
тельной проволокой на изолирующей ручке.
Электроскопы ставят на стол и соединяют проволокой. Необ-
ходимо, чтобы не было при этом выдающихся концов проволоки.
Подносят в направлении проволоки наэлектризованную палочку
или заряженный шар. Листочки у обоих электроскопов расходятся.
Снимают проволоку и затем убирают влияющее тело. Электро-
скопы остаются заряженными. Последующее соединение проволокой
электроскопов в отсутствии влияющего тела уничтожает заряд и
тем доказывает, что заряды у электроскопов были разноимённые.
3. Действие острия. 1) Электрометр. 2) Полый шар и остриё. 3) Стек-
лянная и эбонитовая палочки. 4) Сукно. 5) Шёлк или резина.
Берут электрометр с полым шаром наверху, но без острия и
подносят к шару, не дотрагиваясь до него, заряженную эбонито-
вую палочку. Электрометр обнаруживает заряд. При удалении па-
лочки электрометр разряжается, так как два равных и разноимён-
ных наведённых заряда взаимно уничтожаются.
Вставив остриё в шар электрометра, повторяют опыт, поднося
палочку со стороны острия. При удалении палочки электрометр
остаётся заряженным. Определив знак заряда, убеждаются, что под
действием острия из электрометра ушёл один из двух наведённых
зарядов, именно противоположный заряду подносимой палочки,
а др у го й — остался.
266
4. Обнаружение зарядов смесью порошков серы и сурика.
1) Два кондуктора, цилиндрический и шаровой. 2) Электрофор на я машина.
3) Порошки серы и сурика. 4) Груша.
Ставят на столе длинный цилиндрический кондуктор на изоли-
рующей подставке и около него (на расстоянии 6—8 см) — шаро-
вой кондуктор, соединённый с электрофорной машиной.
В резиновую грушу, употребляемую для посыпания насекомых
порошками, насыпают порошки серы (серный цвет) и сурика (крас-
ная краска).
При нажимании груши и выбрасывании порошков они электри-
зуются: сера—отрицательно, сурик—положительно.
Рис. 498. Обнаружение знака заряда.
Зарядив шар от машины, посыпают его и стоящий рядом кон-
дуктор порошками. Положительно заряженные части кондукторов
становятся жёлтыми от прилипания частиц серы, неотрицательные—
красными от прилипания частиц сурика (рис. 498).
Опыт очень наглядно показывает распределение зарядов. Не
следует производить посыпание очень долго. Для собирания рас-
пылённых порошков удобно кондукторы поставить на большом ли-
сте чертёжной бумаги, с которой порошки опять могут быть ссыпа-
ны в грушу.
5. Демонстрация индукции на электроскопе. 1) Электроскоп с про-
водящим корпусом. 2) Эбонитовая палочка с сукном. 3) Изолирующая под-
ставка .
Заряжают корпус электроскопа, поставленного на хорошо изо-
лирующую подставку. Листочки электроскопа расходятся. Каса-
267
ются шарика пальцем —листочки расходятся сильнее. Разряжают
корпус —листочки несколько спадают; значит, на них был связан-
ный индуцированный заряд.
Рис. 500. Электрофор.
§ 34. Электрофор
1. Изготовление электрофора. Электрофор (рис. 499), один из
самых старинных приборов для получения достаточных количеств
электричества, состоит из
двух дисков: одного—из изо-
лятора (диэлектрика), элект-
ризуемого трением, /, и дру-
гого — металлического 2. На
металлическом диске, поло-
женном на изолятор, электри-
зация происходит через влия-
ние, почти не уменьшая за-
ряда диска из изолятора.
В старину изолирующий
диск изготовляли, наливая
расплавленную смолу и сур-
гуч в круглую металлическую
форму. В настоящее время для этого диска проще всего воспользо-
ваться пластинкой из органического стекла (плексигласса). Плас-
тинки из тонкого плексигласса часто кладутся на письменный стол
вместо обычного стекла. Наэлектризовать пластинку из плекси-
гласса можно натиранием
бумагой, шёлком или ме-
хом. Плексигласе всегда
электризуется отрицатель-
но.
Второй проводящий
диск 2 можно сделать из
жести, железа, фанеры,
оклеенной алюминиевой
фольгой.
Металлический диск не
должен имееть острых выс-
тупов, почему края его при
изготовлении из жести
должны быть загнуты кверху или по краю должна быть напаяна
проволока. Металлический диск снабжается хорошо изолирующей
ручкой 3 из того же плексигласса, которая прикреплена к диску с
помощью сургуча 4. Для этой цели можно использовать ручку для
письма, изготовленную из плексигласса. Диаметр диска желателен
не менее 20—25 см.
Электрофор можно сделать самодействующим. Для того чтобы
процесс электризации через влияние при накладывании проводя-
268
щего диска на изолирующий происходил автоматически, изолирую-
щий диск снабжают станиолевой полоской, огибающей пластинку
изолятора, как показано на рисунке 500. Эта полоска, соприка-
саясь со столом, на котором лежит плексиглассовая пластинка, ав-
томатически отводит «свободное» электричество диска в землю при
наложении верхнего диска. Без этой полоски для получения пол-
ного заряда проводящего диска к нему надо прикоснуться пальцем
до его подъёма с пластинки из плексигласса.
2. Демонстрация действия электрофора. 1) Электрофор. 2) Мех.
3) Электроскоп.
Наносят несколько лёгких ударов мехом по нижнему диску и
обнаруживают при помощи электроскопа его заряд (отрицатель-
ный),. Ставят на нижний диск металлический так, чтобы он не ка-
сался станиоля, сейчас же снимают и обнаруживают на нём неболь-
шой отрицательный же заряд.
Ставят вновь так, чтобы металлический диск не касался стани-
оля. Не снимая диска, разряжают его прикосновением пальца.
Снимают и обнаруживают электроскопом, что диск заряжен поло-
жительно и притом несравненно сильнее, чем это имело место в пер-
вом случае. Ставят вновь на нижний диск металлический, но уже
так, чтобы он касался полоски станиоля, снимают и обнаруживают
электроскопом, что диск заряжен положительно. Значит, прикос-
новение металлического диска к станиолю играет ту же роль, что
разряжение его пальцем.
Снимать диск надо так, чтобы прежде
всего нарушилось соединение с полоской
станиоля.
Если нижний диск хорошо изолирует и не был «захватан» ру-
ками, то, однажды зарядив его, можно почти без конца ставить ме-
таллический диск и каждый раз, снимая, разряжать его, причём
электроскоп не обнаружит убывания заряда. Заряд на металличе-
ском диске получается сравнительно очень большой, а потому его
можно обнаружить либо очень мало чувствительным электроско-
пом, либо с помощью искры, проскакивающей в поднесённый палец.
3. Заряды разделяются за счёт работы разнимания дисков.
1) Весы с разновесом. 2) Электрофор с мехом. 3) Подставки.
С весов снимается одна чашка и на её место на шёлковых нитях
подвешивается металлический диск электрофора так, чтобы он был
расположен горизонтально. Чашка и диск уравновешиваются пу-
тём накладывания гирек либо на чашку, либо на диск.
Под диском располагают на подставке круг из изолятора тоже
горизонтально так, чтобы он соприкоснулся с металлическим, когда
стрелка весов стоит на нуле (рис. 501). Снимают круг из изолятора
с подставки, заряжают и снова помещают на подставку. Теперь на
чашку весов кладут разновески до тех пор, пока диск не под-
269
нимется. Количество разновесок и даёт величину силы, необхо-
димой для отрывания одного диска от другого.
Работа отрывания эквивалентна энергии зарядов.
4. Электрофор как основная часть электрофорных машин.
Снабжают проводящий диск электрофора проводящей кисточкой,
которой было бы удобно коснуться станиолевой пол,ски при бысг-
Рис. 501. Весы с электро-
фором.
ром продвижении верхнего диска над
нижним. Испытав отсутствие на верхнем
диске заряда, проносят диск над ниж-
ним, касаясь кисточкой полоски. Убеж-
даются в заряжении диска.
Рис. 502. Электрофор для объяснения действия
электрофорной машины.
Кисточку, соединённую с землёй, можно установить и сверху
диска так, чтобы она касалась верхней поверхности проводящего
диска при его продвижении по нижнему.
Опыт проделывают перед объяснением действия электрофорной
машины (рис. 502).
§ 35. Электростатические машины
1. Машины с трением. На оси укрепляется стеклянный круг А
(рис. 503), который с помощью рукоятки В может быть приведён
во вращение. Внизу, на деревянной подставке укреплены две по-
душки С, слегка сжимающие стеклянный круг. В настоящее время
круг из обычного стекла можно заменить кругом из органического
стекла —плексигласса. Подушки обтянуты шёлковой материей,
продолжающейся в виде чехла дальше, примерно на четверть окруж-
ности (подушки, если, круг из обычного стекла, обтянуты амаль-
гамированной кожей). Очень недалеко от того места, где кончается
шёлковый чехол, устанавливаются щётки Е —металлические пла-
стинки с рядом иголок, остриями обращённых к стеклу. Эти щётки
соединяются с кондуктором /Q, обычно шарообразным. Другим
полюсом является заряженный шёлк (кожа); к подушкам можно
присоединить второй кондуктор /<2.
При чистом стекле и сухом, чистом шёлке машина работает хо-
рошо.
270
Недостатки машины: её громоздкость и малая производитель-
ность по сравнению с другими типами машин. Все эти причины де-
лают данный тип машины мало пригодным для практических це-
лей, однако она имеет историческое значение как одна из первых
простейших машин.
2. Самодельная машина с трением. Самодельная электрическая
машина из бутылки (из белого стекла) может иметь самое разно-
образное устройство, зависящее от средств и возможностей школы.
Далее предлагаются два варианта одной из конструкций машины.
Рис. 503. Электростатике
ская машина с тр?п ем
Рис. 504. Самодельная электростатическая,
машина.
Рис. 505. Крепление дна бутылки.
Рис. 506. Самодельная электростати-
ческая машина.
На достаточно прочной доске АВ прочно укрепляются две стой-
ки Л и В (I = 30 см, b = 15 см, h — 3 см), в них на равной вы-
соте просверливается по отверстию (рис. 504). В отверстие справа
должна свободно проходить рукоятка, процно вмазанная сур-
гучом в горло бутылки Р. В углубление дна бутылки вклеивается
деревяшка соответствующей углублению формы1. К деревяшке дву-
1 Бутылка, наполненная до самого верха горячей водой, закупоривается
и переворачивается дном вверх. Палочку сургуча прижимают к углублению»
в дне до тех пор, пока не расплавится достаточное количество сургуча; тогда
ставят на место деревяшку и прижимают её так, чтобы часть сургуча выдави-
лась. Выливают воду и дают застыть сургучу.
271
мя маленькими шурупами привинчивается металлическая планка
с углублением для винта S, ввинченного в отверстие левой стойки.
Можно поступить иначе. Горло бутылки просовывается в отверстие
одной стойки, а в другой стойке делается либо отверстие, равное
дну бутылки, либо—цилиндрический выступ, соответствующий
углублению в дне бутылки (рис. 505, 506). Выбор того или другого
способа зависит от формы бутылки. На горлышко бутылки с по-
мощью двух свинченных болтиками планок
Рис. 507. Электрофорная машина Вимшёрста
Главучтехпрома с дисками из плексигласса.
укрепляется рукоятка
для вращения бутылки.
Снизу приделывается
подушка R, обитая
амальгамированной ко-
жей или шёлком. Эта
подушка всегда должна
быть прижата кбутылке,
а так как бутылка не
строго цилиндрична и
непр авил ьно центриро-
вана, то подушку при-
ходится прижимать пру-
жинами. Чтобы подушка
не была выброшена в бок
при вращении бутылки,
к подушке следует при-
крепить два стержня; в
основание же (доску)
нужно укрепить два
куска трубки, в которых
свободно ходили бы
стержни. Винтовые пру-
жины окружают трубки.
На стойке А укреплена прочная стеклянная или эбонитовая
палка, в свою очередь вмазанная в цилиндр //, спаянный из жести,
к которому припаян медный прут. Левый конец прута кончается
шариком —кондуктором; правый располагается параллельно стен-
кам бутылки, к нему снизу припаяна «пила», вырезанная из
жести. Шарик является положительным полюсом, а пружины —
отрицательным.
Для лучшего действия этой машины рекомендуется все стеклян-
ные части, кроме трущихся частей бутылки, покрыть шеллачным
лаком.
Далее описаны электрофорные машины.
3. Машина Вимшёрста. Два эбонитовых круга (или из органи-
ческого стекла) при помощи рукоятки и ремённой передачи могут
быть приведены во вращение в противоположные стороны
(рис. 507) вокруг оси.
На той же оси неподвижно укреплены два прута АВ и АгВ1У
кончающиеся щётками (кисточками из канители). Задний прут
272
А1В1 не виден на рисунке; по отношению к переднему он повёрнут
на 90°.
На изолирующих стойках укреплены кондукторы К и 7^, стер’
женьки для соединения кондукторов К и со щётками машины
L и и стержни для соединения машины с лейденскими банками
С и С/.
На рисунке 508 дана несколько упрощённая схема такой
машины.
Машина самозаряжающаяся, т. е. должна при вращении сама
собой начать работать. Если этого почему-либо не произойдёт, до-
статочно при вращении кругов поднести
к ней заряженное тело. Подносить заря-
женное тело лучше всего к верхней
части круга.
Уход за машиной. Необхо-
Рис. 509. Правильное поло-

жение щёток.
димо следить за правильностью расположения щёток. Передние
щётки А и В и задние /Ц и Вг должны едва касаться станиоле-
вых наклеек (рис. 509,1). Щётки L и Lt как спереди, так и сзади
не должны вовсе касаться кругов (рис. 509, II).
Круги должны быть ровные, не покоробленные и не захватан-
ные руками. Оси и подшипники — чистые и смазанные.
Хранить машину с эбонитовыми кругами следует в тёмном шка-
фу или её нужно закрывать чехлом, не пропускающим света. Круги
из плексигласса света не боятся.
Наиболее частые аварии:
1. Выпадение мишурных кисточек. Новую кисточку можно из-
готовить из мишурной ленты (купить её можно в музыкальном
магазине и магазине украшений для ёлки).
2. Сбилась установка щёток А и В или At и Вг—поставить под
углом 45° к горизонту.
3. Сорваны станиолевые листочки — приклеить салом или бел-
ком новые.
1 Для включения лейденских банок необходимо, кроме того, установить
контакт между стерженьками, расположенными на подставке спереди.
273
18 Физический эксперимент, тем IV
4. Покороблены круги —необходимо машину разобрать, круги
прогреть у жарко натопленной печи или в горячей воде и, положив
между двумя чертёжными досками, сильно сжатыми, оставить на
5 суток. Если круги не выравняются, повторить ту же операцию
ещё раз.
5. Круги захватаны руками и вообще загрязнены — промыть
тёплой водой с мылом и высушить фильтровальной бумагой.
6. Эбонитовые круги от стояния на солнце покрылись налётом.
Если он велик, снять его тонкой стеклянной бумагой. Если налёт
невелик, промыть эфиром, бензином и водой.
Рис. 510. Машина Мерседес.
4. Машина Мерседес. Основное отличие этой машины (рис. 510)
от предыдущей то, что металлические .секторы заделаны внутри
эбонита, из которого выступают только небольшие шишки, со-
единённые с ними. Это обстоятельство сильно улучшает изоляцию,
а потому получается значительно более мощное действие. Другим
отличием является то, что один из дисков сделан неподвижным,
зато другому сообщают значительно большую скорость. Так как
эбонитовые круги здесь толще, то они прочнее и почти никогда не
коробятся. Машины этого типа обычно строятся с кругами диамет-
ром не менее 45 см.
5. Качество электрофорных машин. Тот и другой типы машин
при одинаковых диаметрах кругов дают почти одинаковую длину
искры, а значит, и напряжение.
'274
Длина искры /=5=0,4 d, где d —диаметр вращающихся кругов.
В самых малых машинах, обычно хуже изготовленных, длина
искры несколько меньше указанной величины. Максимальная
сила тока у машин Мерседес значительно больше, чем у машин
Вимшёрста1.
Для увеличения силы тока устраивают машины Вимшёрста из
4, 8 и даже большего количества кругов, где каждая пара кругов
представляет в сущности отдельную машину. Соединяются все эти
отдельные машины между собой параллельно. Машины Мерсе-
дес для- той же цели изготовляются с одним неподвижным
и двумя подвижными кругами. Машина Мерседес с двумя подвиж-
ными кругами даёт примерно то же, что машина Вимшёрста с
восемью кругами.
6. Методические указания. 1) Для школьных опытов
нет надобности ни в очень высоком напряжении, ни в
большом токе, поэтому не следует гнаться за очень
мощными машинами. Наиболее удобной будет машина с
кругами около 35 см, Но кроме неё следует иметь и
самую маленькую машину (с кругами около 20 см),
чтобы иметь возможность показать обратимость электро-
статических машин, т. е. чтобы маленькую машину
можно было превратить в электростатический мотор
(см. § 36, 9).
2) Кроме того, следует иметь небольшую машину с
трением как объект изучения.
3) Соединения машин с приборами следует произво-
дить с помощью тонкого провода, лёгкой цепочки или
мишурного шнура. Если машину нужно соединять с
прибором, очень удалённым, полезно использовать
клеммы на тяжёлых подставках (рис. 511), поставив
их на парафиновые брусочки.
Рис. 511.
Клемма
на тяжё-
лой под-
ставке.
§ 36. Опыты с электростатической машиной
1. Искра (без лейденских банок). Выключают лейденские
банки, сближают разрядники и приводят во вращение круги. За-
тем, постепенно увеличивая расстояние между шарами, обращают
внимание, что сначала искра увеличивается, но проскакивает
реже, а потом искра совершенно прекращается и появляется сия-
ние. Показывать в тёмной комнате.
2. Искра (с лейденскими банками). Повторяют тот же опыт
со включёнными лейденскими банками и обращают внимание, что
искры стали реже, но значительно «сочнее» и их треск громче.
3. Физиологические действия. 1) Учащийся берётся руками за
оба кондуктора незаряженной машины—при вращении машины
нет никаких ощущений.
1 Машина Мерседес с кругами d = 45 см даёт ток около 200 ма, машина
Вимшёрста с такими же кругами — около 70 ма.
18*
275
2) Учащийся держит одной рукой один кондуктор; другую руку
держит на расстоянии 2 мм от второго кондуктора. При каждой
искре учащийся вздрагивает. Машину нужно вертеть очень мед-
ленно.
Учащийся увеличивает промежуток между рукой и конду-
jcropqjg —ощущение, получаемое от искры, значительно усили-
вается .
3) Учащийся, стоя на изолирующей скамейке, берётся рукой
за один кондуктор; другой кондуктор заземлён. Приведя в дей-
ствие машину, заряжают учащегося. Никаких физиологических
смцущений нет. Другой учащийся, стоя на полу, извлекает из пер-
вого искры —появляются ощущения. Это надо делать, когда пер-
вый уже не имеет соединения с машиной, а особенно с лейденской
банкой.
4. Зажигание искрой, 1) Машина. 2) Разрядник со столиком (рис. 512).
3) Крышка от металлической коробки. 4) Эфир.
Помещают на столик плоскую металлическую чашку. Наливают
немного эфира или бензина. Один шарик соединяют с сосудом, дру-
гой помещают над поверхностью жидкости на высоте 1—2 см. При-
водят машину в действие. Обычно при первой же искре жидкость
воспламеняется.
5. Зажигание газа. 1) Машина. 2) Газовая горелка. 3) Скамейка на
изолирующих ножках.
Недалеко от машины ставят газовую горелку, соединённую с
газопроводом, и горелку заземляют. Заземляют также один кон-
дуктор машины. За другой кондуктор берётся рукой учащийся,
стоящий на изолирующей скамейке, в другой руке учащийся дер-
жит какой-либо металлический предмет (например, ключ). Вра-
щают машину и заряжают учащегося. Пускают газ. Учащийся под-
носит к горелке ключ сверху почти отвесно. При проскакивании
искры газ загорается.
6. Свечение гейслеровой трубки. 1) Машина. 2) Гейслерова трубка.
Подвешивают на маленьких отрезках проволоки гейслерову
трубку к кондукторам машины и приводят её в действие. Опыт сле-
дует показывать в затемнённой комнате.
Подвешивать трубку следует за электроды; иначе её можно про-
бить искрой.
7. Пробивание изолятора. 1) Машина. 2) Разрядный столик. 3) Картон.
Ставят на столик небольшой кусок картона, прислоняют его
к одному шарику (рис. 513); другой шарик разрядника помещают
на расстоянии 2—3 см от первого. Соединив разрядник с кондук-
торами машины, приводят её в действие до получения первой искры,
которая и пробивает картон.
Если машина достаточно мощна, то можно попробовать про-
бить стекло или эбонит. Тут лучше снять шарики у разрядника.
Один конец разрядника, приложив к стеклу (эбониту), заливают
276
парафином для лучшей изоляции; другой конец отводят на 6—7 см.
Размеры стекла (эбонита) должны быть значительно больше этого
расстояния.
Рис. 512. Зажигание эфира. Рис. 513. Пробивание картона.
Ещё лучше для пробивания стекла воспользоваться сосудом
(рис. 514) с двумя просверлёнными дырками для прохождения элек-
тродов. Ширину стекла подбирают так, чтобы она была лишь очень
немногим меньше внутреннего диаметра сосуда. При этом условии
Рис. 515. Разрядный столик.
Рис. 514. Пробивание стекла.
стекло будет стоять без всяких поддержек. Плоский диск, соеди-
нённый с отрицательным полюсом машины, прижимают к стеклу.
Остриё, соединённое с положительным полюсом, располагают про-
тив середины диска на расстоянии 3—4 см (вместо просверли-
вания дыр в сосуде можно изготовить электроды, как показано на
рисунке).
Установив электроды, банку наполняют керосином, как хоро-
шим изолятором, и приводят в действие машину.
277
8. Запись искры. 1) Стекло. 2) Кусок станиоля. 3) Электростатиче-
ская машина. 4) Подставка и разрядник (рис. 515). 5) Провода. 6) Лампоч-
ка со скипидаром.
На стекло (/ = 12 см, b = 9 см) наклеиваются салом или белком
две полоски станиоля (рис. 516, I). У одной полоски делается за-
острённый выступ, направленный ко второй полоске. Затем, за-
жигают лампу со скипидаром, покрывают стекло копотью с той сто-
Рис. 516. Запись искры на закопчённом стекле.
роны, где наклеены станиолевые полоски. Закоптить надо так, чтобы
между слоем сажи и станиолевыми полосками остался незакопчён-
ный промежуток около 5 мм (рис. 516). Этого лучше, всего достиг-
нем, если перед тем как закоптить оба края стеклянной пластинки
обернуть бумагой. Если же этого не сделать, то придётся со станио-
левых пластинок и со стекла около них удалять сажу мокрой тря-
почкой. Для уничтожения проводимости стекла его придётся про-
тереть затем чистой сухой тряпкой. Положив так приготовленное
стекло на разрядный столик или специальную подставку, соеди-
няют станиолевые полоски с кондукторами электростатической
машины (рис. 517).
Полоску с выступом соединяют с положительным полюсом.
Приводят машину в действие до получения одной искры, кото-
рая и рисует свой путь (рис. 516, III). Полученную запись демон-
стрируют с помощью проекционного фонаря или передавая пластин-
ку в руки учащихся.
9. Обратимость электростатической машины. 1) Машина большая.
2) Машина маленькая.
С малой машины снимают приводные ремни и её кондукторы
соединяют с кондукторами большой машины.
Приводят большую машину в действие, при этом круги малой
машины начинают вращаться.
Предварительно, конечно, надо испробовать малую машину и
проверить смазку, т. е. уменьшить до возможного предела трение.
10. Потенциал на поверхности проводника. 1) Электростатическая
машина. 2) Кондуктор. 3) Провод. 4) Изолирующая ручка.
278
Раньше был описан опыт, в котором с помощью пробного кружка
с различных мест кондуктора снимались заряды и переносились
на электроскоп. Листочки электроскопа расходились по-разному,
обнаруживая при этом, что пробный кружок переносил разные
количества электричества; таким образом выявлялась зависимость
поверхностной плотности электричества от кривизны проводника.
Рис. 517. Фотоснимок с установки для записи искры.
Расположив электроскоп вдали от того же кондуктора (рис. 518)
и прикрепив конец провода, идущего от него к изолирующей ручке,
касаются проводом различных мест кондуктора. Оказывается, что
Рис. 518. Потенциал на поверхности тела везде одинаков.
где бы ни произошло прикосновение — на выпуклой или на вогну*
той поверхности, всё равно расхождение листочков электроскопа
остаётся одинаковым. Таким образом, в данном случае электроскоп
измеряет потенциал.
Принципиальная раэница в способе употребления электроскопа
состоит в том, что в прежнем опыте (§ 31,7) электроскоп не был со-
279
единён с кондуктором, на электроскоп переносились только заряды.
В настоящем же опыте электроскоп и кондуктор, где бы ни проис-
ходило прикосновение, представляют одно целое. В предыдущем
опыте одно целое представляли кондуктор и пробный кружок в мо-
мент прикосновения. Электроскоп следует ставить достаточно да-
леко, чтобы он не заряжался через влияние.
11. Освобождение воздуха ОТ дыма. 1) Машина. 2) Двухлитровая
банка от варенья. 3) Деревянная крышка к ней с двумя проводами, прохо-
дящими сквозь неё возможно дальше друг от друга.
Наполняют банку табачным дымом и закрывают крышкой. Со-
единяют провода, проходящие через крышку, с кондукторами
машины и приводят её в действие. Через несколько секунд банка
оказывается свободной от дыма.
12. Электрическая пляска. 1) Машина. 2) Металлический диск от
электрофора. 3) Жестяный диск таких же размеров. 4) Фигурки из бумаги
или сердцевины подсолнечника.
Кладут жестяный диск на стол, над ним укрепляют на изоли-
рующем подвесе диск от электрофора на расстоянии 3—7 см в за-
висимости от мощности машины. Соединяют один кондуктор ма-
,шины с верхним диском, другой заземляют. Кладут фигурки между
дисками и приводят машину в действие. Фигурки начнут притяги-
ваться к верхнему диску, от соприкосновения наэлектризуются,
оттолкнутся вниз и т. д. —происходит пляска.
§ 37. Силовые линии электростатического поля
1. Султаны. 1) Два султана. 2) Электростатическая машина.
Султан состоит из деревянной палочки, оклеенной фольгой,
или проволоки, поставленной на изолирующей подставке; на верх-
нем конце палочки привязан пучок бумажных полосок (рис. 519).
а b с
Рис. 519. Применение султанов для исследования электрического
поля; а — поле уединённого заряда; в — поле двух разноимённых
зарядов; с — поле двух одноимённых зарядов.
280
Бумага должна проводить — этим свойством в большей мере обла-
дает цветная папиросная бумага. Для лучшей проводимости на
каждой полоске полезно провести мягким карандашом продольную
черту. Чем уже полоски, тем лучше. Длина полосок зависит от
имеющейся электростатической машины. При мощной машине мож-
но взять полоски в 30 см длиной, при машине средней мощности—
около 20 см и при слабой — не больше 10 см. При этой демонстра-
ции следует оговорить, что картина поля несколько' искажена
силой тяжести, действующей на бумагу.
2. Горизонтальная проекция ПОЛЯ. 1) Ванна (рис. 520). 2) Касто-
ровое масло. 3) Мелко нарезанный конский волос. 4) Электростатическая
машина.
На стекло (9 см X 12 см) приклеивают сургучом две деревянные
стойки (/ = 5 см) с ввинченными вверху клеммами для двух про-
водов каждая. Между стойками ставят кристаллизатор с возможно
более ровным дном. В клеммы
поджимают по проводнику,
оканчивающемуся шариком;
проводник этот так изгибают,
чтобы шарик оказался на дне
кристаллизатора, слегка лишь
не доходя до боковой стенки.
В свободные отверстия под-
жимают проводники (шнур из
мишуры), идущие от электро-
статической машины. В кри-
сталлизатор бросают мелко
нарезанный (длина 1—2 мм)
конский волос и наливают
слой (Л = 1—2 см) касторо-
Рис. 520. Ванна для горизонтальной
проекции электрического поля.
вого масла. Размешав волос, дают напряжение и получают кар-
тину силового поля. Если провода с шариками заменить прово-
дами с пластинами, получим поле плоского конденсатора. Вместо
нарезанного конского волоса с успехом можно воспользоваться
манной крупой.
Удобно устройство электродов у прибора Главучтёхпрома
(рис. 521).
3. Вертикальная Проекция ПОЛЯ. 1) Плоскопараллельный сосуд
(рис. 522). 2) Жидкий вазелин. 3) Хинин или манная крупа. 4) Электроста-
тическая машина.
В узких боковых сторонах плоскопараллельного сосуда про-
сверливают отверстия, в которые на резиновых пробочках встав-
ляют проводники требуемой формы (несколько хуже электроды
укреплять так, как показано на рисунке 514, II). Ванну наполняют
вазелиновым маслом, всыпают туда порошок хинина и размеши-
вают. Хинин по плотности очень близок к вазелину, а потому очень
долго остаётся во взвешенном состоянии. С этой точки зрения
данную комбинацию следует предпочесть комбинации касторовое
масло и волос. В остальном опыт производится, как и предыдущий.
281
Разумеется, здесь придётся применить обычную проекцию, а не
горизонтальную.
Заметим, что вазелин с хинином годны и для предыдущего опы-
та, касторовое же масло и волос для сосуда, расположенного
вертикально, менее пригодны —будет сильно сказываться сила тя-
жести.
Рис. 522. Сосуд для вертикаль-
ной проекции электрического
поля.
Рис. 521. Прибор Главучтехпрома.
4. Силовые линии электрического поля в воздухе. 1) Стёкла с
наклеенными электродами. 2) Нарезанный конский волос. 3) Электрофор-
ная машина.
На чисто вымытые стёкла размером около 18 см X 24 см на-
клеиваются разной формы электроды из алюминиевой фольги до-
статочно больших размеров. При наклейке надо не пачкать стекло.
Изготовляют стёкла, на которые наклеены следующие элек-;
троды:
1. Два кружочка —поле точечных зарядов.
2. Две пластинки —поле однородное.
Э. Кружочек и пластинка.
4. П-образная полоска и кружочек-шарик в цилиндре Фарадея.
Возможны и другие случаи более сложных полей.
Стёкла располагаются горизонтально и проектируются на по-
толок теневой проекцией. Электроды соединяются с электрофор-
ной машиной и подзаряжаются во всё время опыта.
Конский толстый волос, аккуратно порезанный кусочками
в 3—4 мм, сыплется на стекло с высоты 40—-60 см. Размер кусоч-
ков и высоту подбирают опытом. Стекло осторожно потряхивают,
постукивая по нему пальцем. Покрывая стекло, кусочки волоса
преимущественно располагаются по силовым линиям. Успех опыта
зависит от изоляции стекла и величины напряжения, даваемого
машиной.
Можно стекло покрыть изолирующим лаком. Применение плек-
сигласса затруднено остаточными’зарядами, которые трудно удалить,
но может быть испробовано.
282
Получив картину силовых линий, можно стекло положить на
фотографическую бумагу и, осветив, сделать отпечаток.
5. Другой способ получения электрических линий. 1) Стеклян-
ная пластинка со стойками (такими же, как для опыта). 2) Электростатическая
машина. 3) Мелко истолчённый кристалл гипса.
Вставляют в клеммы стоек прямые проводники, опирающиеся
на стекло. Подводят к ним напряжение от машины и посыпают по-
рошком. Чтобы порошок лучше расположился, слегка постукивают
Рис. 523. Электрические
спектры.
Рис. 524. Электрические
спектры.
по стеклу. Разнообразя форму, число и заряд проводников, мож-
но показать электростатическое поле в самых разнообразных слу-
чаях (рис. 523 и 524). Можно на стекло просто наклеивать станиоль
той или другой формы и к нему
подводить напряжение. Одним
из важных случаев является по-
ле электроскопа. Наклеивают
на стекло из станиоля соответ-
ствующие фигуры (рис. 525) и
подводят напряжение к «палоч-
ке»; «корпус электроскопа» от-
водят к земле. Второй полюс
машины, конечно, тоже зазем-
лён. Посыпают порошком гипса
и выявляют соответствующее
поле. Эти демонстрации требу-
ют горизонтальной проек-
ции.
Рис. 525. Поле электроскопа на модели.
Для получения порошка гипса берут кристалл, растирают его
возможно мелко в ступе и потом отсеивают через мелкое сито.
6. Движение вдоль силовых линий. 1) Электростатическая машина.
2) Груша для выдувания мыльных пузырей (см. § 27, 3). 3) Два шаровых кон-
дуктора.
Кондукторы ставятся на расстоянии 1 м друг от друга и за-
ряжаются разноимённо. В различных местах между ними выдува-
283.
ются заряженные положительно мыльные пузыри. Мыльные пу-
зыри будут двигаться вдоль силовых линий, если пузыри окажутся
уравновешенными в воздухе. Для достижения последнего пузыри
следует наполнять не воздухом, а каким-либо более лёгким газом
(водородом, светильным газом). Если подобрать мыльный пузырь
таких размеров, чтобы вес мыльной плёнки равнялся силе, вытал-
кивающей пузырь вверх, то такой пузырь плавает в воздухе, под-
чиняясь самым незначительным силам. Для светильного газа ра-
диус такого пузыря примерно 3 см.
Если имеется очень мощная электростатическая машина, то
мыльный пузырь можно заменить детским воздушным шаром, на-
грузив его так, чтобы он плавал, не поднимаясь и не опускаясь,
и, конечно, зарядив его.
Опыт будет удачен только в том случае, если в помещении нет
воздушных течений. Это значит, что на время этого опыта нужно
закрыть двери, окна, вентиляцию и прекратить в помещении вся-
кое хождение.
Вместо мыльных пузырей можно воспользоваться початком
рогоза (Typha). Если между заряженными шаровыми кондукторами
сыпать распущенные семена рогоза (каждое семя сопровождается
очень тонкой пушинкой длиной в 5—6 мм), то пушинки притянутся
к ближайшему кондуктору, зарядятся, оттолкнутся и т. д. Их бы-
стрые движения достаточно рельефно обрисуют силовые линии.
Там, где их окажется больше, они могут, сцепившись друг с дру-
гом, образовать непрерывную силовую линию.
§ 38. Ёмкость
Показать, что ёмкость проводника зависит от его геометриче-
ских размеров, можно двумя путями:
а) не изменяя заряда, изменить размеры проводника—при
увеличении размеров проводника будет уменьшаться потен-
циал, и
б) зарядив различные проводники до одного и того же потен-
циала, показать, что для этого потребовались различные количе-
ства электричества.
1. МЫЛЬНЫЙ пузырь. 1) Электростатическая машина. 2) -Приспо-
собление для выдувания мыльного пузыря (рис. 459).
К металлической трубке, на которой выдувается мыльный пу-
зырь, привешиваются два листочка папиросной бумажки, служа-
щие электроскопом. Выдувается небольшой пузырь и заряжается
с помощью электростатической машины так, чтобы листочки ра-
зошлись достаточно сильно. Отъединяют пузырь от машины и на-
чинают его раздувать. По мере увеличения мыльного пузыря его
ёмкость будет увеличиваться, его потенциал уменьшаться, поверх-
284
постная плотность электричества тоже уменьшаться, и листочки
понемногу спадут. Если раствор мыла хорош, то следует показать
и обратное явление. Дав пузырю возможность стягиваться, т. е.
уменьшая его ёмкость, нужно показать, что при этом возрастает
потенциал и поверхностная плотность —листочки расходятся
сильнее.
Для удачи опыта необходимо очень тщательно изолировать
трубку, на которой выдувается мыльный пузырь, от штатива. Сама
трубка должна обладать малой ёмкостью, т. е. не должна быть из-
лишне длинной.
2, Раздвигающийся цилиндр. 1) Раздвигающийся цилиндр. 2) Эле-
ктростатическая машина или электрофор. 3) Крючок на изолирующей ручке.
Из металла (латунь, жесть) или из картона, оклеенного стани-
олем, приготовляется раздвижной цилиндр (рис. 526, а и Ь). На
верхнем основании внутреннего (меньшего) цилиндра укрепляется
стержень с кольцом и электро-
скопом. В сложенном состоянии
(рис. 526, а) цилиндр электри-
зуется так, чтобы расхождение
листочков было довольно вели-
ко. Затем с по-
мощью крючка на
изолирующей руч-
ке (рис. 526, с)
цилиндр раздви-
гается. При этом,
Рис. 527. Разматывающийся рулон.
Рис. 526. Раздвигающийся цилиндр.
чтобы преодолеть трение, можно весь прибор удерживать за осно-
вание А (рис. 526). (Стойка В, конечно, — хороший изолятор.) При
раздвигании цилиндра его ёмкость увеличивается, потенциал же
уменьшается, поверхностная плотность уменьшается —листочки
285
спадают. Если с помощью той же ручки с крючком цилиндры
сдвинуть, листочки вновь разойдутся.
3. Развертывающийся рулон бумаги. 1) На изолирующем подвесе
рулон из бронзированной бумаги (рис. 527). 2) Электростатическая машина или
электрофор.
Разматывание рулона здесь играет ту же роль, что раздвига-
ние цилиндра в предыдущем опыте. Для этой цели пригоден так-
же складывающийся фонарик.
4. Замечание. В опытах, дальше описываемых, решаются две
задачи: зарядить два проводника (кондуктора) до одинакового
потенциала и показать, что для этого потребовалось различное ко-
личество электричества.
Первую задачу можно разрешить следу-
ющими двумя путями:
1) Соединяют два кондуктора проводом
на изолирующей ручке и заряжают. Соеди-
нённые проводом кондукторы должны рас-
сматриваться как один целый проводник,
а следовательно, потенциал его везде один
и тот же. Разъединив взятые проводники
после того, как они наэлектризованы, по-
лучают два проводника с одним и тем же
потенциалом.
2) Заряжают каждый кондуктор от-
дельно, измеряя его потенциал с помощью
далеко поставленного и соединённого с ним
длинным проводом электрометра.
Вторая задача тоже может быть решена
двояким способом:
1) Измерит^ количество электричества,
потребовавшееся для заряжения кондук-
тора. 2) Измерить количество электриче-
ства, отдаваемое уже заряженным до дан-
при его разряжении. Это измерение может
быть произведено с помощью следующего измерителя-разрядника
(рис. 528). На эбонитовом горизонтально расположенном стержне
ДВ, конечно, укреплённом на стойке, помещаются два кондук-
тора: Л4 —небольшой шарик с крючком для соединения с за-
ряженным телом и N — металлический диск тоже с крючком для
соединения с землёй. На том же стержне АВ укрепляется с по-
мощью муфты стойка, несущая двунитный маятник D, могущий
совершать колебательные движения от М к ЛЛ Маятник D — ме-
таллический шарик (можно деревянный, оклеенный фольгой) —сле-
дует подвешивать для лучшей изоляции на шёлковых нитях. Лишь
только кондуктор М будет соединён с заряженным телом, маят-
286
Рис. 528. Разрядник-изме-
ритель.
ного потенциала телом
ник D притянется к шарику М, зарядится, оттолкнётся и при-
коснётся к диску Af, где совершенно разрядится, так как диск N
заземлён. Такие колебания будут совершаться, пока на шарике М,
а следовательно, и на испытуемом теле будут оставаться за-
ряды.
Количество электричества, снимаемое при каждом прикосно-
вении маятника D к кондуктору Л4, будет е = CU, где С—ёмкость
шарика, численно равная его радиусу, a U —потенциал кондук-
тора М ц соединённого с ним испытуемого тела. Так как по мере
разряжения потенциал постепенно уменьшается, то количество
электричества, переносимое при каждом последующем колебании,
будет становиться всё меньше и меньше. Равным образом невозмож-
но с помощью этого разрядника-измерителя произвести полное
разряжение, так как для притяжения шарика D шариком М нужна
какая-то строго определённая сила, т. е. какой-то строго опреде-
лённый потенциал (J. Однако, если начальные и конечные потен-
циалы тел одинаковы, то с достаточной степенью точности можно
считать количество электричества пропорциональным числу коле-
баний маятника.
Таким образом, измеритель-разрядник даёт очень простой,
по идее, правда, несколько громоздкий, способ достаточно точно
сравнивать количества электричества при разряде тел, имевшие
одинаковые потенциалы. К сожалению, столь же точного и простого
способа для определения количества электричества, потребовав-
шегося для заряжения тела, нет. Если ёмкости взятых кондукто-
ров очень различны (одна превышает другую в десятки раз), а за-
ряжение производится с помощью электрофора или каждый раз
натираемой эбонитовой палочкой, то грубо можно считать количество
перенесённого электричества пропорциональным числу прикос-
новений.
5. Сравнение ёмкости шаровых кондукторов. 1) Два шаровых
кондуктора на изолирующих ножках. 2) Электростатическая машина.
3) Измеритель-разрядник. 4) Проволока на изолирующей ручке. -
Соединяют с помощью проволоки на изолирующей ручке два
взятых проводника и с помощью электростатической машины элек-
тризуют их. Снимают соединительную проволоку и сначала мень-
ший, а потом больший кондуктор разряжают с помощью измери-
теля-разрядника. Считают и в том и в другом случае число коле-
баний маятника-разрядника. Отношение чисел колебаний будет
равно отношению бывших на проводниках зарядов. Очень сильно
заряжать не следует, так как при больших зарядах маятник будет
колебаться столь часто, что трудно будет вести счёт. Очень далеко
отодвигать шар М от диска N разрядника не следует. Наивыгод-
нейшее расстояние и степень электризации следует подобрать пред-
варительной пробой.
287
6. Сравнение ёмкостей, цилиндрических кондукторов. 1) Ведро.
2) Жестяная банка от консервов. 3) Парафиновые пластинки. 4) Электрофор.
5) Измеритель-разрядник. 6) Две проволоки на изолирующих ручках.
Устанавливают на парафиновых пластинках ведро и консерв-
ную банку. Соединяют их проводником на изолирующей ручке и
заряжают с помощью электрофора путём многократного разнима-
ния дисков электрофора и поднесения металлического диска к ведру.
Зарядив, разъединяют ведро и консервную банку. Соединяют кон-
сервную банку с разрядником-измерителем (шар Л4). Здесь надо
помнить, что банка очень легка (полезно её утяжелить, насыпав
в неё песка), а потому нужно проволоку для соединения подгото-
вить- предварительно, сообразуясь с тем расстоянием, на котором
расставлены банка и разрядник. На одном конце проволоки сле-
дует сделать кольцо для надевания на крючок разрядника, на дру-
гом — крючок для зацепления за жестянку. Проволока должна быть
снабжена изолирующей ручкой. Соединив с разрядником, считают
число колебаний маятника D, как в опыте 5. То же проделывают
с ведром.
7. Сравнение ёмкости с помощью электрометра. 1) Два шаро-
вых кондуктора на изолирующих ножках (или ведро и консервная банка на па-
рафиновых подкладках). 2) Электрофор. 3) Электрометр Кольбе.
Заряжают путём одного прикосновения диском электрофора
сначала один кондуктор, соединённый с электрометром, и заме-
чают угол отклонения листочка. Затем тоже проделывают с другим
кондуктором. Если электрометр стоял достаточно далеко и соеди-
нён был с кондуктором тонкой проволокой, то отклонение листоч-
ка (деление шкалы, на котором устанавливался листочек) даёт
потенциал. Заряды можно грубо считать равными, потенциалы
окажутся неравными. Более $ы-
К* сокий потенциал окажется у
0=411 LiJn меньшего проводника. Для удачи
g № HEJ опыта необходимо брать кондук-
” I торы с весьма различной ёмко-
I В U стью.
| В I § 39. Конденсаторы
ighggKggki Три постепенно усложняю-
щихся по конструкции конден-
сатора изображены на рисун-
Рис. 529. Раздвижной конденсатор. ках 529—531.
Каждый из них представляет
собой два металлических диска
на изолирующих ножках, могущих передвигаться вдоль горизон-
тальной направляющей. На первом (рис. 529) из них видна стойка,
на которой может быть помещён изолятор, например стекло, эбо-
нит и др. Третий (рис. 531) снабжён червячной передачей для мед-
ленного и плавного передвижения одного подвижного диска, уста-
288
ковочными винтами для придания дискам строгой параллельности
и миллиметровой шкалой для измерения расстояния между дисками
или между электродами в виде шариков и остриёв, укреплённых
на месте дисков для измерения длины искры (с целью определения
напряжения).
Рис. 530. Раздвижной конденсатор.
Рис. 531. Раздвижной конденсатор
с микрометрической установ-кой.
I. Влияние заземлённого проводника на ёмкость. 1) Один из раз-
движных конденсаторов. 2) Электрометр.
Раздвигают на сколько возможно диски. Один из них зазем-
ляют. Другой соединяют гибким проводом с электрометром, кор-
пус которого заземлён, и заряжают до высокого потенциала (боль-
шого угла отклонения листочка электрометра). Сдвигают диски,
берясь рукой, конечно,- за изолирующиеся ручки или, ещё лучше,
двигая только тот диск, который заземлён. Замечают постепенное
уменьшение угла отклонения электрометра по мере придвигания
заземлённого диска. Это обозначает, что ёмкость заряженного
диска возрастала.
2. Влияние диэлектрика. 1) Приборы те же, что и в опыте 1. 2) Ку-
сок стекла или слюды.
Проделывают тот же опыт, но помещают между дисками слой
изолятора, поставленного вплотную к заряжаемому диску. При-
двигание заземлённого диска вызовет значительно более сильное
спадание листочков электрометра.
Первый опыт показал зависимость ёмкости данного проводника
(заряжаемого диска) от близости другого проводника (заземлён-
19 Физический эксперимент, том IV 289
ного диска); второй опыт показывает зависимость ёмкости от изо-
лирующего слоя..
Оба опыта, вместе взятые, позволят качественно подтвердить
формулу ёмкости плоскости конденсатора:
Ss
где S — площадь дисков, е — диэлектрическая проницаемость
среды и d—толщина изолирующего слоя.
Что ёмкость проводника зависит от того, имеются или нет по
соседству другие проводники, можно демонстрировать на следую-
щих опытах.
3. Разборная лейденская банка* 1) Разборная лейденская банка
(рис. 532). 2) Электрометр Кольбе. 3) Электрофор. 4) Измеритель-разрядник.
5) Парафиновые плитки (или шёлковые нити).
Вынимают внутренний металлический конус, подвешивают на
шёлковых нитях или ставят на парафиновую плитку (рис. 533),
соединяют длинной проволокой с электрометром Кольбе и заря-
Рис. 532. Разборная лейденская банка.
жают до определённого
отклонения листочка элек-
трометра. Зарядив, соеди-
няют с шариком А разряд-
ника и считают число коле-
баний. Можно сразу соеди-
нить и с электрометром и
с разрядником. Счёт коле-
баний надо начать с того
момента, когда листочки
отклонятся на желатель-
ный угол. То же проделы-
вают, поставив внутренний
металлический конус на
своё место в лейденскую
банку. При этом обнару-
живается, что ёмкость ко-
нуса очень сильно возрос-
ла, т. е. мы и здесь имеем
дело с конденсатором. Вто-
рой шарик В, конечно,
заземлён.
4. Электроскоп с кон-
денсатором. Заменяют ша-
рик на электрометре Коль-
бе с «золотыми» листочка-
Рис. 533. Измерение заряда на внутренней
обкладке.
ми или на чувствительном электрометре Брауна горизонтальным
диском. Диск должен быть плоским, ровно покрытым шеллачным
290
лаком. Если такой электроскоп зарядить, а затем к нему поднести
(не касаясь) руку, то дисточки сильно спадают.
Если на этот диск поставить другой, хорошо покрытый шеллач-
ным лаком с нижней стороны, то получится электроскоп с конден-
сатором. Шеллачный лак является хорошим изолятором, а так как
слой его всё же достаточно тонок, то ёмкость такого конденсатора
довольно велика. Если слой лака поцарапан, между дисками сле-
дует проложить тонкий слой слюды, но этим ёмкость будет уже
уменьшена.
Пусть нам нужно обнаружить разность потенциалов на элек-
тродах гальванического элемента.
Установку производим по схеме рисунка 534. Один полюс галь-
ванического элемента заземляем и соединяем с верхней пластиной
конденсатора. Другой полюс элемента соединяем с помощью про-
водника на изолирующей руч-
ке (разрядника, рис. 538) с
нижней пластиной конденса-
тора. Конденсатор окажется
заряженным. Потенциал верх-
ней пластины будет нуль,
потенциал нижней пластины
окажется равным разности
потенциалов на электродах
элемента. Так как она мала,
то никакого расхождения
листочков заметить не удаст-
ся. Если же, убрав сначала Рис. 534. Измерение разности потенциалов
проводник, соединяющий на полюсах элемента.
нижнюю пластину с элемен-
том, поднять верхнюю пластину, то ёмкость электроскопа зна-
чительно уменьшится, а значит, имевшийся там заряд зарядит
электроскоп до значительно более высокого потенциала. Теперь
можно будет заметить некоторое расхождение листочков электро-
скопа.
В случае золотых листочков для большей чувствительности
этого метода следует: 1) листочки электроскопа проектировать на
экран короткофокусной линзой (чем короче фокус линзы, тем боль-
шее увеличение она даёт); 2) брать электроскоп с возможно мень-
шей собственной ёмкостью; 3) брать как можно тоньше слой изо-
лятора между пластинами конденсатора; 4) заземлять корпус элек-
троскопа. При соблюдении этих условий удаётся обнаруживать
разности потенциала порядка 1 в.
Можно сказать, что электроскоп показывает разность потен-
циалов между корпусом и листочками; поэтому, вместо того чтобы
заземлять корпус и один из полюсов элемента, можно их соединить1
между собой. Электроскоп без конденсатора с золотыми листочками
и электрометр Брауна позволяют обнаруживать разности по-
тенциалов порядка 100 в.
19*
291
§ 40. Лейденские банки
1. Введение. Исторически первый тип «конденсатора — лей-
денская банка (рис. 535) до сих пор удержалась как основной
прибор потому, что она представляет действительно простейший
прибор, позволяющий собрать довольно значительное количество
энергии. Энергия заряженной банки выражается формулой:
Рис. 535.
Лейденская
банка.
0.25 СМ,
Чем больше банка, тем обычно толще стенки её, а, значит, с уве-
личением размеров банки ёмкость её растёт очень мало. В самом
деле, площадь обкладок увеличивается: от этого ёмкость увеличи-
вается, толщина изолирующего слоя обычно тоже увеличивается —
от этого ёмкость уменьшается. Что имеет перевес, иногда на глаз
трудно сказать. Во всяком случае, имея большую и малую лейден-
ские банки, отнюдь нельзя поручиться, что большая
будет обладать большей ёмкостью; часто бывает даже
наоборот.
Тем не менее большая банка даёт возможность концен-
трировать, несомненно, значительно большее количе-
ство энергии, так как именно благодаря более толстому
слою стекла выдерживает значительно большую раз-
ность потенциалов. Поэтому, как правило, при оклейке
банок станиолем никогда не гонятся за большой пло-
щадью обкладок (станиолем оклеивают не больше 2/3
банки по высоте); всегда же заботятся о возможно луч-
шей изоляции. Так как к стеклу значительно сильнее
пристают и грязь и влага, чем к лаку, то неоклеенную
часть банки обычно лакируют шеллачным лаком.
Для примера укажем, что лейденская банка разме-
ром: диаметр 7 см, высота 20 см, толщина стенок
обладает ёмкостью около 500 см=^0,0005 мкф', банка
размером: диаметр 15 см, высота 40 cyt, толщина стенок 0,5 см,
обладает ёмкостью около 900 сл^0,001 мкф. Большая банка
производит впечатление гиганта по сравнению с маленькой, ёмкость
же её только в два раза больше. Не то соотношение получится
для энергии.
Электрическая прочность стекла может быть приблизительно
принята за 180 000 efcM. В таком случае малую банку можно за-
рядить до разности потенциалов, не превышающей 45 000 в, а боль-
шую — до 90 000 в.
При значительно меньших разностях потенциалов обычно на-
чинается разряд банки по поверхности стекла. Поэтому предпо-
ложим, что малая банка заряжена до рдзности потенциалов в
3000 в, а большая —до 6000 в.
Энергия, запасённая малой банкой, окажется:
^02
е* 500/ 3000? ОСЛЛЛ о c m ч
Ег— —= —l = 25 000 эргов — 2,5-10-3 джоуля.
Для большой банки:
Е2 = =450-400 —180000 эргов=1,8-10~2джоуля.
Отсюда видно, что энергия большой банки примерно в 7 раз
больше энергии малой банки. Итак, большие лейденские банки нуж-
ны тогда, когда желательно располагать большой энергией. При-
нимая во внимание, что разряд лейденских банок происходит очень
быстро (около 0,00001 сек.), мощность окажется достаточно боль-
шой; для большой банки —порядка 2000 вп, разумеется, и заряд
здесь довольно велик.
е2 = C2U2 = 900 - 20 = 18- 103 *CGS£= 6-10’6 кулона.
Кратковременный ток при разряде достигает 0,6 а,
2. Соединение лейденских банок в батареи. 1) Параллель-
ное соединение (рис. 536) не изменяет предельной раз-
ности потенциалов, если банки взяты с одинаковой электрической
прочностью изолятора (с одинаковой толщиной стенок). Ёмкость
параллельно соединённых конденсаторов равна сумме ёмкостей
всех конденсаторов:
с — сг + С2 + с3 +...
Когда надо увеличить энергию батареи, банки соединяют • па-
раллельно.
Рис. 536. Параллельное
соединение лейденских банок..
2) Последовательное соединение (рис. 537)
лейденских банок. Здесь разность потенциалов, накладываемая на
всю батарею, может быть значительно увеличена, так как она раз-
293
делится между всеми взятыми банками. Зато ёмкость батареи будет
меньше ёмкости наименьшей по ёмкости банки, так как:
С с/ С2 с3
Это соединение применяется, когда батарею лейденских банок
включают в очень высокое напряжение или когда надо уменьшить
ёмкость.
3. Роль изолятора. 1) Разборная лейденская банка (рис. 532). 2) Эле-
ктроскоп. 3) Электрофорная машина. 4) Разрядник (рис. 538). 5) Проводник
на изолирующей ручке. 6) Парафиновая плитка.
Соединяют внешнюю обкладку разборной лейденской банки с
землёй. Внутреннюю обкладку (конус) соединяют с помощью про-
водника на изолирующей ручке с одним
Y кон дуктором электростатической машины.
Второй кондуктор машины заземлён. При-
водят машину в действие и заряжают лей-
денскую банку. Убирают проводник, соеди-
нявший электростатическую машину с
внутренней обкладкой. Берут банку за
внешнюю,обкладку и ставят на парафи-
новую плитку. Эта предосторожность из-
лишня, если стол достаточно чист и сух.
Разряжают банку, вынимают внутреннюю
обкладку (конус) и с помощью электро-
скопа обнаруживают, что на ней нет заря-
дов.
Вынимают стеклянную банку и ставят
на стол. Берут внешнюю обкладку и обна-
Рис> 538. Разрядник. руживают, что на ней тоже нет зарядов.
Составляют вновь лейденскую банку и раз-
рядником разряжают её. Проскочившая
искра укажет на достаточно большое количество энергии, оказав-
шейся в банке. Этот опит—один из лучших для демонстрации
роли среды в электрических явлениях.
4. Разряд лейденской банки через цепь учащихся. 1) Лей-
денская банка. 2) Электростатическая машина.
Чтобы продемонстрировать физиологические действия, следует
составить цепь из нескольких учащихся (человек 10), т. е. все вхо-
дящие в цепь должны крепко держать друг друга за руки. Пер-
вый в цепи берёт заряженную банку за внешнюю обкладку, лучше,
если при этом банка будет оставаться на столе. Последний касает-
ся пальцем шарика, соединённого с внутренней обкладкой; при
этом пробегает мгновенный ток через всю цепь и производит сокра-
щение мышц. Лучше касаться обкладок при посредстве разрядника.
Банку надо брать небольшую и заряжать её несильно.
-294
5. Намагничивание спицы. 1) Электростатическая машина. 2) Лей-
денская банка (лучше батарея банок). 3) Разрядник. 4) Спираль на стойке.
5) Железные опилки.
Свёртывают из проволоки однослойную спираль с густыми вит-
ками длиной в 15 см. Для этого берут хорошо изолированную (про-
резиненную двойную изоляцию) проволоку диаметром в 0,8—
0,5 мм и навёртывают её на карандаш. Получившуюся спираль
кладут на изолирующую подставку или парафиновую плитку, в
неё вставляют вязальную спицу. Один конец заземляют и соеди-
няют с внешней обкладкой батареи лейденских банок.
Зарядив с помощью электростатической машины батарею лей-
денских банок, разряжают её через спираль путём соединения сво-
бодного конца спирали с внутренней обкладкой (шариком) банок
(рис. 539). Обязательно разрядник сначала привести в соприкос-
новение с концом спирали и только тогда подносить другой конец
разрядника к кондуктору батареи.
Рис. 539. Схема опыта намагничивания спицы при
разрезе лейденской банки.
Банки выгодно соединить параллельно. После разряда спица
оказывается намагниченной, что обнаруживается с помощью же-
лезных опилок. До опыта следует показать, что взятая спица не
намагничена.
ОГЛАВЛЕНИЕ
ГЛАВА ПЕРВАЯ
МАГНЕТИЗМ
§ 1. Свойства магнитов
Стр.
1. Набор по магнетизму.......................................... 3
2. Естественный магнит........................................... —
3. Стальные магниты.......................................... . . 4
4. Намагничивание............................................... 10
5. Размагничивание............................................. 12
6. Полюсы магнита . ............................................ 13
7. Взаимодействие полюсов ..................................... 15
8. Равенство полюсов магнита.................................. 16
9. Деление магнита на части................................... 18
10. Составление магнита из частей ............................. 19
11. Действие магнита через тела................................. 20
12. Распределение магнетизма в магните......................... 21
13. *То же самое............................................. 23
14. Магнитная индукция...................’..................... 26
§ 2. Магнитное поле
1. Определение направления силовой линии . .................... 28
2. Расположение силовых линий магнитного поля ................ 29
3. Магнитные спектры . . . ..................................... 30
4. Зарисовка магнитных спектров............................... 32
5. Проектирование на экран магнитных спектров................... 35
6. Закрепление магнитных спектров.............................. 35
7. Равновесие нескольких свободно плавающих магнитов........... 37
§ 3. Земной магнетизм
1. Земля является магнитом ..................................... 38
2. Магнитное склонение.......................................... 41
3. Магнитное наклонение......................................... 42
4. Горизонтальная составляющая напряжённости.................... 43
5. Магнитные карты..............................................._
296
§ 4. Магнитные измерения
1. Закон Кулона .................................................. 44
2. ' Определение количества магнетизма .......................... 46
*С пределение горизонтальной составляющей........................ 49
§ 5. Пара- и диамагнетизм
1. Свойства магнитных тел.......................................... 51
2. Опыты по пара- и*диамагнетизму................................. 54
ГЛАВА ВТОРАЯ
ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ
§ 6. Мнемонические правила по электромагнетизму
1. Правила для определения направления отклонения магнитной стрелки
прямым током ..................................................... 57
2. Правила для определения направления силовых линий прямого тока . 58
3. Правила для определения полюсов катушки (соленоида) и направления
тока в ней......................................................... 59
§ 7. Действие тока на магнитную стрелку
1. Отклонение магнитной стрелки током............................. 60
2. Прибор Кольбе для наблюдений отклонений магнитной стрелки током . 61
3. Отклонение магнитной стрелки жидким проводником................. —
4. Бифиляр (астатический проводник)............................... 62
§ 8. Спектры электромагнитные
1. Общие указания о получении спектров тока....................... 62
2. Спектр прямолинейного тока.................................... 64
3. Спектр кругового тока.......................................... 67
4. Спектр соленоида ............................................. 68
5. Спектр кольцевой катушки (тороида)............................ 69
6. Спектры кольцевой катушки с железным сердечником .............. 70
7. Проекция спектров тока на экран................................. —
8. Проекция спектра между одноимёнными и разноимёнными полюсами . 72
§ 9. Магнитное поле катушки
1. Компас из плавающего элемента ................................. 72
2. Компас из соленоида на станке Ампера........................... 73
3. Проверка правил § 6, 3 на станке Ампера........................ 74
4. Проверка правил § 6, 3........................................ —
5. Влияние железного сердечника катушки на силу магнитного поля ... —
6. Влияние железного сердечника на силу притяжения................. —
7. Демонстрация притяжения электромагнитом мелких железных предметов 75
8. Втягивание железного стержня катушкой........................... —
9. «Электромагнитная пушка» . . ................................ 77
10. Втягивание и выбрасывание катушкой постоянного магнита......... 78
11. Зависимость напряжённости магнитного поля от числа ампервитков . • 79
297
§ 10. Конструкция электромагнитов и измерение их подъёмной силы
1. Конструкции электромагнитов ................................... 80
2. Указания к изготовлению электромагнитов ....................... 84
3. Измерение подъёмной силы небольшого электромагнита............. 94
4. Измерение подъёмной силы большого электромагнита............... 95
5. Зависимость подъёмной силы электромагнита от числа ампервитков . . 96
6. Подъёмная сила электромагнита при замкнутом и разомкнутом магнито-
проводе ...................... . . ............................... —
§ 11. Применение электромагнитов
1. Электрический звонок............................................ 97
2. Цепь звонка с вызовом из одного или нескольких мест............ 99
3. Цепь звонка с номератором..................................... —
4. Включение звонка в цепь освещения через лампу................ 100
5. Питание звонка от звонкового трансформатора . .................. —
6. Пищик (зуммер).......................•.........................101
7. Телеграф.................................................... . 103
8. Телеграфирование звуковыми сигналами......................... 105
9. Телеграф с двухсторонней связью.............................. 106
10. Телеграф Морзе с реле ....................................... 108
11. Телеграфное реле . . •.....................................< • • —
12. Электромоторы, основанные на притяжении железа электромагнитом . . 111
13. Намагничивание постоянных магнитов током.......................112
14. Размагничивание током..........................................115
ГЛАВА ТРЕТЬЯ
ПРЕВРАЩЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ В МЕХАНИЧЕСКУЮ
§ 12. Правила для определения направления взаимодействия токов
и магнитов
1. Прямой ток и магнитный полюс....................................116
2. Круговой ток и магнитный полюс . . . •........................... —
3. Параллельные токи . . . .................................. 117
4. Перекрещивающиеся токи..........................................118
5. Круговые токи ............................... . . . ...........119
6. Круговой ток в однородном поле.................................. —
7. Правило Флеминга ............................................... —
8. Правило левой руки.............................................. —
§ 13. Действие тока на ток
1. Гибкие проводники для наблюдения взаимодействия токов и магнитов 120
2. Взаимодействие двух параллельных токов.......................... —
3. Спираль Роджета (Роже).......................................... —
4. Взаимодействие токов на станке Ампера..........................122
5. Плавающие проводники ..........................................124
6. Взаимодействие двух катушек................................... 125
,298
§ 14. Действие поля на ток
1. Прибор Фарадея для наблюдения электромагнитных вращений .... 126
2. Колесо Барлова .............................................. 131
3. Отклонение магнитом проводника с током .......................132
4. Обкручивание гибкого проводника вокруг магнита ..... ........ 133
5. Перемещение проводника в магнитном поле.......................134
6. Сдувание электрической дуги магнитным полем................ . 138
7. Повороты катушки с током в магнитном поле......................139
8. Принцип действия электромотора постоянного и трёкфазного тока . . 140
9. Модель коллектора с автоматической сменой знаков полюсов .... 143
10. Вращающийся виток ............................................144
§ 15. Электромотор постоянного тока
1. Краткие сведения о конструкции мотора..........................145
2. Типы электромоторов ...........................................147
3. Модели электромоторов......................................... 148
4. Пусковой реостат...............................................157
5. Измерение мощности мотора......................................161
6. Изменение числа оборотов мотора..................................—
7. Изменение направления вращения у электромотора.................163
8. Автоматический регулятор числа оборотов ..................... 164
ГЛАВА ЧЕТВЕРТАЯ
ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ИНДУКЦИЯ
§ 16. Условия для индукции и мнемонические правила
1. Условия для получения электромагнитной индукции................165
2. Правила для определения направления индукционного тока......‘.168
§ 17. Индукция движущимся магнитным полем
1. Условия для получения наибольшего эффекта......................171
2. Прибор Петровского для демонстрации правила Ленца.............172
3. Индукция с одним проводником и U-образным магнитом ...........173
4. Индукция с универсальным прибором Гримзеля....................174
5. Индукция с магнитом и мотком проволоки...................... 176
6. Индукция с «индукционной» катушкой............................179
§ 18. Индукция в земном поле
1. Индукция в земном поле с помощью маятника .....................180
2. Земной индуктор................................................181
3. Индукция рамой в земном поле..............................\ . 182
§ 19. Индукция в неподвижных проводниках изменившимся по величине
магнитным полем
1. Индукция с «индукционной» катушкой.............................183
2. Индукция с трансформатором.................................. 18?
299
3. Индукция с катушкой Румкорфа ............................... 188
4. Прибор для индукции равномерно изменяющимся по величине магнит-
ным полем.......................................................... —
5. Индукционный телефон Беля . ................................ 190
6. Принцип действия индукционного телефона...................191
§ 20. Катушка Румкорфа
1. Причины порчи катушек .........................................192
2. Назначение конденсатора в катушке........................... 194
3. Разрядники............................................... . 196
4. Источники тока для катушек....................................197
5. Катушки, необходимые для кабинета.............................198
§ 21. Прерыватели
1. Виды прерывателей........................................... 20!
2. Прерыватель молоточковый .............................• ... 202
3. Платиновый прерыватель Вриля................................ 204
4. Прерыватель Депре.......................................... 206
5. Ртутный молоточковый прерыватель............................... —
6. Ртутный вращающийся прерыватель...............................207
7. Электролитический прерыватель Венельта...................... 208
8. Прерыватель Симона......................................... 210
§ 22. Динамо-машина
1. Типы динамо-машин ............................................ 213
2. Контуры для демонстрации принципа получения переменного однофаз-
ного и постоянного токов ...................................... —
3. Приборы для теневой проекции..................................215
4. Динамо-машина и её модели.....................................219
5. Динамо-машины от мотоциклов...................................223
§ 23. Исследование динамо-машины
1. Зависимость необходимой для динамо-машины механической мощности
от нагрузки.......................................................225
2. Зависимость электродвижущей силы генератора постоянного тока от
числа оборотов при постоянном магнитном потоке индуктора ..... 228
3. Зависимость электродвижущей силы динамо-машины от величины маг-
нитного потока индуктора при постоянном числе оборотов ...... —
4. Зависимость напряжения шунтовой динамо-машины от нагрузки . . . 230
5. Зависимость напряжения динамо-машины сериес от нагрузки........232
§ 24. Токи Фуко
1. Маятник Вальтенгофена.........................................233
2. Вращающийся диск Фуко................... .....................234
3. Монета Тиндаля............................................ . —
4. Опыт с падающей монетой ... *.................................235
5. Прибор Тиндаля для плавления токами Фуко....................... —
6. Кубик в виде стопки медных и бумажных листочков .............. —
300
ГЛАВА ПЯТАЯ
ЭЛЕКТРОСТАТИКА
§ 25. Условия успеха опытов . .....................................237
§ 26. Электризация соприкосновением.................................239
§2 7. Взаимодействие заряженных тел................................242
1. Горизонтальный маятник ......................................... —
2. Электрический маятник.......................................... —
3. Плавающая ватка............................................... 243
§ 28. Электроскопы
1. Простейший электроскоп ......................................... 244
2. Электроскоп с золотыми листочками..............................247
3. Электроскоп Б. Ю. Кольбе ......................................248
4. Электроскоп Эйхенвальда .......................................249
5. Электроскоп ИПО.............................................. 250
Б. Электроскоп Роше........................................... 251
7. Шарик электроскопа............................................ —
§ 29. Электрометры
1. Электрометр Кольбе ............................................ 252
2. Электрометр Боненбергера....................................... —
3. Электрометр Экснера.........•................................. 253
4. Электрометр Главучтехпрома...................................... —
5. Замечания об использовании электрометров.......................254
§ 30. Два рода электричества
1. Изолирующий подвес............................................ 255
2. Опыт с электроскопом ........................................ 256
3. Опыт с двумя электроскопами ................................... —
4. Прибор Видемана............................................... —
5. Электризация учащихся..........................................258
Б. Электризация при погружении в жидкость..........................259
7. Электризация песка..................*........................... —
§ 31. Расположение зарядов на проводнике
v
!. Прибор Кольбе.................................................. 259
2. Цилиндрическое кольцо с двумя электроскопами...................260
3. Цилиндр Фарадея............................................ • • —
4. Полый проводник в качестве заряжающего тела . ................. —
5. Полый проводник в качестве заряжаемого тела....................261
6. Кондуктор с выступающим и внутренним конусами................... —
7. Прибор Вейнгольда..................... . -......................262
§ 32. «Стекание» электричества с острия
1. Заряжение с помощью «стекания»..................................262
2. Отклонение пламени свечи ................................. . 263
301
3. Франклиново колесо.......................................... . 263
4. «Стекание» заряда с электроскопа ...............................264
5. Методическое замечание . ........................................ —
§ 33. Электризация через влияние
1. Опыт с электроскопом ..................................... '. 265
2. Два электроскопа со специальными кондукторами....................
3. Действие острия ..........................,....................266
4. Обнаружение зарядов смесью порошков серы и сурика...............267
5. Демонстрация индукции на электроскопе............................ —
§ 34. Электрофор
1. Изготовление электрофора .................................. . 268
2. Демонстрация действия электрофора ..............................269
3. Заряды получаются за счёт работы разнимания дисков................—
4. Электрофор как основная часть электрофорных машин...............270
§ 35. Электростатические машины
1. Машины с трением ............................................ 270
2. Самодельная машина с трением ............................... . 271
3* Машина Вимшёрста..............•..................................272
4. Машина Мерседес.................................................274
5. Качество электрофорных машин.................................... —
6. Методические указания ....................................... 275
§ 36. Опыты с электростатической машиной
1. Искра (без лейденских банок) . .. . . . .. , ............... . 275
2. Искра (с лейденскими банками)................................... —
3. Физиологические действия......................................... —
4. Зажигание искрой............................................... 276
5. Зажигание газа................................................. —
6. Свечение гейслеровой трубки . . . .............................. —
7. Пробивание изолятора........................................... —
8. Запись искры . ................................................ 278
9. Обратимость электростатической машины.......................... 279
10. Потенциал на поверхности проводника.............................. —
И. Освобождение воздуха от дыма................................... 280
12. Электрическая пляска.......................................... —
§ 37. Силовые линии электростатического поля
1. Султаны....................................................... 280
2. Горизонтальная проекция поля....................................281
3. Вертикальная проекция поля...................................... —
4. Силовые линии электрического поля в воздухе.....................282
5. Другой способ получения электрических линий.....................283
6. Движение вдоль силовых линий .................................... —
302
§ 38. Емкость
1. Мыльный пузырь.............................................. . 284
2. Раздвигающийся цилиндр..........................................285
3. Развёртывающийся рулон бумаги............................... . 286
4. Замечание....................................................... —
5. Сравнение ёмкости шаровых кондукторов . . ......................287
6. Сравнение ёмкости цилиндрических кондукторов................... 288
7. Сравнение ёмкрсти с помощью электрометра.................... . —
§ 39. Конденсаторы
1. Влияние заземлённого проводника на ёмкость ......................289
2. Влияние диэлектрика ............................................ —
3. Разборная лейденская банка................................... 290
4. Электроскоп с конденсатором...................................... —
§ 40. Лейденские банки
1. Введение........................................................291
2. Соединение лейденских банок в батареи...........................293
3. Роль изолятора ...... ................................. ....... 294
4. Разряд лейденской банки через цепь учащихся...................... —
5. Намагничивание спицы........................................... 295
Д. Д. Галанин, Е. Н. Горячкин, С. Н, Жарков, А. В. Павша, Д. И. Сахаров.
Физический эксперимент в школе, том IV.
Редакторы Ю. В. Басов, Т. В. Михалкович. Технический редактор С. Г. Джатиев.
Корректор Г. А. Покровский.
Сдано в набор 19/IX 1953 г. Подписанок печати 30/III 1954 г. А02912. 60Х92Ч1«
19 п. л. Уч.-изд. л. 18,3. Тираж 30 тыс. экз. Цена без переплёта 4 р. 95 к.»
переплёт 1 р. 50 к.Заказ 128. Учпедгиз, Москва, Чистые пруды, 6.
5-я типография треста Росполиграфпром. Свердловск, ул. имени Ленина, 49.
Цена 6 р. 45 н.