/
Текст
ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ В. С Н. X.
Редакционно-Издательский Отдел.
Проф. П. R, ФЛОРЕНСКИЙ.
ДИЭЛЕКТРИКИ
и и*
ТЕХНИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ.
(Со 190 рисунками, чертежами и диаграммами).
Москва—1924.
Проф. П. Я. ФЛОРЕНСКИЙ.
ДИЭЛЕКТРИКИ
И ИХ ТЕХНИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ
ЧАСТЬ I
общие свойства диэлектриков
ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ СБОРНИКИ ПОД
РЕДАКЦИЕЙ ТЕХНИЧЕСКОГО ОТДЕЛА
ГЛАВНОГО ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ
В. С. Н. X.
МОСКВА
ИЗДАНИЕ Р. И.О. ГЛАВЭЛЕКТРО БСНХ.
і 9гл.
е/
ц
■мѣ
И
Отпечатано в 5-й тнпо-лп-
то графи и „Мосполпграф",
Мндьнпков иер., 14, в
количество 2000 эквемплнров.
Гдамит К 20469. Москва.
ОТ РЕДАКЦИИ.
В Техническом Отделе Главэдектро, в процессе его работы,
собираются материалы как теоретического, так и практического
характера, могущие представить интерес для широкого круга лиц,
работающих в электротехнической промышленности.
Поэтому Главное Электротехническое Управление приступило к
изданию этих материалов в виде непериодических сборников. В эти
сборники входят работы, посвященные отдельным техническим
вопросам н исследованиям, освещающие с научно-технической стороны
различные проблемы электропромышленности, и работы, посвященные
вопросам производства, знакомящие читателей с методом и
постановкой производства в России различных электротехнических изделий.
Все издание разделено на две серии:
Первая серия посвящается научно-техническим вопросам;
вторая—вопросам производства.
Напечатаны и намечены редакцией к выпуску следующие работы:
Серив I:
Вып. 1. Экспериментальное исследование электричестх полей.
Проф. И. Н. Семенова*).
Вып. 2. Диэлектрики и их применение в технике. Ч. 1-я: Общие
■свойства диэлектриков. Проф. Д. А. Флоренского *).
Вып. 3. Вычисление »ектора электрическою поля на витках
обмотки трансг чара.
ментальное исследование уравнения Лапласа.
Серия II:
. изводство электрических углей на заводе ^Электроуіяи-
\,ю. В. Ж. Рулет и В. Ж. Пашкова*).
2. Производство ламп накаливания.
Ьь .. 3. Технология изоляционных материалов.
*) Ыаыцатцп s и;юдаліе.
Настоящий выпуск, „Общие свойства диэлектриков", является
первой частью большой работы научного сотрудника Технического
Отдела Г-лавэлектро П. А. Флоренского, по "изучению диэлектриков,
произведенной по поручению Г-лавэлектро. Все увеличивающиеся
мощности и напряжения, применяемые в электротехнике при передаче и
потреблении электрической энергии, заставляют все больше обращать
внимание на свойства диэлектриков.
Но работы, посвященные изучению диэлектриков, разбросаны
по самым разнообразным журналам, часто весьма мало доступным,
так как изучением диэлектриков заняты не только инженеры, но также
и физики и химики самых разнообразных специальностей. Для того
чтобы сделать этот материал доступным широкому кругу читателей,
надо было его собрать воедино и кроме того критически переработать,,
руководяеь одной общей точкой зрения. Эту работу и проделал
П. А. Флоренский. Предлагаемая работа даст возможность
заинтересованным лицам иметь в сравнительно небольшой книге
согласованную сводку современных физико-химических сведений о свойствах
диэлектриков.
ОТ АВТОРА.
Задача настоящей работы — дать в общедоступном изложении
сводку современных знаний о диэлектриках и сведения о
техническом использовании этого рода материалов. Статей и исследований,
направленных на этого рода вопросы, в литературе физической и
технической, а также отчасти химической, имеется уже почти
необозримое количество. Однако, до ens пор, сколько мне известно, не было
сделано попытки обозреть этот обширный материал в общей
картине, исходя из представлений физических, но—в виду потребности
техники. Этот пробел чувствуется современным техником, которому
неизбежно учитывать наличное состояние физики и не только
наталкиваться на тонкие ее проблемы, но и самому ставить их
соответственному специалисту.То же самое — ив отношении математики.
Технику электричества требуется объем знаний очень широкий, и—не
как умственная роскошь, а в качестве предмета первой необходимости.
Во время войны была как-то произведена анкета о постановке
электротехнического образования, с целью выяснить, что именно надлежит
знать современному электротехнику. Ответ одного из наиболее видных
французских специалистов был весьма короток: „В с е". Но этот общий
ответ относится и в частности к тому узлу, где особенно тесно
затянуты нити разнообразнейших дисциплин,—к диэлектрикам.
Сопоставить основные факты этой области—дело сложное; пионерство
такой попытки может послужить некоторым извинением недостатков
выпускаемой книги.
И прежде всего—со стороны материала. Представлялось наиболее
существенным описать здесь типические'факты, не делая однако из
книги—справочника. Но задача эта слишком обширна для небольшой
книжки, а кроме того и неосуществима, поскольку всякий собранный
материал почти ежемесячно получает в этой области важные
пополнения,—и физико-химические, и производственно-технические.
Предполагаемый, обзор даже в отношении типических фактов все-таки
далеко не исчерпывает своей области.
Второй недостаток—формального характера. Автор старался
объединять многочисленные факты преимущественно
феноменологическим анализом, как наиболее верным физическому опыту, и лишь
— 6 —
по нему, ради большей евязностн мысли, ретуширо вл
современною моделью электрических явлений,—электроникою. Но ни
феноменология диэлектриков, ни электронная модель их в настоящее время
не имеют еще достаточного внутреннего единства, в: при попытке-
свести в нечто целое отдельные взгляды и объяснения, неизбежно
наталкиваешься на невязки. Конечно, не дело обозревателя, сочинить
единую теорию там, где ее еще нет, и не ему держать ответ за
современное состояние знаний; но тем не менее, интеллектуальная совесть
не оставляет спокойным, когда видишь, к&к далека еще до
согласованности во всех своих отделах обозреваемая постройка мысли.
При всем том, думается, ж такое изложение позволит человеку
совсем неопытному несколько распознаться в запутанны! путях
области диэлектриков. Эта книга расчитана на читателей, имеющих
лишь элементарные сведения по физике и математике. В виду такого
назначения, в ней избегаются аналитические выкладки; те же
немногие места, где уклониться от некоторого минимального пользования
математическим аппаратом не было возможности, выделены
звездочками и, в крайнем случае, могут быть при чтении опущены.
В настоящей, первой, части книги обсуждаются общие
свойства диэлектриков; вторая часть имеет предметом
технологию изоляционных матер налов. Если позволят обстоятельства,,
то будут изданы еще две части, содержащие: одна—технические
измерения главных характеристик диэлектрика, другая—разбор
основных видов изоляционных установок. Но, несмотря на такое
распределение материала, и в первом выпуске не упускалась из виду
техническая, а не самостоятельная физическая задача книжки; поэтому
общие свойства диэлектриков рассматривались по возможности в
связи с наличными или, как можно догадываться, предстоящими
потребностями электротехники, а отчасти также — как подготовка к
задачам технологии изоляционных материалов.
Остается дать несколько частных пояснений.
Буквенные обозначения, насколько было возможно, выдержаны
в книге единообразно и в соответствии с принятыми Международною
Электротехническою Комиссией; когда приходилось делать
отступления, то таковые обычно оговорены. Температуры в большинстве
случаев приводятся по Цельсию, изредка же—по абсолютной шкале
Кельвина, и тогда при них стоит буква К. Что касается до
литературных ссылок, то небольшую книяжу казалось, нецелесообразным
загромождать библиографическими сведениями, которые не трудно
найти в курсах электричества в роде Г pet ц а б новом издании,
Віідеманнл (4-е изд.) и др„ или отчасти в курсах физики в роде
Хвольсонд, а также в многочисленных существующих
библиографических указателях. Но более новая литература, как более важная
и при том неиспользованная в означенных руководствах, и особенно
современная литература электротехнических лсурналов, в примечаниях
_ 7 —
к соответствующим параграфам отчасти приводится. В конце
настоящего выпуска приложены, кроме того, алфавитные указатели
имен и предметов, которые облегчат потребные справки.
Фамилии передаются русскими буквами, согласно давнему
убеждению автора о предосудительности сваливать с сеіія
ответственность за прочтение иностранной фамилии на своего читателя.
Несомненно, с предлагаемым чтением не все согласятся; может быть,
кое что и просто неточно; но тем не менее, ке м- то фамилия должна
быть расшифрована, и нет оснований считать свободным от этой
обязанности автора. Библиографические же примечания могут, в
случае сомнения, разъяснить дело.
Чертежи, по внешним и по внутренним побуждениям, не
оказалось возможным переснимать непосредственно с книг. Ради единства
манеры п большей выразительности большинство их было
перечерчено заново в переработанном, согласно потребностям изложения,
виде. Некоторые же вообще появляются здесь впервые и выполнены
по моим наброскам. В отношепии чертежей приношу срою глубокую
признательность за лестное сотрудничество проф. П. Я. Павлинову.
192S год» 9 е'рнтяііри н. с.
Автор-
I. Предварительные соображения.
1. Изоляция в технике. Производить а потреблять энергию—такова
задача техники. Но, если мы вспомним, что энергию мы не создаем,
когда ее производим, и не уничтожаем—потребляя, то естественнв
формулировать основное задание техники одним словом: направлять:—
направлять энергетические процессы.'Отсюда следует,
что всякое техническое приспособление непременно слагается: в о
первых, ігз частей, энергию потребного вида передающих, и во
вторых —из частей, удерживающих поток энергии от растекания в
пространство, помимо поставленного ей приемника. Энергия имеет
склонность рассеиваться и уменьшать свою рабочую ценность; задача
же техники—бороться с этим самопроизвольным обесценение*
энергии, так чтобы, получив вид, соответствующий культурной
потребности, она и сохраняла его с возможно меньшим изменением,
пока не будет использована. Порядок в природе имеет склонность
сам собою расстраиваться; задача техники, напротив, наводить
порядок, упорядочивая энергию, и по возможности удерживать ее
в этом состоянии.
Иначе говоря, перераспределение запасов мировой энергии
достигается в технике чрез изоляцию тех или иных процессов,
уединением их и обособлением от окружающей среды. Энергетические уеди-
иители или изоляторы, в широквм смысле слова, отнюдь не могут
расцениваться в технике как частность или как второстепенная
подробность; напротив, в них-то и лежит преимущественно суть
технического приспособления. Ведь все роды энергии распространены
повсюду, но пользоваться ими можно, лишь обособляя в известно»!
отношении часть среды от энергетического взаимодействия ее с
прочею средою. И чем выше разность интенсивностей энергия известного
рода, работающей в данной установке, и той -к.е энергии—в среде
окружающей, тем более заботы требует о себе эта энергетическая
изоляция; иначе, она будет неспособна нести свою службу
—уединят ь—или же повредится разностью энергетических уровней, и опять
сделается непригодною.
Пока эти разности сравнительно малы, в природе находится и
готовая изоляция, которую нужно только добыть и соответственно
— 10 —
обделать. Но естественные изоляторы, с развитием техники всех
отраслей, пускающей в оборот все бблыпие мощности, оказываются
менее и менее пригодными. Отсюда—ускоряющийся подъем и
непрестанное развитие изоляционной техники, как со стороны
применяемых материалов, так и в смысле конструктивных форм.
2. Электрическая прочность. Энергетическое сопротивление
материалов, есліЕ распространить этот термин за пределы строительной
механики,—таково название обсуждаемой области; оно относится ко-
всем отраслям техники. Но особенно важен тот отдел этой области,
который относится к энергии электрической. Электрическое
сопротивление материалов, или электрическая их крепость есть, как
выясняется все более с каждым годом, едва ли не наиболее существенное
условие существования электротехники и, по мере возрастания
технических напряжений, делается вйе более ответственным. Ранее легко
было иметь вполне надеягную электро-изоляцию, с практически
неисчерпаемым запасом, почти не задумываясь о ней; и напротив,
приходилось приложить заботу, кіік бы случайно не возникло ірзоли-
рующих препятствий при передаче электрической энергии.
Теперь же—в гораздо большей степени надлежит обезопасить
электрическую установку от непредвиденных путей проводимой энергии.
Ранее, внимание сосредоточивалось на электро-проводящих и магни-
то-проницаемых металлических частях; теперь же, предмет внимания
—диэлектрики.
Лишь улучшая качество изолирующих веществ, можно
осуществить благоприятные условия дальнейшим успехам
электротехнических конструкций. Изоляционные вещества в высшей степени много
значат в вопросе экономичной и длительной работоспособности
электрических установок. При частичных повреждениях того или иного
аппарата или машины, или же в случаях полной пх порчи, причина
этого только в редких сравнительно случаях кроется в проводниках,
ибо почти всегда оказывается, что повреждению подверглась
изоляция. >Еели бы, например, удалось окружить якорные обмотки такими
непроводниками, которыми система изоляции, состоящая из волокон
и других связующих материалов, была бы защищена от наружных
и внутренних вредных воздействий, механической, химической и
электрической природы,—то была бы достигнута значительно бпльшая
прочность любого мотора или генератора.
3. Виды технических диэлектриков. Нет надобности напоминать,
что технически применяются диэлектрики всех агрегатных состояний
—газообразного, жидкого и твердого, при чем твердые диэлектрики
бывают как- коллоидными и псевдоизотропными (т. е. скоплением
беспорядочно-расположенных кристалликов), так н кристаллическими.
А по происхождению своему, вошедшие в жизнь диэлектрики
относятся ко всем трем царствам природы, со включением сюда и слож-
—11 —
ных,—как химически, так и структурно,—искуственных материалов.
Камни и земли, всевозможные ископаемые, растительные волокна и
соки, животные продукты вроде шелка, воска и т. д., даже молоко—
чем ни пользуется современное производство изоляторов! Что же
касается до требований, предъявляемых техникою изоляционному
материалу, то эти требования в высшей мере различны, смотря по
роду и цели данных электрических установок. Поэтому, большое
преимущество, что в распоряжении техники имеются исходные
вещества, годные для промышленной выработки изоляционных масс и
обладающие самыми различными механическими, химическими,
физическими и электрическими свойствами. Диэлектрическое
производство может, следовательно, стремиться к тому, чтобы путем
правильного выбора сырья и соответственной его обработки представлять
в распоряжение электротехника изоляционный материал, обладающий
потребными в том или ином случае свойствами.
Что не существует диэлектрика, годного равно для всех
случаев изоляции,—факт установленный достаточно. Каменистым и
хрупким веществом нельзя, ведь, обвить проволоку или сделать из него
стойкие при толчках или ударах распределительные доски, тогда
как диэлектрики из клетчатки не выдерживают длительного
соприкосновения с воздухом. Рекомендуется, таким образом, при каждой
изоляционно-технической задаче строгий выбор того пли иного
диэлектрика, соответственно его назначению, избегая тут какой-либо
неточности, по возможности не довольствуясь решением лишь
приблизительным. Но, на деле, этого пока достигнуть трудно, в виду малого
выбора имеющихся налицо в технике диэлектриков с достаточно
разученными свойствами, а также и потому, что
инженер-конструктор нередко бывает недостаточно знаком с общими свойствами и с
технологией изоляционных веществ, свойства же диэлектрика по
наружному виду неопределимы.
Но, кроме комбинаций физико-химических свойств применяемого
диэлектрика, технику конечно приходится учитывать и
экономическую сторону дела. Воли, например, изоляционный материал,
обладающий среднего изоляционного способностью, является вполне
достаточным для намеченной цели, то в таком случае отнюдь не следует
употреблять массу со значительно большею пзоляцпонною
способностью, раз первая дешевле. Однако, возможно, что здесь в известном
случае представится зато более выгодною ббльшая теплостойкость
или иное какое-либо физическое свойство. Конструктору приходится
иногда, ради экономии, допускать компромиссы и делать уступки в
отношении тех характеристик диэлектрика, которыми можно
поступиться, ради неприкосновенности некоторой определенной, а в
данной конструкции—характеристики основной.
Так, в твердых диэлектриках высокая электрическая крепость
нередко связана с механическою хрупкостью и следовательно —с
трудной обрабатываемостью. Чтобы избежать вытекающей отсюда до-
— 12 —
роговизны таких- изделии, изоляционная техника стала последнее
время в широких размерах вводить штамповку и отливку отдельных
частей: а это с необходимостью ведет к унификации и нормализации.
Вот, стало быть, яркий пример взаимосвязанности и взаимной
обусловленности различных сторон техники, как целого.
Наконец, при выборе изоляционных веществ л частей необходимо
иметь в виду не только достаточную прочность их, самих по себе,
но—и относительную независимость общего функционирования
установки от возможного местного повреждения диэлектрика,—так,
чтобы таковое учитывалось наперед и, если бы произошло, не оказа-
залось бы катастрофичным.
Итак, тре5ования от диэлектриков со стороны техники
чрезвычайно разнообразны и прихотливы; все говорит за то, что они станут
в дальнейшем еще разнообразнее и еще прихотливее. Естественно,
дело выработки диэлектрических веществ быстро развивается: каждый
год удлиняет и без того уже длинный список имеющихся в распо-
ряжешш инженера-электрика разнообразнейших материалов с самыми
причудливыми названиями. Не только обзора всех' их, но даже
и исчерпывающего представления об отдельных группах
изолирующих материалов в настоящей книжке давать не приходится. Но, в
качестве наиболее важных групп здесь должны быть упомянуты:
слюда, фарфор, стекло, плавленный кварц, плавленный
базальт,'гранит, продукты обжлгания жировика (пекштейн), конденсационные
смолы, аз коих важнейшие—бакелит, карболит п проч.; твердые тела,
получающиеся от пресеовки волокон, вроде асбеста и клетчатки, с
бакелитом, ископаемым асфальтом или высокоплавкою смолою;
бумажные вещества, выдерживающие высокое напряжение и составленные
горячею наверткою или горячего прессовкою; массы из асбеста,
клетчатки или гидроклетчатки, прессованные с бакелитом или шеллаком;
■■эбонит, гуттаперчевые, каучуковые и резиновые изделия;
вулканизованная фибра; галалит—диэлектрик из коровьего молока; целлулоид
и ацетил-целлулоза; пресшпан; лакированный картон; изоляционные
трубки; твердая бумага; пропитанные и лакированные сквозь огонь
каменные пластинки; слюдяные продукты, вроде миканита, мегомита
и проч.; изолирующие ткани из хлопка, джута, шелка и бумаги;
кабельные и проволочные изоляторы; трансформаторные и выклгоча-
тельные масла; разнообразнейшие изолирующие лаки из смол
естественных и синтетических; эмалированная проволока и т. д. и т. д.
Чтобы пояснить, сколь важную и сложную отрасль промышленности
представляет выработка изоляционных средств, достаточно указать,
что этой областью в одной только Германии занято 60 000 человек.
4. Технические условия, предъявляемые диэлектрикам.
Технические условия, предъявляемые диэлектрігкам, весьма разнообразны и
разносторонни. На первом месте должны быть поставлены тут два
наиболее существенных—невидимому близких между собою, но однако
— 13 —
далеко не тождественных. Это именно: во первых, высокая пробойна л
крепость и, во вторых, большое омическое сопротивление,
при чем необходимо различать сопротивление диэлектрика поверх-
ностноеи сопротивление объемное, между собою не совпадающие.
В прежнее время заботились почти исключительно о том, чтобы
возможно повысить омическое сопротивление, вопроса же о пробое
не ставилось, поскольку почти всякий изолирующий материал сам
собою оказывался с огромным запасом на возможный пробой; в
настоящее же время сравнительно легко достигается вполне достаточное
омическое сопротивление, тогда как предохранить изоляцию от
пробоя становится делом все более трудным.
Далее, во многих случаях от диэлектрика требуется достаточная
огне-и тепло-стойкость, а также противоустойчивость действию
сырости и метеорологическим вредителям.
В виду пользования в электротехнике полями переменными, и
притом иногда высоких частот, "оказалось необходимым практически
считаться со свойством диэлектриков, ранее рассматривавшимся лишь
теоретически—с рассеянием энергии через
диэлектрические потери, или диэлектрическим гистерезисом; в то
время как обнаружить это явление ранее удавалось лишь
специальными опытами, теперь оно черезчур дает себя знать, и притом
чаще всего в качестве существенно вредного фактора. Во многих
случаях безусловно необходимо требовать от диэлектрика возможно
малого коэффициента этого рода внутренних потерь.
Иногда, диэлектрик может и не иметь особенно высокой
степени изолирующей способности, но зато должен быть устойчивым
протнв образующейся дуги. В некоторых применениях требуется
диэлектрик нёразъедаемый горячим маслом и держащий при этом
весьма высокое напряжение.
Кроме того, диэлектрикам предъявляется целый ряд физических
и механических запросов, как в отношении их службы, так и
способности к обработке, при чем в одних случаях ищется
обрабатываемость одними приемами, в других же—другими; например, если
■одни диэлектрики должны быть достаточно тверды, то другим
надлежит отличаться большою гибкостью и упругостью.
Даже такой узкий класс диэлектриков, как изоляционные лаки,
образуют в электротехнике целый спектр многообразных качеств, в
зависимости от того, идет ли лак на покрытие эмалируемой прово-
волоки, на пропитку якорей, зли служит изготовлению изолирующих
бумаг, тканей и пряж, самого различного назначения.
'Естественно находимые вещества теперь уже имеют, в
качестве диэлектриков, сравнительно малое значение: они нуждаются
в переработке. Что же касается до гораздо шире применяемых в
технике диэлектриков искусственных, то и среди них лишь
немногие могут быть признаны удовлетворительно разработанными и
изученными. В кругах специалистов общеизвестно, что большая часть
— 14 —
диэлектриков еще далеко не совершенна; но, несмотря на различные
попытки изменить такое положение, в том числе и путем печати,
пока не удалось достигнуть больших успехов.
В атом деле богатая жатва ожидает химию, и изобретение
синтетических смол именно .химиками есть самый плодотворный из
новейших шагов диэлектрического производства: он дает основание
надеяться на дальнейшие достижения в той лее ■ отрасли. Другой
подобный шаг—новейшие успехи выработки фарфоровых масс,
обладающих высокими диэлектрическими качествами, благодаря своей
чрезвычайной однородности; это—заслуга преимущественно
американцев. Огненная переработка каменных пород есть тоже одно из
важных направлений диэлектрической промышленности в будущем.
Плавленный жировик, плавленный базальт, плавленный кварц уже
устанавливаются как продукты технического потребления, и на этом
пути можно предвидеть в дальнейшем обширные успехи. Другое не
менее важное направление диэлектрической промышленности —это
диэлектрики органические.
Полезно отметить, что успехи, когда они бывали достигаемы, не
давались как случайная находка, а были заслуженной наградой
сознательно поставленных задач, решавшихся иногда несколькими
поколениями: плавленный кварц, синтетические смолы, изоляционный
фарфор—бдпжайшпе примеры тому. Но, к сожалению, химики
сравнительно редко уясняют себе важность подобных изысканий, а, кроме
того, и не бывают достаточно подготовленными к рациональному
разрешению их. Ведь тут требуется овладение неорганическою,
органическою, физическою и.коллоидальною химиями, при чем ставимую
работу требуется непременно обсудить также со стороны физической
и, специально, электрической.
Явления электрострикционные, пиезоэлектрические и
электрокапиллярные, а также диэлектрические потери и сопротивление сплавов,
убедительно показали, что микроструктура диэлектриков есть
фактор чрезвычайной важности; диэлектрическая крепость опять таки
зависит более всего не от химического состава, как такового, а от
микроструктуры и ультрамикроструктуры вещества. В виду всего
«того, вопрос о диэлектрике содержит, в своей технической
конкретности, множество самых тонких физических и химических
обсуждений, и е в порядке дополнительных знаний, вообще никогда не вредных,
а как фундамент всей работы. Иметь дело с диэлектриком и
не знать его строения —безусловно недопустимо. В
частности, нельзя в настоящее время стремиться к усовершенствованию
диэлектриков, не ответив себе, хотя бы-предварительно, на вопрос о
том, что собственно происходит в диэлектрике, пронизанном силовыми
линиями поля постоянного и особенно—пОля переменного.
5. Перопективы будущего. Существует теснейшая связь меяеду
конструкцией электрических машин и аппаратов, приемами установок
— 15
и всевозможными электрическими приспособлениями, с одной стороны,
тг характером электрических изоляционных веществ—с другой. Успех
в области изоляционных средств обыкновенно ведет и к
усовершенствованию технических конструкций; и наоборот, как было
указано [3], быстрота развития электротехники в значительной мере
тормозится именно недостаточною гибкостью свойств наличных диэлектриков.
Сравнительно в малой степени задержки
развития электрической техники можно ѵ
вменять в вину проводникам; да к тому *
же, увеличению проводимости повиди- ^гв0
мому положены естественные, довольно |
близкие, пределы, и выйти за них ве- £
роятно удастся, лишь переходя к су- 3 '$в
щественно новым условиям работы, S-
2SO
.- $
■/DO
So
s
/390
/90S
/9/е
/?го
/Ъдь/
paja'i в зависимости от времени.
(Но А. М. Злшсскош").
т
например использованием большой про- ^
водпмости через сильное охлаждение
металлических проводов или даже
промышленным применением еверх-провод-
ников' [25].
Но электротехника будущего,
вероятно, и не будет испытывать острой
нужды в повышении
электропроводности, ПО крайней Мере В бОЛЬШИНСТВе фиг. 1р Рост напряжения электропе-
случаев, поскольку уже наметившийся
путь ее дальнейшего развития клонится
в сторону увеличиваемых
напряжений и частот, а в
дальнейшей перспективе-—тг к
значительному вытеснению
проводников, при волновой
передаче энергии. Напротив, не
предвидится пределов
всестороннего повышения качеств
материалов диэлектрических;
а, между тем, именно в этом
усовершенствовании
неизбежно заинтересована техника,
развивающаяся в указанном
выше смысле.
Весьма различны в
разных случаях требования,
предъявленные к
диэлектрику. Многообразие уже суще-
I
<0
■А>
/
/
/
/
/
/
/
/S9S
/9/0
/9IG
/91$ №53
Года/
Фиг. 2. Рост числа лпппй электропередач с
напряжением выше 100 І;Ѵ в зависимости от
времен п. (По А. М. Зілесскоиу.)
ствующих изоляционных веществ, в значительной мере
неиспользованное по малой изученности и их самих и диэлектриков вообще,
дает повод надеяться на еще большую дифференциацию этого
— ifi —
рода вещества. Так, признанное в последнее время весьма
существенным, свойство диэлектриков рассеивать энергию переменного поля—
оценивается пока только как порок диэлектрика; но это
безоговорочное опорочение диэлектриков с большими потерями, вероятно,
вскоре будет взято назад, потому что вполне мыслимы случаи, когда
диэлектрические потери составляют самую функцию известной
установки. Нельзя ли, например, воспользоваться диэлектриками
высокого рассеяния, может быть, даже с крупными зернами
большой проводимости, как приспособлением для дисперсии электрических
волн, для селективного волнового поглощения, как гасителями волн
того или другого периода, как средою тепловых приборов и т. д.
Мыслимы и экраны, задерживающие волновую энергию по одному
направлению, но пропускающие ее по другому. Мыслимы также
экраны, пропускающие інпі непропускающие волновую энергию по
одному и тому же направлению, в эависимостп от смысла его, т. е.
своего рода клапаны, электрических волн того или другого периода.
А если так, то тогда технике придется приложить заботу в известных
случаях не к уменьшению, а к увеличению, коэффициента потерь
или к достижению тех или иных определенных его свойств. Точно
также, нельзя думать, будто только повышение диэлектрической
крепости есть главная задача изоляционной техники во всех случаях;
мыслимо, что потребуется н е наибольшая возмояшая, а некоторая
определенная крепость, например в предохранителях от
перенапряжений, может быть в каких-нибудь измерителях высоких
напряжений, где окажется удобным применять шкалу крепости и т. д.
Когда речь идет об удельной проводимости диэлектриков, то и
тут обычное представление «чем меньше—тем лучше» далеко не
всегда оправдывается: вместо того, чтобы пользоваться сравнительно
трудно достигаемыми большими сопротивлениями из металлических
проводников, к тому же имеющими либо большой коэффициент
самоиндукции, либо представляющими опасность пробоя, естественно
воспользоваться диэлектриками сравнительно малой
сопротивляемости, что дало бы и экономию материала и средств, и простоту
конструкций к, наконец, гарантии некоторых неояшданностей в
переменных полях. Таково например, применение в электро-нагреватель-
ных приборах изобретенного в 1922 г. кварцилнта.
Свойства полу-проводников со средним временем
релаксации, можно сказать, не изучены; поэтому, почти не доходит до
сознания изобретателей возможность использовать полу-проводимость, как
имеющую особую природу. Однако, нужно думать, именно это
своеобразие полу-проводников может оказаться незаменимым в технике.
Пример недавно изобретенного Йонсеном и Рабеком [47 д, е] реле с
электростатическим притяжением, повидпмому впервые решившего
практически давнюю задачу об использовании кулоиовских
взаимодействий, подтверждает намечаемую здесь мысль, потому что основною
частью такого реле служит полу-нроводящая доска литографского
— 17 —
сланца с несовершенным контактом. Это изобретение уже теперь есть
нечто большее, нежели только демонстративная модель, и
использовано в телеграфии, телефонии и радио-технике,
. Можно указать еще одно не'только не использованное, но и
совершенно неизученное свойство диэлектриков—поверхностную
проводимость. Своеобразная природа этого явления дает повод думать,
что оно может послужить каким-либо вполне неожиданным применениям.
Таким образом, нельзя сказать, будто от техники изоляционных
веществ требуется,, во что бы то ни стало, повышение или
понижение той шшдругой характеристики диэлектрика; во многих случаях
техника нуждается в определенном значении соответственной
характеристики или в определенном соотношении нескольких таких
характеристик, или в возможности произвольно менять один или
некоторые из них, не изменяя прочих, или в определенном виде
функциональной зависимости той или другой из характеристик от тех или иных .
физических факторов н т. д. и т. д. Возможно большая дифференциация
диэлектриков—такова основная задача рассматриваемой отрасли
техники. Сюда же относятся, далее, и различные комбинации свойств
физических с химическими; так, уже сейчас в этот отношении ширина
диапазона определяется,например, параффином (почти не
поддающимся никаким химическим воздействиям, но низкоплавким) и
растворимым стеклом (тугоплавким, но разложимым даже водою)-
В правильно ведущемся электротехническом хозяйстве, каждый
диэлектрик, самый «плохой», по невнимательному суждению,—может
быть незаменимым н а ев о ем, проницательно наиденном ему, месте; но
и наоборот, каждый выгоден только на своем месте, и может
быть- негодным при несвойственном ему использовании, как бы ни были
высоки те или другие его качества сами по себе. Такой пример, как
невозможность воспользоваться фарфором при обмотке проволок и
кабелей, или непригодность бумажных изоляторов под открытым
небом,—есть крайнее доказательство высказанного полоягения.
Но можно пойти и далее и предвидеть, что, признанный пока
наиболее подходящим в наружных .установках и исключительно
широко принятый в современной электротехнике, фарфор будет
впоследствии вытеснен здесь плавленным кварцем, совершенным по
своей устойчивости в самых разных смыслах; таково убеждение
некоторых, американских электриков (Вудридж, Ридн, Клэрк и др.). К
тому же, тут выступают расчеты экономические, ибо высоковольтный
фарфор по составу своего исходного материала необходимо будет
веществом дорогим, тогда как исходное вещество для кварцевого
стекла ничего не стоит; все дело, следовательно,—в том чтобы
дорогую и весьма трудную обработку кварца сделать дешевою и легкою.
Принципиально это есть дело только изобретательности. А вследствие
явной нужды в плавленном кварце со стороны самых разных отраслей
промышленности и в силу широких возможностей использовать
водяную энергию, плавленный кварц, нужно думать, необходимо сделается
П. Флоренский. — Диэлектрики. -
— 18 —
продуктом обширных производств и есть диэлектрик будущего,
поскольку речь идет об установках наружных.
6. Основные электрические характеристики диэлектрика. Место
диэлектрика среди прочих определяется несколькими, никак не менее
чем четырьмя, основными характеристиками. Может быть, было бы
поспешным утверждать их независимость между собою, в точном смысле
слова, и даже следует предвидеть, что все .-они, обусловленные'в
конечном счете электронною динамикою той сложной системы
элементарных зарядов, которую называем мы диэлектриком, сводятся к некоторому
исходному числу параметров, возможно—и отличному от четырех. Но
современная электроника не умеет дедуцировать все электрические
свойства диэлектриков из основных параметров электронной-системы.
Феноменологически, как простейшая схема или кратчайший конспект
опытных данных, сейчас необходимы при описании диэлектрика не
менее, чем четыре характеристики. Эти четыре числа получаются
путем опыта. Они в настоящее время не сводятся друг к другу, и
«множество» диэлектриков, со стороны электрической, -должно расматри-
ваться как многообразие по меньшей мере четырех-кратно протяженное,
т. е. определяемое четырьмя независимыми координатами. Сюда
отчасти присоединяется, пя'тая характеристика, именно
поверхностная проводимость, изученная впрочем весьма-недостаточно,
чтобы не сказать—вовсе неизученная.
Эти основные характеристики суть:
I", диэлектрический коэффициенту или удельная индуктивность;
2", электропроводность, или удельная кондуктивность;
3", рассеивающая способность, или удельные диэлектрические
потери, или еще—диэлектрический гистерезис;
4°, диэлектрическая крепость, или удельная пробойностъ,
и отчасти
5", поверхностная электропроводность.
Эти характеристики прежде всего необходимо знать технику,
желающему воспользоваться некоторым диэлектриком. А затем, сюда
присоединяются еще общие характеристики: механические,
физические, химические и экономические. Как сказано выше, было бы
праздным занятием стараться вообще выяснить, какая именно из этих
четырех характеристик диэлектрика—наиболее существенная: в
разных применениях приходится считаться на первом месте то с тою, то
с другою из них, или с известными их комбинациями, при чем может
понадобиться или максимальность, или мипимальность известного
свойства, или же некоторая определенная его величина.Так
например, диэлектрический коэффициент последовательных слоев
кабельной изоляции должен быть некоторою определенною убывающею
функциею расстояния слоя от оси кабеля, чтобы тем сделать поле бо:
лее равномерным и, следовательно, воспользоваться диэлектриком
сравнительно мало прочным. В случае кабелей телефонных выгодно,
— 19 —
чтобы диэлектрический коэффициент был как можно меньшим. В
конденсаторах выгодна удельная индуктивность возможно большая
■Электрические потери в изоляторах линейных, обвеваемых свободного
атмосферою, могут быть сравнительно бблыпими, нежели таковые же
изоляторов выводных, не допускающих, по условиям своей установки,
достаточно быстрого охлаждения; а с другой стороны,
диэлектрическая-крепость изоляторов линейных, по причинам и механическим и
экономическим, не мояіет быть столь же малою, как и таковая же
изоляторов выводных, где допустимы, по тем же причинам, значительно
большие затраты диэлектрического вещества, и потому следовательно
может быть допущена меньшая его удельная крепость.-
Вумениивоспользоваться индивидуальными свойствами
различных диэлектриков,применительно к индивидуальным же
требованиям данного случая, в удачном комбинировании
диэлектрических характеристик—следует видеть одно из важных
условий развития электротехники. Гибкость применения тех или иных
диэлектриков, смотря по потребностям предлежащего технического
задания, индивидуализация веществ и конструкций даст возможность
избегнуть громоздкости и получить бблыпуто отчетливость действия
потребных изоляторов и вообще различных изоляционных
приспособлений. Так, например, при применении токов сравнительно невысокой
частоты, но длительных, было бы выгодно использовать
диэлектрически упругие вещества, тогда как при применении токов очень
высоких частот, но длящихся недолго, прямым расчетом было бы
использовать вещества диэлектрически мягкие: в том и другом случае
изоляторы наименее нагревались бы от диэлектрических потерь и
следовательно наименее рисковали бы быть пробитыми. А ведь возможно,
что именно сознательные поиски вещества диэлектрически мягкого
или диэлектрически упругого дадут повод подобрать наиболее
выгодно прочие его свойства.
Подобных примеров индивидуализации в применении различных
диэлектриков можно было бы привести и еще не мало. Но сейчас
важно отметить лишь то, что все свойства диэлектриков имеют свое
■значение, и было бы вредным для развития техники нападать на
тот или другой диэлектрик за свойственную ему комбинацию
характеристик, потому что именно эта комбинация может оказаться самою
выгодною в - известном частном- случае: нет диэлектрика хорошего
вообще. Электротехнике выгодно иметь под руками
много различных диэлектриков, с хорошо разученными
свойствами; а, кроме того, необходимо давать задания технической химии
по выработке новых диэлектриков, сл заранее указанными свойствами.
Об этом было уже сказано, но этот важный пункт должен быть выдвинут
со всего силою. Техник будущего должен беспрепятственно строить
молекулярную структуру диэлектрика, сообразно заранее поставленным
техническим требованиям. Но над этим' придется еще поработать!
Итак, каждая из выше-перечислеаных характеристик диэлектрика
должна быть внимательно обсуждена особо. 2*
II. Диэлектрический коэффициент.
7. Общее понятие об индуктивности. Первоначальное понятие 'о
диэлектрическом коэффициенте е дается отношением двух
электрических емкостей: емкости некоторого сферического конденсатора,
заполненного некоторым диэлектриком, и емкостіг того же конденсатора
но с заполнением воздушным.
Хотя и называемый обычно диэлектрическою постоянною,
диэлектрический коэффициент на самом деле есть одна нз весьма
изменчивых физических величин. Он существенно изменяется
вместе с изменением факторов самых разнообразных, при чем трудно
указать- фактор безразличный в отношении к диэлектрическому
коэффициенту; мало того, этот коэффициент изменяется нередко в связи с
легкими оттенками химического состава, физического состояния и
микроскопической структуры веществ, так что результаты измерений,
в особенности над твердыми телами, полученные разными
наблюдателями, далеко не всегда согласуются между собою удовлетворительно.
Диэлектрический коэффициент есть глубокая, но пока еще
недостаточно понятая, характеристика молекулярного строения веществ; и
вероятно оно впоследствии даст возможность проникать в это
строение. Пути же к такому проникновению уже намечены.
Величина диэлектрического коэффициента в различных случаях
весьма различна, и диапазон ее велик. Наименьшее значение его
1 относится к пустоте; моягет ли встретиться в опыте
диэлектрический коэффициент меньший единицы, мы не знаем. Он
соответствовал бы расхождению электрических силовых линий соля, даже если
бы такой диэлектрик был помещен в пустоте: Нулевой
диэлектрический коэффициент свидетельствовал бы о способности вещества
преграждать силовой поток, не поляризуясь при этом, а
отрицательный диэлектрический коэффициент указывал бы на
обращенную диэлектрическую поляризацию. Нет данных утверждать, что
случаи такие невозможны; и только опыт способен решить этот вопрос.
Но самый вопрос должен быть поставлен твердо, чтобы толкнуть
мысль на исследование.
Опыт не удостоверил до сих пор нулевого диэлектрического
коэффициента; однако, возможно представить себе и осуществить
модель, которая физически будет равнозначуща диэлектрику
нулевой индуктивности,—и даже разные модели такого рода. Такова,.
например (фиг. 3), заземленная цилиндрическая проводящая-
поверхность, внутреннее пространство которой наполнено перпенди-
— 21 —
О ZftJtJt
Ф п г. 3. Модель диэлектрика с кажущеюся
нулевою пндуктнвиоетью. ІІунктпроа обозначены
последовательные положении епловых лншш: I —
начальное, II — конечное.
кулярными оси проводящими тонкими проволоками, заделанными в
твердый диэлектрик или асе - как-нибудь укрепленными, так чтобы
каждая была изолирована от прочих и от цилиндра. Параллельно
основаниям такого цилиндра,
который предполагаем прямым,
располагаем обкладки
конденсатора. Тогда, при заряженно-
стп такой конденсаторной
системы, силовые линии будут
ятти не параллельно друг
другу, а—загибаясь к боковой
поверхности, и диэлектрик
покажется непередающим
влияния. Как более частный случай
той же модели можно
представить себе две параллельные
металлические пластины с
диэлектриком между ними,
причем в последнем заключены
перпендикулярные к
плоскости пластин тонкие проволоки.
Подобное явление
действительно наблюдается на кварцевых
пластинках, вырезанных
параллельно оси (ф иг. 4), и
описано -Ч. Ф. Бялобржеским.
Края пластинки посредством
тонкого слоя серебра делаются
в этом опыте проводящими п
отводятся к земле, а на грани
пластинки накладываются
металлические обкладки. Одна
из них сообщается с
изолированным электрометром, а
другая — заряжается от батареи.
Сперва стрелка электрометра
отклоняется, но затем идет
назад, как если бы
диэлектрический коэффициент кварца стал
убывать (обратно тому, что
происходит р диэлектриками
вообще, ибо диэлектрический
коэффициент обычно кажется
со временем возрастающим).
Если опыт с кварцем
производится при сравнительно вы-
Ф и г. 4. Схема опыта, покавивагашЕто кажущуюся
нулевую нпдуктнвпоеть кварца. Р п I" — батарея,
А п В—обкладки конденсатора с кварцевою пдао-
тешого, ,К—пер включатель, Л,—электрометр.
Пунктиром обозначены последовательные положения
снловыі лшгап:" I—первоначальное, II—конечное.
(По Ч. Ф. Вялоигжескомг).
— 22 —
е
«3
э .
ФМИНТГМАССЫ
н отношение к п/ютнастн
Шн.
.6 ~ /Г
глзлм-чпы
еокой температуре .120°, то электрометр совершенно не показывает
наведенного заряда. Таким образом, кажущаяся индуктивность, сперва
отличная от нуля, делается равною нулю. Эт'от факт объясняют
(Кюре, Бяловржеский) разницею проводимости кварца параллельно-
оси и перпендикулярно к ней. Сперва линии сил конденсаторного
поля направляются по нормали к обкладкам, а затем постепенно
загибаются к направлению наибольшей проводимости и упираются
концами в боковую поверхность. Наведенные положительные и
отрицательные заряды нейтрализуют друг друга, так что электрическое
влияние через пластинку перестает действовать. При высоких
температурах этот процесс кажущейся потери индуктивности протекает в-
кварце весьма быстро.
Недавно открытый
эффект Перкинса [48 б],
формально несколько
аналогичный явлению Голля в
магнетизме, невидимому
намекает на существование чего-
то в роде обращенной
диэлектрической
поляризации, хотя"и преждевременно
утверждать это с
определенностью. Упомянутое
явление Перкинса состоит в
увеличивающейся
электропроводности металлических
пленок (золото), при
сообщении им отрицательного
заряда,, тогда как
Положительный заряд остается
бездейственным. Но самое
замечательное — это
обратный смысл явления в
тонком слое графита, на
который отрицательный заряд
не действует, а
положительный—увеличивает
проводимость.
Обратной поляризации
в а ч
Ф и г. 5. Кривые зависимости диэлектрического
коэффициента е (ев л отпал мшпя) и квадрата показателя
преломлевпя Ыя (пупктнрпая ливня) от плотности, для
тяжелых флннггласеов. Левая шкала относится к
сплошной кривой, а правая—к пунктирной. Буква при точке—
инициал паблгадатеяя данного сорта стекла; JC—-Влорп
(кронгласе), J"—Гопкппсоп, Т—Торптоп, Ш—9. Шотт,
А — Аддепврун. Как видно из чертежа, обе кривые
стремятся к прямолинейности. (Do Д; Аддепергкі).
в металлах [19,201 ждать естественно, как перескока возрастающих
в положительную сторону величин индуктивности—через
бесконечность—и вьшшдения их со стороны отрицательной. Возможно, что
исследование индуктивности металлов в тонких пленках или в кол-,
лоидных растворах разъяснит это дело.
Наконец, может быть поставлен вопрос о физическом значении
мнимого и, шире, комплексного диэлектрического коэффи-
— 23 —
циента. Некоторое обсуждение такового будет сделано далее [50, 51].
Что касается до значений диэлектрического коэффициента, бйль-
шн 1, то тут во всяком случае нет границы возрастания.
Самый плотный из ф л и н т г л а с с о в (удельного веса 6,01) имеет,
по измерению Адденбрука в 1923 г., диэлектрический коэффициент 13.
Это — наибольшая достигнутая пока величина е, не анормального
характера и не осложненная поглощением волн (фпг. 5). Но если этих
обстоятельств не оговаривать, то известны индуктивности и значительно
бблыпие. В то время как значительная часть практически
применяемых изоляционных веществ имеет удельную индуктивность в
пределах полу-десятка и во всяком случае не более десятка единиц,
диэлектрический коэффициент вод ы—около 80, а электролитически
диссоциированные в ней соли ещё повышают индуктивную
способность. Еще болей диэлектрический коэффициент минерала рутила: 117,
(по Куртису, впрочем, 31). Наибольпшй измеренный диэлектрический
коэффициент пока найден Дыоаром и Флемингом: 272, у 10%-ного
твердого раствора едкого натр а при температуре —117°,4-
Представляется полезным привести, кстати, по Флемингу и
Г. Леви, несколько данных относительно индуктивности некоторых
наиболее распространенных веществ природы:
Вещество
порская вода
пресная вода
сырая земля
сухая земля
сырой песок
сухой песок
мрамор .
гралит. .
базальт .
иорфпр .
песчаник,
датой пт. .
ДпвлектрпческпЙ
коэффициент
80
80
5^15
2^6
9
2^3
S
7"^9
12
13
Э~П
8~9
8. Физическая природа индуктивности. При производстве
диэлектриков, как твердых, так п жидких, особенно при
усовершенствовании диэлектрических веществ, было бы чрезвычайно важно иметь
возможность учитывать заранее, ка-к изменяется диэлектрический
коэффициент с изменением химического состава. Для этого необхо-
— 24 —
димо составить себе представление о физической природе
поляризации диэлектрика. С другой стороны, это представление
необходимо и для того, чтобы связать в общую картину многочисленные,
но разрозненные наблюдения над диэлектриками, о которых имеется
обширная литература. Необходима какая-либо модель поляризации.
Об этом предмете в общих чертах можно рассуждать
следующим образом::
Диэлектрический коэффициент характеризует удельную емкость
вещества в отношении электрического силового поля. Сравнительно
легкое отщепление от молекул свободных электрических зарядов
должно вести к увеличению: либо электропроводности (если
эти заряды способны двигаться по всему объему вещества), либо
диэлектрических потерь (если их движения происходят
сравнительно свободно, но не по всему объему вещества, а лишь
сравнительно в тесной области), либо наконец—индуктивной
способности Сесли отщепившиеся заряды не способны смещаться за
пределы молекулярных пространств). В последнем случае, отщепление
их не оказывается необратимым, и по прекращении действия поля
они снова приходят на прежние места и в прежние сочетания. При
атом такое смещение зарядов может быть мыслимо как в духе старой
теории непрерывной электрической жидкости, так и на почве
учения о дискретной природе электричества; при первом способе
рассуждения получается теория поляризации Кллузиуса-Мосотти, а при
втором—теория Флрлдея-Гельмгольцл, но в данном случае эти теории
не составляют значительной разницы. Таким образом, три основные
характеристики диэлектрика могут рассматриваться как различные
стёп&ни или точнее ступени одного явления, имеющие
каждая своеобразный характер. А жменно, они истолковываются как
степени электрического разрушения весомой материи:
электропроводность есть разрушение необратимое, диэлектрические
потери—полуобратимое, а индуктивность—совсем обратимое. Теория
диэлектриков расчленяется следовательно на два существенных
вопроса: Во первых, какова степень электрической прочности
отдельной весомой молекулы и от чего она зависит? И,' во вторых,
какова степень удобоподвижности продуктов молекулярного
электрического распада в отношении к объему всего вещества и каков
характер их движения в веществе?
Наряду с этим должен быть поставлен еще однп вопрос: в
самом деле, электрическое строение молекул вообще говоря не
всесторонне-симметрично относительно центра, и следовательно молекулы,
кроме сил растягивающих, подвергаются также пирам, их
вращающим. Будем ли мы представлять себе эти поворачиваемые в поле
оси молекул неизменными по длине или относительно неизменными,
все равно мы получаем право говорить о диполях^ направляемых
силами поля, и противодействие вещества этим направляющим силам
тоже участвует в механизме „ поляризации. Это—представление,
— 25 —
особенно подчеркиваемое Деваем [14, (13)]. Нужно думать, в
диэлектрике происходит как направление молекул, так и
растяжение ИХ.
9. Зависимость индуктивности от химического состава диэлектрика.
Изложенное выше есть лишь общая схема. Конкретное же
исследование оставляет еще желать многого. В частности, когда подымается
вопрос о связи индуктивности и химического состава диэлектрика,
то имеется только несколько отдельных наблюдений; изложим
важнейшие из них. Томсоном в 1S98 году и Нернстоы в 1894 г. было
отмечено, а Эйлером в 1913 г. подтверждено, что
диэлектрический коэффициент жидкости возрастает вместе с,ее
диссоциирующей способностью,—т. е. что он тем более, чем
■более способность жидкости расщеплять растворенные в нейвещества
на ионьъ Так, ряд с возрастающей индуктивностью:
газы 1; бетшо.т 2,3; эфир 4,1: плкогодь 25; муравьиная кислота 62; води 80
■есть вместе' с тем ряд возрастающей диссоциирующей способности.
Новейшие исследования проводимости растворов в связи с физическими
свойствами растворителя, принадлежащие Грейтону 'и Вэго (1919 г.),
лишь отчасти и очень приблизительно подтверждают гипотезу Том-
сонл-Нернстл. Но ГреПтон думает, что неточность совпадений
объясняется здесь, во первых, недостоверностью величин:
диэлектрического коэффициента, диссоциирующей способности и других,
полученных экстраполяцпею, и во вторых—осложнением опыта от
полимеризации растворителя. Точно также не отказывается по
существу от гипотезы Томсона-Нернста Лэттей в 1921 г.—В самом деле,
окружая молекулы растворяемого тела средою растворителя, мы
ослабляем электрические силы, связующие молекулы растворенного
вещества. И следовательно, эти молекулы должны диссоциировать
тем легче, чем более значительна индуктивность растворителя.
Наоборот, если молекулы легко в данном растворе диссоциируют, то это
значит, что связи их расслаблены; а такое .уменьшение электрических
.интрамолекулярных сил должно иметь причиною бблыиую
индуктивность среды.
Затем С- Я, Терешин в 1SS9 г. нашел, что метамерия влечет за
собою изменение индуктивности,—обстоятельство практически
чрезвычайно важное в производстве искусственных диэлектриков. А в
гомологических рядах наблюдается, как указал Терешин,
систематическое изменение индуктивности с составом; у жирных веществ у б ы-
вание ее, а у ароматических бензольного ряда, как показал Ф. То-
машЕвскип в 1SSS г.,—возрастание.
Стюарт в 1908 г. сделал чрезвычайно- интересное наблюдение
над рядом стереоизомеров: оказалось, что стереоизомерия ничуть не
изменяет индуктивности. Стюартом исследованы й-лимоменидипентан,
іі-, 1-я. г-пилен, d-, l-ж і-камфен.
— 20 —
Твинг дает формулу для вычисления диэлектрического
коэффициента е в зависимости от его состава:
' D D п
(1J £ = ^K2i+fl2£a + asss + - - • + ая О = -£ 2" й*£*-
і
Тут -D есть плотность вещества, Ж—молекулярный вес его, elt г2і.
а, .... - гн—особые числа, характеризующие диэлектрическое
поведение атомов или групп их в составе молекулы, а^,а31аа аа
—числа этих атомов или групп. При этом: для элементарного.атомаХ,
с атомным; весом А*, диэлектрический коэффициент определяется
равенством
(2) => = 2,б А,
так что для атомов водорода s„ = 2,GXi, для атомов кислорода
г0 —2,6X16 и т. д.; но. иногда это А* есть только аликвотная часть
атомного веса, например для серы е4—2,6X16, а не 2,6x32. Что
касается до групп атомов, то их характерные числа н е находятся
аддитивно из соответственных чисел атомов элементарных, а
характеризуются самостоятельно. Бот табличка этих чисел:
Дтоа
И
С 31,2 =
О 41,2 =
8
X
Е
2,6
2,6X12
2,0X16
2,6X32,2
2,6 XX
Атомная группа
ОН
СО
СОИ
КО,
ОН.
сн3
S
1366
1520
S70
3090
41,6
46,8
Это—какой-то намек на решение задачи о связи индуктивности
и химического состава; но, как показал П. И. Влльден в 1910 г.,—намек
вводящий иногда в грубую ошибку, если отнестись к правилу Твингл
недостаточно осторожно: вычислением получается например
индуктивность юо, тогда как на самок деле она'лишь 2.
Трауве в 1904 г. предложил более узкую, но более осторожную
формулировку правила Твингл. Она гласит, что
(3) Ъ~ = {г~ 2fiD) = C С=0~30
где G есть постоянная для целого класса тел, но от класса к классу
она меняется, в пределах между 0 и 30.
— 27 —
Есть некоторые попытки связать индуктивность с периодическою
системою элементов. Например Д. Довросердов в 1909 г. дал правило,
по.которому у металлоидов индуктивность возрастает в
периодической системе: по горизонтальным рядам вместе с валентностью,
а по вертикальным—вместе с атомным весом.
Еще одно соотношение указано Ллнгом в 1905 г. Оно относится
к газам и выражается равенством
(4) Цт^- = 0.000123 = 123.JC,
о
где S есть сумма атомностей (атомных валентностей) тех атомов,
из которых состоит молекула газа; например для водорода S* — 1 +1 — 2,
для углекислоты £СОз=4-{-2-|-2 = 8, и т. д. Практически формула
Ланга, как относящаяся к газам, при современном состоянии техники
едва ли может быть полезной, а кроме того она и не всегда применима.
Наиболее связное представление о зависимости
диэлектрического коэффициента от химического состава разработано П. И. Влль-
деіом, в 1910 г. Прежде всего, он подтвердил указанную еще в
1904 г. Эггерсоы неаддитивность диэлектрического коэффициента:
объединяясь в молекулу, атомы и атомные,группы изменяют
диэлектрические свойства друг друга. Затем, Валъден установил
существование двух родов атомных групп. Первый из них он назвал дііэдек-
трофорами, а второй—дймектрогепамгі. Носители большой
индуктивности—димектр'офоры. Но соединение их между собою, равно как и
диэлектрогенов между собою, не дает веществ высокой индуктивности.
Напротив, диэлектрические потенции дігэлекгрофора проявляются,
как только одна такая группа соединяется с молекулою, содержащею
только радикалы противоположного рода. Но введение в полученную
таким образом молекулу нового электрофора, или новых групп того же
рода, понижает индуктивность. Однако этого не случается, еслігвторой
введенный диэлектрофор отличен от первого; тогда часто действие его
накладывается на действие первого. Вальдену удается подвести под
это правило множество химических реакций и даже предуказать их
с количественной стороны, как в отношении индуктивности, так и
в отношении связи индуктивности с различными физическими
свойствами (диссоциирующая способность, температура кипения,
поверхностное натяжение, теплота испарения, осмотическое давление). Ди-
электрофоры—этоэлек-троотрпцательные радикалы, тогда
как диэлектрогены — электроположительные. Диэлек-
трофоры получаются также чрез соединение многовалентных
элементов между собою п еще—из галогенных атомов. Примеры трех
родов диэлектрофоров:
1° ОН, N0,, СО (соответственно СООН), SOa
Н 1
I 0=0
СО, |
— 28 —
2° CX, SON, 3SCS (нзородап), Ша
3 d P, CI, Br, J
Присутствие о д н о г о электрофора указывает на значительную
индуктивность вещества; так: вода so, метиловый алкоголь 35, цианистый
водород 95, CH3N0j 40—сравнительно с мало индуктивными
углеводами. Но замена всех водородных атомов диэлектрофорнымп
группами ведет к телам мало индуктивным, равно как и соединение двух
таких групп в одну молекулу; примеры: 03 1,49 (при —182°), Вга 3,18,
<С-\\ 2,5, 0(NO,)1 2,13, СС14 2,26.
Диэлектрогены суть:
Н, СН,,.СН., CQHS
следовательно это водород, алкиловын и аллпловый остатки.
Вот пример, по Эггерсг, кй,к введение в молекулу из диэлект-
рогенных групп диэлектрофора (он напечатан жирным шрифтом)—
сперва сильно повышает индуктивность, тогда йак новые введения
того же рода постепенно понижают ее:
1° бензол нитробензол дпнитробензол тршштробонэол
Со Hs -*~ С« Нз N0. -*- т - Се Н, (Щ)2 -»- s - С„ Н3 (М0з)э
. 'е = 2,26 36,5 20,7 7,2
2°
ѵт-гѵепвя ккг-тлті «оно-хлоро-уксус- дн-хлор0-уксусная трп-хлоро-уксусная
уьцспая кислота им К1]СЛОТа кислота кислота
СН3 GOOH -»- СНа С1 СООН *- СН С18 СООЫ —J- CCljCOOH
е = Т 20 7,3 4,6
Наконец, вот примеры наложения действий двух различных
электрофоров:
3" /Н - /И
СН3С:—0Н -~ >-СН3С^—ОН (молочпо-кнслын ннтріи)
е = 21,7 37,7
4° Л\ /К
УІ
НС:-—ОН *- НС;—ОН (глпколсна-кнвлыК интрпл)
% = 32,6 67,9
Все этп наблюдения могут быт весьма полезны в
изобретательской работе над новыми диэлектрическими веществами; но кроме
того они поучительны, как предостережения против слишком
упрощенной трактовки вопроса об индуктивности, со стороны физиков.
10. Индуктивность смесей эмульсий и растворов. Не менее важно
в изоляционном производстве — предвидеть величину
диэлектрического коэффициента смесей, эмульсий и растворов, если известна
индуктивность входящих в них веществ. Однако, правила смешения,
годного во всех случаях, дать не удалось: в тонкой смесп возникают
— 29 —
очевидно электрические смещения в составных частях, в силу которых
нельзя уже говорить об удельных индуктивностях этих частей, как о
пребывающих неизменными. В частности, эти смещения видны из
того, что объем смеси, особенно когда речь идет о жидкостях, нередко
.оказывается отличным от суммы объемов составных частей. Кроме того,
в смесях, даже крупно-зернистых, необходимо учитывать особые
электрические и молекулярные явления, которые возникают на всех
поверхностях соприкасающихся частиц.
■ РІсследовашге Твингл в 1894 г. и некоторые другие над смесями
метилового, этилового и пропилового алкоголей, глицерина и уксусной
кислоты—с водою, далее смесей метилового и этилового алкоголей между
собою показали, что кривые зависимости диэлектрического
коэффициента от весового состава не совпадают с прямыми линиями, а у
водных растворов имеют кроме того заострение, соответствующее смесям
в молекулярных пропорциях.
В 1896 г. К. Э. Линебаргер исследовал десять смесей различных
органических жидкостей и тоже подтвердил не-линейный характер
этих зависимостей, но ясных углов у кривых не обнаружилось. Как
ранее у Твішга индуктивность смеси метилового и этилового
алкоголей, так и у Линебаргера индуктивность смесей оказалась меньшею,
нежели вычисленная по формуле линейной; только эфир-бензол и
эфир-сероуглерод дали индуктивность, бблыную линейно предвы-
численной.
П. Друде в 1897 г. обследовал ряд смесей и в некоторых случаях
нашел зависимость от весового состава линейную; но при вычислении
состава в процентах объема получились отклонения от линейности.
В 1897 г. Зильберштеён исследовал смеси бензола
с-фенил-ацетатом, не обнаруживающие сокращения объема, и нашел что
удовлетворяется в этом случае выведенное из термодинамических оснований
правило смешения:
и
2* ѵ*
і
где ѵ6 суть объемы составных частей. Если же сокращение объема
происходит, то тогда должно выполняться соотношение Эренглфтл:
п
Z . ,
V
где ѵ. есть действительный объем смеси. В таких случаях эта последняя
дает лучшее приближение, нежели (5).
Наконец, должно быть указано здесь соотношение Филипл,
предложенное им в 1897 г., впрочем только на основании аналогии с
оптикой, где постоянною выступает величина —-х—. Соотношение Филипа
— 30 —
,-, \k —1
по его мысли, должно заменить соотношение Мосотти-Кдаузиуса.^
Действительно, Рудольфи в 1909 г. нашел формулу (7) удовлетворяющей
■конгломератам и кристаллическим смесям, но смысл этой формулы
теоретически неясен. Тем не менее, должно быть отмечено, что она
отвечает опыту гораздо удовлетворительнее, чем внутренне прозрачное
соотношение Мосоттн-Клаузиуса.
Мосоттп в 1S47 г. и Клаузиус в 1879 г. разработали теорию
диэлектриков, как состоящих иэ вполне проводящих частичек,
разделенных вполне непроводящею средою. Одним иэ следствий этой теории
был тот вывод, что отношение —■—«■ пропорционально числу N рас-
г + 2
веянных в веществе проводящих частиц, т. е. пропорционально
плотности тела. Эти частицы названными авторами принимаются за
шарообразные. Отсюда следовала известная формула
(8J (« + 2)~3,-:5'
где d есть средняя плотность вещества, т. е. всей смеси, a D
плотность частиц; е диэлектрический коэффициент смеси.
Если диэлектрик содержит несколько, и, компонентов с
диэлектрическими коэффициентами ^ еа,- ■ - - ев, плотностями их в
свободном состоянии ДцА- ■ ■ ■ -О,. и частными плотностями их в смеси
ditut,' ■ • ■ dH, то соотношение этих величин с диэлектрическим'
коэффициентом смеси будет
— 1
iJ) ■ 8 + 2 ^ Я. '.
« + 2 "f d/ 4 + 2
Эта формула была многократно проверяема, в частности Волардом
в 1894 и 1899 гг. Глабатым в 1901 г. исследовал применительно к ней
ртутные мази, и согласие с формулою получилось удовлетворительное.
Милликэн в 1897 г. исследовал в том же отношении жидкую эмульсию,
воспользовавшись равенством плотностей хлороформно-бензольной смеси
и воды. Рассматривая водяные шарики, взвешенные в указанной
■смеси, как совершенно проводящие частицы теории Мосотти, Милликэн
предвычислил величину диэлектрического коэффициента такой
эмульсии, и его вычисление подтвердилось опытом. Но отступление капелек
от шарового вида, например, при распылении жидкости воздухом,
изменяет индуктивность смеси. Следовательно, диэлектрический
коэффициент зависит от формы и расположения частиц, как и следовало
ожидать. Подобные же опыты делались Сиккером, Твингом, Кисслин-
гом, Шмидтом.
Вообще, диэлектрический коэффициент, как указано выше, не
есть свойство аддитивное, в особенности при смешении
достаточно тонком. Так, Баккара и Пондольфи нашли для параффина
- 31 -
значение диэлектрического коэффициента 2,36, а для смеси равных
частей того же параффина и железных опилок—величину
диэлектрического коэффициента 14. Индуктивность металлов, думают обычно,
весьма велика, и следовательно вышеприведенное число явно
свидетельствует о неаддитивности индуктивной способности.
Эренглфт в 1902 г. нашел, что индуктивная способность смесей
гексана и ацетона меньше вычисленных по правилу смешений; но в
■ту же сторону отступает от вычисленной таким способом и плотность
этих смесей,—причем зависимость между плотностью и индуктивностью
оказывается линейною {фиг. 6). Подобное же исследование было
проделано в 1900 г. Ж. БиллитцЕРом (см. ниже).
Относительно растворов Ф. Гайнесом в 1897 г. и 1905 г. была
.доказана приблизительная применимость правила смешения, но
аддитивным является не диэлектрический коэффициент, а величина,
указанная Филипом (7). Правило Филипа было проверено на разных
жидкостях, в том числе на фенолах и их .эфирах, в бензоловых и
метаксиловых растворах.
Гаррингтон в 1916 г. исследовал диэлектрический коэффициент
растворов водных. Прежде всего, он установил большую близость
индуктивности воды чистой (е^78,7) и воды обыкновенной (е=78,б).
Это—чрезвычайно важное наблюдение, ясно доказывающее
независимость друг от друга ийдуктивности и проводимости вещества. В то
время как.проводимостьвозрастаетв десять тысяч раз, индуктивность
не только не возрастает, но даже слегка убывает, в 1,003 раза. Это и
понятно: индуктивность определяется главным образом природою
каждой молекулы и следовательно не должна существенно изменяться
от незначительного количества примесей, тогда как проводимость
зависит не только от молекул самих по себе, но и от удобоподвиж-
ности в объеме вещества электрических зарядов, а это последнее
может быть весьма, изменяемо и ничтожными следами инородных
примесей, изменяющих самую структуру вещества, например
вызывающих выпадение дисперсной фазы п т. п.
Далее, по Гаррингтону, диэлектрический коэффициент сахарного
раствора правильно уменьшается с возрастанием концентрации: от
77,64 (при молекулярной концентрации 0,1) до 68,87 (при
концентрации: 1,4). В растворах мочевины диэлектрический коэффициент,
напротив, возрастает с концентрацией: от 80,22 {при молекулярной
концентрации 0,5) до 86,17 (при концентрации 3,0).
Раствор метилового алкоголя в воде дал:
Концентрация
100,0
84,0
75,9
48,0
33,1
17,4
Нидуктпвігость
33,7В
40,96
45,31
57,44
64,47
71,11
— 32 —
В 1921 г. опубликовано весьма тщательное исследование
индуктивности растворов, произведенное Лэттеем. Были изучены им сперва:
индуктивность воды и глицерина, в зависимости от частоты, при чем
частоты менялись весьма значительно; затем были исследованы четыре
раствора: сахара—как типичного не-электролита, хлористого калия—
как одно-одно-валентного электролита, медного купороса—как дву-дву-
валентного электролитаи тетра-этпл-аммония-нафтален- fJ -сульфоната—
как одно-одно-валентного электролита со сравнительно большими
ионами. Частоты менялись значительно. С возрастанием концентрации
раствора индуктивность правильно падала, и графы зависимости во
всех четырех случаях оказались линейными.
Практически имеет особое значение вопрос об индуктивности
искусственных твердых диэлектриков пз основного диэлектрического
вещества и нейтральной основы или нейтрального порошкообразного
наполнения плп пополнения. Таковы, например, пропитанные
различными веществами пряжи и ткани, параффпнированные, навощеные и
другие бумаги, различные сорта бакелита и карболита с наполнением,
миканит, турбонит п т. д. и т. д. Но к сожалению, законы именно
таких смешений мало выяснены. Отметим в частности: некоторые
сорта параффина имеют диэлектрический коэффициент около 1,5,
церезин около 2, стеариново-кнслый аммоний 1,5, монтанский воск 1Д5,
карнаубский воск около 2,5; а те же вещества в соединении с бумагою
дают соответственные числа 5,5, 6,75, 4,5, 5 (все эти числа
приблизительны); см. [15] фпг. 9 и фиг. Ю.
И теоретически п практически весьма важно составить себе
представление, что делается с индуктивностью вещества от прибавки
к нему весьма незначительных количеств посторонних примесей.
Вопрос этот неминуемо Должен быть поставлен, раз мы знаем, что
проводимость и другие характеристики вещества значительно меняются
от ничтожнейших прішесей. Хотя скорее следует, ждать, что
индуктивность в этом отношении не похожа на другие характеристики
-диэлектрика, но тем не менее возможны опасения, что это не так.
Работы этого рода еще не достаточны; но уже выяснилось, что
в разных случаях дело обстоит по разному. Иногда, действительно»
небольшие примеси не изменяют заметно диэлектрического
коэффициента: но иногда это изменение весьма значительно. Вероятно, тут
происходят какие-либо химические процессы. По Леннерту (1910 г.),
галоиды свинца очень изменяют свою индуктивность в зависимости
от своей чистоты; ^ двойные фосфорные еоліі калия и земельных
металлов, прибавкою тяжелых металлов, в этом отношении зайетно
не изменяются.
Весьма своеобразна найденная в 1909 г. Колли зависимость
электрического показателя преломления (»= Ѵ^) У 95~100%-ного
алкоголя от малых прибавок воды. Сперва п быстро возрастает, например
на 10%» при содержании воды менее 1%; затем сильно понижается,.
— 33 —
оставаясь постоянным при дальнейших прибавках воды. Затем снова
идет резкий подъем и спуск, и т. д. В промежутке изменения водной
примеси между 0% и 5% находится пять таких подъемов. Так как
концентрации, определяющие такие подъемы, не зависят от длины
волны и температуры, то дело идет следовательно о молекулярном
осложнении вещества.
Теоретически решающим является растворение в воде малых
количеств электролитически проводящих солей. Проводимость воды
при этом существенно - изменяется, тогда как индуктивность н е
претерпевает заметных перемен. Кулидж в 1899 г. и Пальмер в 1S92 г.
проследили индуктивность чистой воды при* прибавлении к ней
ничтожных количеств медного купороса и хлористого калия. В то
время, как проводимость возрастала в 5~6 раз, никакого изменения
индуктивности не обнаружилось. Друде в 1896 г. измерял
электрический показатель преломления воды, изменяя- проводимость ее от
7,4.іо-10 до 5-10-' (сравнительно с проводимостью ртути, принятой
за 1). Показатель электрического преломления изменялся тогда в
пределах 1%. Но когда проводимость возрасла до 38.Ю-1, показатель
преломления уменьшился на 100/0. Аналогичные исследования с
раствором поваренной соли делались Коном в 1892 г. и Смалле в
1897 г.—с различными солями. Результаты оказались приблизительно
те же, что и у Друде.
Индуктивностью смесей воспользовался Жан Биллитцер в 1903 г.
для измерения диэлектрического коэффициента. Основная мысль
приема: применить для измерения диэлектрического коэффициента
неоднородное электрическое поле в жидком диэлектрике, коэффициент
которого может быть изменяем и заранее известен по составу
примененной жидкости. Еели, теперь, на тонкой кварцевой нити подвесить
в этом поле между двумя платиновыми проволочками маленький шарик
или тонкую нить испытуемого диэлектрика, то испытуемое вещество
будет втягиваться по направлению положительного градиента, т. е. в
область сгущенных силовых линий, или выталкиваться оттуда, в
зависимости от того, больше или меньше диэлектрический коэффициент,
этого тела, нежели таковой же окружающей жидкой среды. Делая
диэлектрический коэффициент этой жидкости таким, чтобы уклонения
испытуемого диэлектрика были то положительными, то
отрицательными, и измеряя помощью окулярного микрометра величину этого
уклонения, нетрудно затем найти интерполяцией тот диэлектрический
коэффициент жидкости, при котором отклонение исследуемого
диэлектрика будет нулевым; это и есть диэлектрический коэффициент
испытуемого вещества. Ради избежания электролитической поляризации
Биллитцер рекомендует пользоваться полем переменным, частота коего
велика сравнительно с собственными колебаниями маятничка из
кварцевой нити и испытуемого диэлектрика. А для избежания
капиллярных сил, платиновые проволоки дважды изгибаются под прямым
утлом так, чтобы горизонтальная часть их проходила уже в жидкости.
П, Флоренский.—Диэлектрики. ' 3
— 34 —
Частица испытуемого диэлектрика приклеивается к кварцевой нити-
ничтожным количеством коллодия. Наблюдение этого маятника
производится через небольшое микроскоп.
і
е.
25
Ю
м
I
1
)б
/О
5 -
S
"
1
<г
$
і
/
Гі
°\А°
і
/
Ft
і
КС
J)o
I
'/
і
/,
' і
h
/1
(
д(о г
,1
0
о ао № so so 700;
/\Ц.ЕТОИ
ТГрСЦЕНГ/іОВ СОЖЕРЖ-
Ф н. г. 6. Крпвая эавпсшшстп
диэлектрического коэффициента смесп гэксапа с
ацетоном от процентного, состава смесп
(сплошная лпнпя). Пупктпрол проведена
крпвап зависимости диэлектрического
коэффициента тон;кс смесп от плотностп
прп соответственной процентном составе1 -
(Но Эреиглфту.)
Что касается до жидкости, то
Бшшитцер пользуется смесью гек-
сана с ацетоном. Эти вещества
смешиваются между собою во всех
пропорциях, обладают далеко
отстоящими друг от друга
диэлектрическими коэффициентами (1,85 И 23,07),
и потому из них можно получить
смесь с любым диэлектрическим
коэффициентом между этими
пределами. Так как уже небольшие прибавки
ацетона быстро повышают
диэлектрический коэффициент смеси, то его,
небольшая, электропроводимость не
мешает измерению. Эренглфт дает
кривую (фиг. 6), связывающую
процентное содержание смеси гексана и
ацетона с диэлектрическим
коэффициентом его; эта зависимость оказывается
весьма близкою к линейной. С другой
стороны, весьма близка к линейной и
зависимость отклонения маятника от
диэлектрического коэффициента
жидкости. Поэтому, в небольших областях,
зная по таблицам или из кривых
точное значение диэлектрического
коэффициента жидкости при данном ее
составе, можно интерполяцию
производить линейно.
Вот пример измеренияБиллитцером'
диэлектрического коэффициента
стекла, взятого в виде очень тонкой нити.
Состав шл
ндкОСтн в
ой'мишзс частях
Гексаи
1
9
6
4
3
1,5
Ацетон
0
]
1 ■ 1
1
J
1 ;
Диэлектрический
коэффициент
этой смесп
1,85
3,4G
4,Э0
'1,81
5.!)0
Ь,40
Отклонение пптц
в произвольнои
едпппце
намерения
— 10
—2-^ — 3
+і~-И
- а
-10
-17
— 35 —
Интерполяция этих результатов (ф и г. 7) дает диэлектрическому
коэффициенту данного сорта стекла число 3,9; конденсаторным приемом
нашлось диэлектрическому коэффициенту этого же сорта стекла—
значение 4,1. Принимая во внимание малую точность конденсаторного
способа и, кроме того, молекулярные изменения, возникшие в стекле
при вытягивании его в тонкую нить, которые не могли не изменить
его индуктивности, приведенные результаты следует признать
достаточно согласованными между собою. Этот метод измерения
диэлектрического коэффициента может быть применен н к жидким
диэлектрикам; но тогда поступают наоборот и, установив неравномерное поле в
исследуемой жидкости, вводят в нее маятнички или просто нити из
веществ с уже известным
диэлектрическим
коэффициентом. Биллитцер
рекомендует иметь для этой
цели набор стеклянных
нитей из различных сортов
стекла,—коэффициент
какового может меняться в
пределах от 4 до 10, и даже до
13. Выбор именно стекла для
этой цели определяется
между прочим его химическою
неизменяемостью в
большинстве жидкостей, его
упругостью и легкостью выделывать
из него маленькие шарики,
нити и т. д.
Метод Биллитцера,
несомненно полезный, вообще
незаменим, когда имеются очень незначительные дозы испытуемого
вещества, твердого или жидкого, или когда затруднительно выделать
из него сравнительно большие и тонкие пластинки, необходимые в
большинстве других приемов измерения. Несомненно, этот метод может
быть приспособлен к микро-исследованиям, и тут для измерения
диэлектрического коэффициента будет достаточно ничтожнейшей крупинкп
твердого диэлектрика или части капли — жидкого. Возможно даже
дальнейшее упрощение этого метода, путем исследования под
микроскопом мельчайших частиц вещества в жидкостях с заранее
известным диэлектрическим коэффициентом.
Однако, применение метода Биллитцера должно быть оговорено:
ацетон и гексан надлежит тщательно охранять от сырости и
смешивать лишь непосредственно пред применением.
11. Зависимость индуктивности от времени. Значение
диэлектрического коэффициента оказывается весьма различным, в зависимости
I
I
О
V
I
а н 6 а іо а.
гЛиЭЛЕК ТРИ ЧЕС НИИ ПОЗ 9» ФИЦ
Фиг. 7. Пример шчпсдйпкя диэлектрического
коэффициента путем графической интерполяции паблюде-
пші с жидкими смесями гѳксапа и ацетона. Пупктпр-
пал ордппата соответствует искомому решению.
(По Ж. Бплдптцеѵі).
— 36 —
от времени, в течение которого диэлектрик находится под действием
электрического поля. Во первых, при длительном действии
электрических сил может сказаться на результатах исследования искажающее
влияние электропроводности исследуемого вещества; но величина
индуктивности может, во вторых, оказаться функцией этого времени
т и помимо косвенного влияния электропроводности, при чем е
уменьшением ■* уменьшается и значение е. Диэлектрик не поляризуется
в большинстве случаев мгновенно, и потому емкость конденсатора
будет различною, в зависимости от времени его заряжения: чем
больше это время, тем больше емкость, даже при поправке на
процессы проводимости.
Поэтому, еслп наэлектризованную пластинку внезапно
приблизить к диэлектрику, не доводя их до соприкосновения, то потенциал
пластинки почтп мгновенно падает, а затем или остается неизменным
(вода, чистая сера), или же начинает убывать и асимптотически стре^
мйться к некоторому пределу. Так, для сернистого углерода
отношение установившегося потенциала к первоначальному через 40 секунд
после опускания пластпнки было 0,828, а через 80 минут 0,405;
для керосина то же отношение через 20 сек. было 0,855, а через 80 мин.
0,597; для эбонита оно таким же образом уменьшилось от 0,501. до
0,894. Это значит, диэлектрический коэффициент соответственно
возрастает со временем действия электрических сил.
Но если это увеличение асимптотично, то следует яедать, что при
изменении промежутков времени действия около весьма малых
сроков, это увеличение должно быть особенно заметно. Опыт
подтверждает сказанное. Дыоар и Флеминг нашли для льда при 0°, когда
t сравнительно велико, s = 78, а когда * весьма мало, то в=2
(переменное поле электрических колебаний). В 1874 г. Н. Н. Шиллером
была дана табличка изменений индуктивности, в которой первый
столбе'ц, относитсяк т'г=в.Ю~5 сек., а второй—к ?=о,02 сек.
Вещество
Бу.ікаппзсіЕанпын ray чу к .
impaijjijjmr прозрачный
параффпн белый ....
полубелое стекло ....
белое зеркальное стекло .
Диэлектрический
коэффициент
I
2,21
2,69
1,63
1,85
3,31
5,83
Л
2,76
2,34
2,94
1,92
2,47
4,12
6,34
— 37 —
В 189 ( г. Э. С. Ферріг дал аналогичную табличку, но для
других-; первый столбец относится к т = з.10-8 сек., а второй—к - = 0,002:
Вещество
Диэлектрический
коэффициент
I
рициновое масло. . . .
оливковое пасло . . . .
хлопчато-бумажное масло.
короегш
эбонит
кварц j. оси
кварц И оии
4,49
3,02
3,00
1,99
2,32
4,04
4,27
II
4,65
3,13
3,09
2,05
2,55
4,46
4.38
Однако, еще вопрое, не следует ли видеть в этом различии
индуктивности по отношению к электрическим волнам разных длин—
настоящей дисперсии. Разница тут с простым изменением от
длительности действия поля индуктивности та, что изменение
индуктивности указывает на несовершенно упругую деформацию молекул и
атомов, возрастающую при длительном приложении сил, когда как
дисперсия есть электрический резонанс этих самш систем в ответ
на возбуягдение определенного периода. Не вдаваясь в многочисленные
измерения того же рода, что п приведенные выше, отметим лишь
одно обстоятельство: при большой частоте перемен поля часто
обнаруживается, наряду с нормальной дисперсией электрических волн,
так же и аномальная, при чем установлены и полосы поглощения.
Так, у жидкого параффина, керосина, нефтяного масла, терпентина,
бензола и рицинового масла, в предела! двух очень высоких октав
электрических колебаний, И. И. Косоногов в 1902 г. наблюдал
дисперсию нормальную; а по наблюдениям Лампы в 1S96—1S97 гг.,
параффин, эбонит п сера в твердом состоянии, бензол, глицерин,
терпентин, абсолютный алкоголь и вода, при частотах здб.ю^-^т.ю10,
имеют дисперсию аномальную. Это заставляет подозревать тут именно
резонанс [62].
12. Индуктивность и диэлентричесное последействие.
Индуктивность вещества, как сказано, может быть называема электрическою
упругостью. То обстоятельство, что упругая деформация
диэлектрика не устанавливается мгновенно, побуждает считать диэлектрики
веществами упругости не идеальной; они обладают своего рода
упругим последействием и, не сразу подаваясь действию поля, не сразу
и восстанавливают свое первоначальное состояние, когда
деформирующая причина прекратилась, — таков один из источников остаточного
заряда конденсатора. Таким образом, действие поляризующей силы
на диэлектрик зависит не только от наличной величины поляризации,
— 38 —
но и от смысла изменения этой величины,—ее возрастания шш
убывания. Иначе говоря, электрическое состояние диэлектрика есть
явление, как принято говорить теперь, «с паследвтвеипостыо», зависит
от всей его предыдущей «электрической истории», невыразимо
дифференциальными уравнениями (как и все подобные явления:
механическая упругость, движение в сопротивляющейся среде, магнитный
гистерезис и т. д.) и может быть аналитически изучаемо уравнениями
интегр о-дифференциальными.
Подобное несовпадение во времени поляризующей силы и
производимой его поляризации может быть понято, если допустить в
диэлектрике, наряду с самою поляризациею его, еще вторичный
процесс^ имеющий свою скорость, т. е. некоторый разрыв молекул (а
не только растяжение их), при чем вторичный процесс заключался бы
в передвижении оторванных электронов или ионов, а затем—в
возвращении их на прежние места и в восстановлении молекул. Ясное
дело, амплитуда этого перемещения должна быть ограниченна, так
как в противном случае восстановление молекул станет невозможным.
Следовательно, в диэлектрике, индуктивность которого есть функция
времени, должна быть подозреваема неоднородность двустепенная:
во первых, зернистость молекулярная, объясняющая самую
индуктивность, и, во вторых, слоистость, волокнистость или зернистость более
грубая, сравнительно с первою, но все же тонкая относительно
размеров диэлектрического тела. Эта последняя неоднородность н есть
.условие диэлектрического последействия. Пусть элементы
неоднородности (ради простоты будем говорить только о зернах,
подразумевая тут и иные виды неоднородности) электропроводящи весьма
мало, т. е. весьма медленно пропускают сквозь свою, хотя и
небольшую, толщу отщепленные силами поля от молекул электроны; тогда
предел электрической упругости вещества, как целого (—не отдельных
молекул, а всего вещества—), будет достигнут сравнительно в большой
промежуток времени; и наоборот, в большой же промежуток времени
восстановится в веществе исходное состояние, когда поле уже
прекратило свое действие. Тогда понятно, что, при очень
кратковременном импульсе электрических сил, отхождение этих электронов от
распавшихся молекул произойти не успеет, и потому в поле большой
частоты диэлектрик будет вести сео"я, как идеальный. В таком случае,
изменяя частоту, при высоких ее значениях, мы не изменим
существенно индуктивности; но при временах действия значительных,
разница индуктивности получится заметною. Такой диэлектрик не
должен обнаруживать слишком больших диэлектрических потерь, но они
будут иметь характер гистерезиса в собственном смысле слова.
■ Напротив, если проводимость вышеупомянутых зерен в
диэлектрике весьма велика, то отделившиеся электроны будут проходить
взад и вперед всю толщу зерна весьма быстро; и потому наибольшее
значение диэлектрического коэффициента будет устанавливаться в
сравнительно короткие промежутки действия поля. Потому, изменяя
— 39 —
промежутки, и без того сколько-нибудь значительные, мы мало
изменим величину диэлектрического коэффициента. Когда не мы станем
подходить к весьма кратковременным действиям сил поля,
диэлектрический коэффициент может начать меняться. Такой диэлектрик
должен обнаруживать значительные диэлектрические потери, при чем
они будут иметь характер гистерезиса вязкого.
Наконец, можно предвидеть и еще одну возможность. До сиз
пор мы считали между-зерновую среду вполне непроводящей.
Немыслима та или другая степень ее проводимости. Тогда расщепление
молекул окажется необратимым, предел электрической упругости
никогда не будет достигнут, и следовательно диэлектрик будет вести
себя так, как если бы индуктивность его была [ бесконечно-велика.
Но, кроме того, и стационарный ток будет устанавливаться и
прекращаться Спомимо явлений самоиндукции) не сразу; а при известных
условиях, т. е. при известном соотношении проводимости зерен и
проводимости среды, данная напряженность поля может вызвать
ускорительно наростающий поток электронного газа, завершающийся
электрическим взрывом, т. е. пробоем диэлектрика.
Итак, микроструктура диэлектрика и его ультра-микроструктура
есть причина весьма различных электрических свойств его. Вполне
чистые, т. е. микроскопически однородные диэлектрики, не
содержащие в себе никаких инородных включений, не дают* остаточного-
заряда. Ряд исследователей нашел отсутствие остаточного заряда у
исландского шпата, у вполне чистых:: параффина, параффинового
масла, керосина, терпентинного масла, ксилола, бензина и — почти
отсутствие остаточного .заряда у хороших кристаллов горного
хрусталя, тогда как диэлектрик, составленный из нескольких елоев-этих
веществ, т. е. искусственно сделанный неоднородным, обнаруживает
остаточный- заряд (дальнейшее о том же см. в [50] и далее).
13. Зависимость' индуктивности от давления. При пользовании
диэлектриками приходится сталкиваться с вопросом о давлении,—не
изменяет ли оно существенно индуктивности? Вопрос этот важен
теоретически, но и практически далеко не безразличен. Если. индуктивг
ность идеального диэлектрика представлять себе под образом модели
из упругих пружинок, 'мысленно подставленных на место молекул,
то мера электрической упругости, диэлектрический коэффициент,,
должна определяться: 1°, числом таких пружинок в толще
диэлектрика, т. е. плотностью вещества; 2е, степенью упругости каждой иа
пружинок, самой по себе, т. е. формою и величиною молекул; 3°,
взаимодействиями пружинок между собою, изменяющими наличную их
напряженность.
Молекулы газбв между собою почти не взаимодействуют, и
потому упругость газа не деформирует его молекул; следовательно,
нужно ждать, что диэлектрический коэффициент газов
пропорционален плотности их или давлению. Но этот коэффициент у газов
— 40 —
вообще очень мал (например, - индуктивность воздуха 1,000 590, угле-
кислоты 1,000 946, окиси азота 1,000 994, 'паров ртути, по новейшим
измерениям, 1,00074 и т. д.). Поэтому вопрос об изменении газовой
индуктивности имеет в электротехнике пока вообще второстепенное
значение. Однако, эти малые вариации небольшой газовой индуктивности
едва ли всегда будут рассматриваться техниками как нечто
безразличное: в электронных трубках, в процессах образования короны и
газовом пробое, затем в радиотехнике, поскольку, и малые, эти
вариации могут в волновых процессах давать существенные результаты,
индуктивность газов и ее изменения вероятно будут учитываемы.
Относительно нее отметим лишь, что зависимость индуктивности от
давления оказывается действительно линейною, вида
(8) *, = 1 + Ьр
где Ь постоянный множитель, а $> давление. При этом хорошо
удовлетворяется соотношение Моеотти-Клаузиуса.
У жидкостей, по исследованиям Рентгена и Рлтцл,
индуктивность н е меняется, по крайней мере практически заметно, с
возрастанием давления до 500 атмов. Этого и следовало ждать, поскольку
число молекул в объеме жидкости давлением не изменяется, а сдру-
гой стороны—едва ли меняется при этом и форма молекул.
Практически эта неизменность индуктивности жидкости о'чень важна,
поскольку она позволяет не беспокоится в этом отношении насчет
трансформаторного масла, которое в больших трансформаторах
значительно давит своим весом на нижние слои и могло бы,
следовательно, искажать электрические поля, если бы индуктивность от
давления вообще зависела.
Однако, есть данные об изменении индуктивности некоторых
жидкостей в зависимости от давления. Рентген в 1894 г., Рлтц в 1896 г.
и Ортвлй в 1911 г. пришли к выводу, что диэлектрический
коэффициент этилового и метилового алкоголей, воды, этилового эфира,
бензола, хлороформа и других жидкостей слегка возрастает, но не более
чем на 1%, когда давление увеличивается от 1 до 500 атмов. Более
точное исследование Фалькенберга дало такие результаты:
Ж П Д К 0 С Т 1,
этиловый алкоголь . . .
метиловый алкоголь. . .
Прирост
давления
(в атмах)
91::
18'»"
1ЭЛ
185
Прирост днэлек-
' трпчоского
коэффициента,
(в процентах)
оде»;0
1,8 •/,
l,S8»/„
ФинЕН в 1897 г. дал зависимость индуктивности от давления:
(9) », = »<. (1 + «Р-Й>*)
— 41 —
Но соотношение Мосотти-Клаузиуса для жидкостей явно не
подтверждается.
Наиболее важно было бы проследить, как ведут себя в
отношении индуктивности тел& твердые, когда они подвергаются
механическим напряжениям, т. е. кик связаны между собою деформация
электрическая и деформация механическая. Это—вопрос практический:
в самом деле, еелж бы индуктивность существенно менялась при этом,
то линейные изоляторы, глубоководные кабели и другие
изолирующие приспособления могли бы заметно искажать поля в них, расчн-
танные без учета соответственных перенапряжении, и следовательно
изоляция подвергалась бы опасности быть перегруженной. В частности,
сотрясение проводов, бурею например, могло бы' оказаться в этом,
смысле роковым. Ждать некоторого изменения индуктивности от
механических сил, приложенных к диэлектрику, было бы у твердых тел
возможно, поскольку их приходится рассматривать не как аггрегат
независимых молекул, а как одно строение, если угодно—одну
молекулу, в которой деформация одного места не может не отразиться
натяжениями всего тела. Но определенных исследовании ставимого
вопроса не имеется; практика же повидимому показывает, что степень
такого влияния во всяком случае невелика. Когда делались попытки
измерять индуктивность тела, растягиваемого перпендикулярно
силовым линиям, они не привели к определенным результатам: Кор-
бнно нашел, что г при этом убывает, а Дессау—обратное. Взаимопротиво-
речивы и другие исследования. Точно также не дало никаких
положительных результатов исследование того, как зависит индуктивность
от кручения диэлектрика. Возможно, деформации целого тела мало
меняют силы взаимодействия электронов, в частности—и в пределах
отдельных атомов и молекул.
Может быть поставлен также и обратный вопрос, а именно о
механических свойствах диэлектрика,'когда он поляризован
электрическим полем (например при циркуляции трансформаторного масла).
В отношении'твердых тел такого исследования, кажется не было
предпринимаемо. Но есть одна работа такого рода, а именно, Сатиендры
Рэя от 1922 г., имевшая задачею изучить вязкость воздуха,
пронизанного электрическими силовыми линиями. Исследователь исходил из
той мысли, что в электрическом поле молекулы доляшы изменять свою
форму, а следовательно — и нормальное к полю поперечное сечение, а
это должно отразиться на вязкости газа. Измерялось время истечения
определенного количества воздуха чрез плоский стеклянный приемник,
образующий конденсатор, 'который в одних случаях заряжался, а в
других имел разность потенциалов нулевую. Опыты показали, что при
градиенте поля 18 kV: cm изменения вязкости воздуха наверное ниже О, з%-
14. Зависимость индуктивности от температуры. Наиболее
обследовано и вместе с тем наиболее важно на практике влияние на ян^у
тивноеть—температуры: у диэлектриков всех трех агтрегатных
— 42 —
состоянии е с температурою меняется, но это изменение далеко не
всегда может быть выражено простою зависимостью. Температурный
коэффициент индуктивности почти у всех тел довольно значителен;
но у жидкостей и газов, он, вообще говоря, отрицателен, тогда как у
твердых тел чаще—положителен.
Индуктивность газов с повышением температуры убывает; в 1901 г.
Бедекер исследовал в этом отношении: сернистый ангидрид, аммиак,
хлористо-водородную кислоту п азотный ангидрид, а также пары:
воды, сероуглерода, алкоголя метилового и алкоголя этилового.
Точно также, целым рядом исследователей найдено, что
индуктивность жидкостей тоже убывает с возрастанием температуры; П. И. Валь-
ден в 1910 г. подтвердил многочисленными измерениями, что
отрицательный смысл температурного коэффициента жидкостей действительно
есть общеприменимое правило. Но, как и для газов, в отношении жид-
костей при переменах температуры формула Мосотти-Клаузиуса
удовлетворяется сравнительно редко (в эту формулу вводится собственно
не температура, а объем при изменившейся температуре).
Исследованы: бензол, толуол, ксилол, глицерин, сероуглерод, этиловый эфир
и другие жидкости; исследованы также ожпженные: углекислота,
хлор, аммиак, окись азота и сернистый ангидрид.
Аввегг предлояшл в 1897 г. экспоненциальную зависимость
индуктивности ящдкостей от абсолютной температуры Т:
_Т_
(10) * = Се 1S0
(тут С — постоянное). Наиболее тщательно и притом многими
исследователями изучена в разбираемом отношении вода, при чем в
температурном промежутке между 4°,7 и 20°,75 эта зависимость выражена
Геервлхеном линейно:
(11) е = 87,032 — 0,362*.
Есть еще исследования того же рода, из которых особенно
замечательно—Фанвшілера, выяснившего в 1904 г., что индуктивность воды
правильно уменьшается, когда температура растет от С до 28", при
чем в точке наибольшей плотности, при 4°, течение индуктивности
не обнаруживает никаких особенностей.
Сводку большинства наблюдений над температурным
коэффициентом индуктивности жидкостей можно найти у ІПредингерл, в
первом томе нового издания „Курса электричества и магнетизма",
издаваемого Гретцем (SS. 216—217),в таблицах постоянных и числовых
данных, публикуемых Международною Ассоциациею Академий, и т. д.
Что касается до твердых тел, то с возростанпем температуры
индуктивность их изменяется не в одном смысле Сфиг. 8). Так по Пелла
и Сасердоту (1S99 г.), индуктивность параффина при нагревании
18 —
уменьшается, а эбонита — увеличивается. Ысследованы в отношении
индуктивности при весьма низких.температурах, Дыолі>ом и Флемингом
и другими, многие растворы,
замороженные газы и
органические вещества.
Диэлектрический коэффициент льда
между —206° и —21° воерастает
от 2,43 до 61,3, при чем закон
возрастания очень
приблизительно имеет вид
параболический; по более точным
измерениям, при —100е
диэлектрический коэффициент льда еще
менее: 1,7б.Подобноэтоыу, при
повышении температуры от
—200° до —40°, индуктивность
глицерина растет от 3,2 до 60.
Ниже приводится таблица
температурного и з м е н е н и|я
индуктивности твердых тел,
по Флемингу и Дьюлру (1897 г.).
Замечательно стремление
индуктивности всех этих
веществ почти к одному пределу,
по мере сильного охлаждения
вещества. Что касается раство-
&
2-й
ее
і: .S3
«1-
•>
■+
е.
^
Ііі
-1
.So
.41
.40
.35
.30
.и
^ .05
Ь 9лЛ
Л /.35
а.
!•
6
щ &
е
<* *
*
і
і
.*
>t
о to го ао чо jo еч> ?о во за 'оо Ц
Фиг. 8. Кривые зависимости диэлектрического
коэффициента от температуры и аггрегатного
состояния для твердых ді(электр[сков, при частоте
ш = 3000. cut еыроіі чистый паракаучук, б^эбоинт,
ев параффип (при 540 0П 1іиеет точку ллавлепня, что
выражается перегибом кривой). (По А. Швайгеру).
Вещество
вода
метиловый алкоголь .
этиловый алкоголь . ,
амиловый алкоголь .
муравьиная кислота .
аіштоіі
этиловый эфир . . .
касторовое масло . .
оливковое масло. . .
сероуглерод
анилин. ,
фенол
атнл-пнтрат . . . .
Индуктивность при
15"
70,8 (при — 7-,5)
34,0
25,8
16,0
69,0
21,85
4,25
4,78
3,16
2,67 "
7,51
17,72
Индуктивность при
—1850
2,42
3,13
3,11
2,14
Ml
2,12
2,31
2,19
2,18
2,2-1-
2,92
2,54
2,73
Наблюдатели
Флеминг ][ Дыоар
Твпнг
Перист
Твпнг
Нернст
Гопкписон
Смалле
Твпнг
— 44 —
ров солей, то при низких температурах одни из них делаются весьма
мало индуктивными, тогда как индуктивность других чрезвычайно
. велика (едкий натр и едкое кали), а некоторые металлические окиси,
равно как и лед, при весьма низких температурах даже повышают
свою индуктивность (например до 133 при —200°).
В узком температурном промежутке между 15° и 16°
индуктивность целого ряда твердых веществ, важных в техническом
отношении, увеличивается сповышением температуры, как нашел Касси,
в 1889 г., при чем температурный коэфициент а, т; е. относительный
пріфост индуктивности на 1°, дается табличкою:
слюда стекло I стекло II нараффнн
= = 0,0004 0,0012 0,002 0,0023
а величина индуктивности при температуре t выражается
соотношением:
(12) e> = Se(l+«0
поскольку даные Кассп могут быть распространяемы на температуры
вне указанного промежутка.
Грей и Добей в 1900 г. исследовали различные английские
стекла; при повышении температуры приблизительно от комнатной
до 130°, стекла меняют свою индуктивность на несколько десятых
единицы:
Отекло ■
43 SiOs, 5 РЬО, SNaoO, ЗКоО
10 Sift., 3 РЬО, 3 XajO
сишщово-калпеиоо стекло Поуэ.мя.
Индуктивность
прг: инзко'гі
теипературе
7,06 при 100
5,42 „ 8»
7,22 „ IS*
Нпдуктішііості.
при высокой
температуре
7,90 при 1300
5,69 „ 1300
7,40 „ 1400
Зависимость индуктивности от температуры различна при различных
длительностях в зарядке конденсатора [11], и расхождение индуктивио-
стей при различных частотах тем более, чем выше температура. Так,
по исследованиям ГГ. Кюри и Комплнл в 1902 г., у кронгласа например
индуктивности одинаковы при —75е и ниже, если время зарядки
изменяется от 10 сек до 0,05 сек. Но при температурах более высоких,
начинается расхождение, и при 13° оно достигает уже 4-, что
составляет . более 60%. Ясное дело, этого рода исследования чрезвычайно
важны практически, например в радио-технике, при работах на морозе,
или в компенсаторах сети (компенсаторы сдвига фаз), если они
попадут в непредвиденные температурные условия.
Таковы главнейшие найденные до сих пор закономерности.
Необходимо отметить, что большинство исследований дробны и
недостаточно объединены общим замыслом, вследствие чего остаются не-
— 45 —
выясненными: ни общие законы зависимости диэлектрического
коэффициента от температуры, ни эмпирические соотношения этих двух
величин для веществ, наиболее важных в электротехнике. Самою
'ценною до сих пор остается формула Девал, предложенная в 1912 г.
Ею учитывается, на ряду с квази-упругйми электронными связами, и
взаимодействие крепко связанных диполей (понятие о диполе ввел
в 1603 г. Рейнганум), которые силами поля ориентируются, не меняя
своего электрического момента. При таких предположениях получается
зависимость между диэлектрическим коэффициентом, плотностью
вещества и абсолютною температурою:
(13) 1^4=»+**•
хорошо подтверждающаяся не только со стороны качественной, но и
количественно. Член а зависит от существования диполей; если эти
последние отсутствуют, то получается упрощенная формула:
15. Зависимость индуктивности от молекулярного строения и аггре-
гатного состояния. Индуктивность веществ существенно изменяется
иногда их молекулярным строением: достаточно напомнить хотя бы
об основном факте различия индуктивности в кристаллах, смотря,
по направлению. Но и помимо того, молекулярная структура
вещества может повести к неожиданным значениям диэлектрического
коэффициента; так, электролитически полученная о к и с ь титана
имеет удельную индуктивность 7,7, тогда как естественно
встречающейся, в виде минерала рутила, той же окиси свойственна, по
наблюдению Б. Шмидта в 1903 г., чрезвычайно высокая
индуктивность 117.
Весьма важного, как теоретически, так и практически,
представляется зависимость индуктивности от аггрегатного состояния тел. Тут
естественно ждать каких-либо изломов соответственного графа этой
зависимости.
В отношении испарения Эверсгеймом в 1903 г. найдено, что
жидкий аммиак, сернистый ангидрид и этиловый эфир, при переходе
через критическое состояние, меняют свою индуктивность без скачка;
но, по наблюдению Тангля, индуктивность эфира, с приближением
■его к критической температуре, быстро падает.
В точке плавления твердых тел индуктивность чаще всего
имеет скачек. Вели индуктивность жидкости велика, то, когда тело
отвердевает, нередко индуктивность его сразу получает очень малое
значение, как показали Аббегг и Зейтц в 1899 г., на большом числе,
органических яшдкостей; диэлектрический коэффициент определялся
быстрыми колебаниями, частоты 4.10s. Аналогичны наблюдения
Августина. Вот сводная таблица этих наблюдении:
— 46 ■*-
Вещество
хлорал-гидрат
муравьиная кислота
уксусная кгісютаі
фенол
фтааид
япфеяпд-мстаи
щавѳлово-кислый динвтил-эстер. .
окспііети.іея-беяшілдиаэпд,. . . .
оксиѵвтн лен-каы фора
дн бе изоа-мстаіг.
іпбепзол-нетал (ве кислый) , , .
бензоііз-ацетои
ацетоп-оксаль-метпл-зстер . . . .
aDGTO-фЕпоЕ-оксаль-этил-эстер . .
ацето-фепоп-оксадь-метпл-зстер. .
яптарпо-кпслиіі эстер
иі-дпвптробсвюл !. . .
I, 3, 5-трішптроиепзид
порм-яѵ-нптробепзальдокспм . . .
иао-га-пнтробепзальдоксим, . . .
а-ампсняьдокснм
В-онлсальдокоим
Индуктивность
:кпдкого
вещества
13
57,0
6,46
9
36
2,6
9,2
5
12,4
10,0
7,6
15,4
15,4
7,9
12,8
3,0
20,6.-.
7,21
48,1
59,3
9,28
10,9
Индуктивность
твердого
вещества
3,3
19,6
4,1
4,3
4
2,7
3,1
6 '
5,1
3,6
3,6
2,8.
2,3
3,3
2,8
2,5
2,85
2,2
2,5
2,7
2,7
2,7
Практически ценные наблюдения были опубликованы в 1918 г.
Вебером и Мак-Кэем (из лаборатории Вестингауза). Различные
вещества (параффин, церезин, стеаринов о-кислый аммоний, воск монтан-
скии и воск карнаубский), исследованные в чистом виде, обнаружили
при изменении температуры от 30° и примерно до 100°, т. е. около
точка плавления, сравнительно небольшие изменения индуктивности;
(фиг. 9 и фиг. 10), но кривые индуктивности для этих же веществ,
включенных в бумагу, показывает в точке плавления из: резкое
изменение своего хода (с этими кривыми полезно сравнить кривую ЪЬ
на фиг. 8). Параффин и церезин в таком случае имеют явный
минимум, а три другие вещества, напротив,—максимум. Притом
индуктивность таких смесей с бумагою существенно иная, нежели у тех же
веществ в чистом виде. Поясним кстати: церезин — есть продукт
перегонки перегретого пара ископаемого воска, очищенного серною
— 47 —
кислотою ж животным костяным
при 60°-^ 65*. Карнаубский воск
из сев еро-бразильской пальмы
Gapernicia cerifera. Монтанский
воск —это воск горный, по- .
лучивший свое название от
места добычи, провинции
Монтана, северо-западного из
Соединенных Штатов Северной
Америка.
Еще некоторые данные
на счет той же зависимости
диэлектрического коэффици-
' ента от аггрегатного состояния
приводятся далее [55].
16. Зависимость
индуктивности от напряжения поля.
Необходимо также поставить
вопрос, до сих пор еще почти
не привлекавший внимания
исследователей, — о
зависимости диэлектрического
коэффициента от примененного н а-
пряжения поля.
Совершенно невероятна мысль о
независимости индуктивности
от сил поля, т. е. об
идеальной электрической упругости
диэлектрика, согласно Гуков-
екому закону: „at vis, sic fcensio".
Коль скоро мы явно имеем дело
даже с разрывом молекул и
атомов, при соответственной
напряженности поля, то
необходимо думать, что, перед
этим разрывом.пропорциональ-
ность электрического
смещения и силы поля существенно
нарушается, и смещение
возрастает гораздо скорее, нежели
сила поля. Этот вопрос не
намечен, может-быть, вследствие
недостаточно физических и
слишком формальных
представлений большинства об
углем; это—параффин, плавящийся
есть растительный воск, добываемый
6
ч
г
о
іГ
0
гГ
«А*
о
»**
чс J"o &Q .т
гГ-
□
<г
X
А
В
Те ПП ЕР АТУ РА
Фиг. Э, Кривые зависимости диэлектрического
коэффициента, от температуры при точке плавле-
шш твердых диэлектриков: аа вдраффші, а'а' па-
раффпп-бу.мага; 66 дерезпп, б'б' керевни-булага.
(По Веееру п Млк-Кэю.}
ТСППЕРАГУРА
Ф и г. 10. Кривые зависимости диэлектрического
коэффициента, от теаіпературы при точке плавления
твердых диэлектриков: ее стеарппово-кпелыіі аашо-
ішіі, е'е' стеарнпово-кпелый аммонии-бумага; гі
ііонтапекпіі воск, А' моптапскнК воск-Сумага; дд
карнаубский воск; д'д' карпаубекпй воск - бумага.
(По Ввмру и Мак-Кэю.)
— 48 —
идеальных диэлектриках. Между тем, теоретически предполагаемый
ускоренный рост диэлектрического смещения с силою поля
представляет интерес вовсе не только теоретический. Ведь рост этот должен
быть одним из существенных факторов тех частичных разрушений
вещества, которыми определяются остаточные заряды,
диэлектрические потери, электропроводность и, наконец, пробой изолирующей ■
среды. Только изучив зависимость величины индуктивности от силы
поля, можно связать все эти явления в один физический процесс и
уяснить себе механизм разрушения диэлектрика. Б теории
диэлектриков знание этой зависимости есть ступень существенно необходимая.
Однако, попытка уловить это изменение индуктивности с
возрастанием силы поля, сделанная Маттенклодтом в 1908 г., не
привела к успеху: в то время как градиент поля возрастал до 6.10в V: ею,,
индуктивность слюды не изменилась даже на Ю-5 своей
первоначальной величины. Явление Жерра (электрооптическое двупреломле-
ние), как выяснил Ланжевен в 1910 г., не обнаружило
пропорциональности электрического смещения с силою поля, что косвенно
подтверждает высказанную мысль о непостоянстве диэлектрического
коэффициента в полях 'различной напряженности. Далее, работа Гервега
в 1920 г. показала, что диэлектрический коэффициент этилового
эфира уменьшается на величину 6,7. ю-6 при возрастании
напряжения поля от 0 до 28,6 ЬѴ: era. Это изменение автор объясняет
поворотом в электрическом поле жестких электрических диполей с
постоянным моментом, введенных в теорию диэлектриков с 1919 г.
Деваем, причем величина этого изменения довольно близко подходит
к.предвычисленной. Результат этот весьма интересен, но все же -
не отводит вопроса об изменении индуктивности вследствие
чрезмерного растяжения упруго - связанных электронных систем.
Наконец, наблюдения Фригона в 1922 г. подтверждают, что емкость
трубчатых конденсаторов с материалами кабельной изоляции слегка
меняется с напряжением поля, но не по простому закону. Бот то
немногое, что имеется по данному вопросу: несомненно здесь нужны
специальные исследования (см. также [17] и [59а]).
Точно также не удалось пока достаточно подтвердить
зависимость индуктивности от магнитного поля.
17. Зависимость индуктивности от освещения. Освещение
диэлектрика, приводя в колебание его атомы, во многих случаях разрывает
внутри-молекулярные и внутри-атомные связи, так что тем самым
изменяются многие физические свойства освещенного вещества.
Таким образом, под свето-электрическим или фото-электрическим
действием разумеют вообще отщепление электронов светом любой частоты
и сдвиг их электрическим полем, либо на молекулярное расстояние,
либо в пределах тех или иных неоднородностей вещества или—
кристаллических слоев (Б. Гуддеи и Р. Поль, 1923 г.). При этом.
— 49 —
когда речь вдет о видимой или ультрафиолетовой части спектра,
то различают в кристаллах следующие типические случаи:
Группа I. Кристаллы, дисперсия коих позволяет заключить о
значительной смещаежости электронов (грубым критерием этого может
служить показатель преломления больший 2, в области
прозрачности). Эта группа делится на две подгруппы:
«) подгруппа а: кристаллы, в коих поглощение света
производится основным материалом (таковы: алмаз, цинковая обманка,
сера, селен, йодистое серебро, углекислый свинец, антрацен и т. д.).
б) подгруппа б: кристаллы, в коих поглощение света
производится и основным веществом и примесями в нем. Таковы:
щелочноземельные и цинковые сульфиды (сернистые соединения) со
включенными центрами фосфоресценции. Этим термином Ленард обозначил
микрокристаллические области, в которых металлический атом основного
вещества замещен атомом действующего металла. Область такого
разрушения кристаллической сетки, по Гуддену и Полю, соответствует
тому, что Ленард назвал величиною центров фоефо-ресценции. Этого рода
вещества, способные фосфоресцировать, носят название фосфоров;
один из таких фосфоров—сернистый цинк с некоторым содержанием
меди—называют ZnSCu-cc-фосфор.
Группа П. Кристаллы, внутри которых обнаруживается
фотоэлектрический эффект, если имеются в лих коллоидные примеси или
если основное вещество «возбуждено» внешними отдельными
молекулами или молекулярными группами. Между возбуждающими
отдельными молекулами и ультра-микроскопически видимыми коллоидными
неоднородно стями или выделениями встречаются все промежуточные
переходы. Примеры: голубой и зеленый плавиковый пшат; кварц в
виде желтого цитрина и фиолетового аметиста; каменная соль,
окрашенная аддитивно натриевым паром или субстрактивно —
электролитически; далее, каменная соль или сильвин, выставленный под
рентгеновы или радиевые излучения, все равно, доведено ли
возбуждение до видимой окраски, или нет.
Таковы основные виды кристаллов с фотоэффектом.
Естественно ждать среди многочисленных частных проявлений
фотоэффекта и действия фотоиндуктивного, когда некоторые
электроны получают при освещении значительную свободу сдвига и тем
увеличивают диэлектрический коэффициент вещества. Вероятно, к
такому явлению должно приводить высвобождение атомов
металлических или тех, которые, будучи обособлены, имеют большую
индуктивность. По разным соображениям, фотоиндуктивностп следовало ждать
от веществ фосфоресцирующих.
Действительно, в 1920 г. Б. Гудден п Р. Поль открыли, что
индуктивность ZnSCn-a-фосфора значительно возрастает, когда это
вещество освещается. Этот эффект оказался связанным с наличием
в означенном веществе атомов меди, концентрация которых, впрочем,
ниже 10~\ Следовательно, дело—не в возросшей поляризации всех
П. ФлоренскнП-—Диэлектрики- *
— 50 —
молекул, а в значительном смещении электронов внутри немногих
молекулярных групп или «центров», окружающих атомы меди. Работа
В. МольтАНд. в 1921 г. подтвердила такое толкование эффекта Гуд-
дена-Поля и сблизила этот эффект с явлениями фосфоресценции;
кроме того, была выяснена зависимость его от частоты переменного
поля. В 1923 г. Р. ВильдЕ выяснил зависимость фотоиндуктивности
от температуры и от длительности освещения, а И. Гервег в том
же году далее обследовал те
же зависимости и, кроме того,
показал, что фотоиндуктив-
ноеть изменяется с силою
электрического поля, в котором
находится исследуемый
фосфор. С другой стороны, Ф.
Шмидт в том же году подверг
это явление теоретическому
анализу, опираясь на модель
1 электрического диполя. — Не
входя в подробности, отметим
лишь главнейшие результаты
этих исследований. А именно:
■ ярілвря туг* а
Ф п г. 11. Зависимость эффект Гуздспа-Поля от
температуры. Фосфоресцирующий сернистый цинк,
(По Б. Ггхчепу п Р. Полю).
Эффект Туддена-Поля весьма зависит от темпер атуры
фосфора. Начиная с весьма низких температур, где он почти незаметен,
приблизительно от ЮО'К, эффект возрастает, достигает своей вершины
при ~ 400° К и затем быстро падает, к 540° К делаясь уже иезамет-
Время з секундах.
Фиг. 12. Зависимость эффекта. Гуддепа-Поля от времени, при
равных температурах. ФосфорсспдрующпЁ сернистый цппк. (По
Б. Гуддепу и Р. Полю.)
ным (фиг. 11). Чем выше температура фосфора, тем быстрее
достигается конечное состояние приращенной индуктивности (ф и г. 12), но
тем быстрее обратно падает эта индуктивность, после того как доступ
света к веществу прекращен. Кривые на ф и г. 12 и ф и г. 13 показывают
— 51 —
эту зависимость от времени для различных абсолютных температур.
Зависимость обсуждаемого эффекта от силы поля выражается, прежде
всего, в уменьшении индуктивности возбужденного ZnSCn-a-фос-
BpErtsi а <^£ч<ы*іД,я*.
Фиг. 13. Зависимость роста п уничтожения эффекта Гуддела-Поля
от времени, при разных температурах. Фосфоресцирующий
сернистый цппк. (По Б. Гедгау п Р. Полю.)
фора воздействием электрического поля, при чем уменьшение это
связано с усилением поля линейно; однако, у этого воздействия есть
определенный нижний порог, примерно 1,3 кѴ: cm. Если поле
постоянно, то возникает поляризация, которая может быть устранена
переменным полем 50 пер: сек (фиг. 13),
51
Sim
/ей
60
во
40
20
Л
J 1 *
о % ч б а іо '2 іч /в
Сила Поли а КѴ: с ттъ-
Фиг. 14. Ослабление эффекта Гуддепа-Подя в зависимости от
силы поля. Фосфоресцпруіощпі'і сернистый дипк. Пряная А
относится к наблюдениям Герберга, когда явление протекало с поля-
рпзаппеіо, а прямая В — в наблюдениям Ф. Шшідта, при которой
подярпзадпя устранялась. (По Б. Гумепг и Р. Полю.)
Таким образом, зависимость индуктивности от силы поля в
рассматриваемом частном случае возбужденного фосфоресцирующего
вещества доказана [16].
4*
III. Элентро про водность.
18. «Диэлектрик» и «непроводник». По смыслу Фарадеевского
определения, под диэлектриком разумеется такое тело, в котором,
в случае равновесия электричества, при действии, постоянных
электрических сил, потенциал не будет одинаков во всех точках.
Это—среда, которая, при действии постоянных электродвияіущих
сил, не может давать потенциалу выравниваться, или иначе говоря—
среда, не держащая электрического напряжения, когда
электродвижущие силы не возобновляются. Эти и другие, подобные им
определения термина «диэлектрик» стали ходячими, и без них не обходится,
кажется, ни одно изложение электрических явлений. Но легко видеть
терминологическую и логическую неясность его, не остающуюся без
практических последствий.
Диэлектрическое тело ' названо так по аналогии телу
диамагнитному. Но в магнетизме диамагнитному телу
противостоит парамагнитное; между тем, феноменологически, тело
парамагнитное соответствует в области электричества именно телу
диэлектрическому, ибо как в том, так и в другом случае, поляризация
этих сред—прямая. Телу же диамагнитному, с обратной магнитной
поляризацией, должно бы было соответствовать тело паръэлектри-
ч е с к о е, электрическая поляризация коего обратна той, какую
наблюдаем мы обычно. Такого тела физика пока не знает. А так называемый
диэлектрик есть в сущности паръэлектрик.
Итак, термин диэлектрик возбуждает мысленные затруднения:
во первых, по своему словесному составу, наводящему на ложный путь,
а во вторых—по содержащемуся в нем намеку на физическое
противоположение, опытом не подтвержденное. Между тем, логически
существующее,—это противоположение в мысли пребывает, и
психологически естественно наполнить это пустое место содержанием каким бы
то ни было. Так возникает противопоставление «диэлектрику», т. е.
собственно ларъэлектрику) - пр ов о дника. Противопоставление это
ложно, но оно внушается нерасчлененностью вышеприведенных
определений. Ни одно тело не лишено способности распространять в себе
силовое поле, т. е. иметь в различных точках своих различные
потенциалы. Но, с другой стороны, ни одно тело не лишено способности
— 63 —
выравнивать установленную в нем разность потенциалов.' С обеих
этих точек зрения все тела образуют один ряд и не представляют
принципиальных: различий между собою. Но все дело в том, какие
устанавливается поле и скдлько времени оно держится. Если в
способности распространять поле электрических сил видеть признак
диэлектрика, то в е я к о е тело есть диэлектрик. Мало того, вода—лучший
диэлектрик, нежели воздух или стекло: она лучше распространяет
силу электрического поля. Но ни одно тело не есть диэлектрик, если
признаком диэлектрика указать способность тела держать
электросиловое поле. Эта путаница возникает от смешения двух функций
вещества, в порядке феноменологической установки понятий, не
имеющих ничего общего между собою: индуктивности и проводимости.
Логически можно образовать две друг от друга независимые
пары противоположений:
дпэлектрпкп—пвднэлектрпкп
непроводники—проводи пкп.
Иногда бывают склонны -отождествить оба эти противоположения и,
■следовательно, избегая терминов с. отрицанием, взять
противоположения этих двух пар диагонально, вследствие чего 'образуются две
эквивалентные друг другу пары:
дпаяѳктрпвп—нроводппкп
пепроводппкп—п едпэлектрп кп.
Это последнее противоположение явно несостоятельно: ни логически,
ни физически. Тело может быть высоким диэлектриком и, вместе,
■отличным проводником, как может быть хорошим непроводником и,
вместе,—слабым в качестве диэлектрика. Вот например:
Вещество
мрамор . . .
параффпп . .
Ииуктпапость
7^8
2
Объемное сопротивление
1.10* ~ 1.10* MS cm:cma
1,14. 1011 1ГЙ cm: cm-
Итак, проводимость параффина в і миллиард раз менее
проводимости мрамора, а индуктивность в 4 раза менее. В других случаях,
отношение обеих характеристик таково же: например, проводимость
эбонита в ЮО тысяч раз более проводимости параффина, а
диэлектрические коэффициенты их относятся как 2,5 : 2. Следовательно,
проводимость различных тел не только не обратна их индуктивности, но
даже, по крайней мере во многих случаях, возрастает вместе с нею.
Однако, соотношение индуктивности и проводимости может быть
и обратным. Так вода, будучи чистой, обладает весьма малой
проводимостью, тогда как индуктивность.ее остается почти неизменною.
— 54 —
Особенно яркий пример—это подкисленная вода, индуктивность
которой того же порядка, что и воды чистой, т. е. около 80, а
проводимость может быть весьма большой.
Далее, при нагревании многих веществ, индуктивность их
понижается, а проводимость возрастает. Все это показывает, что в порядке'
феноменологическом мы должны считать обе характеристики
вещества, проводимость и индуктивность, независимыми друг от друга, и
-каждое из парно' противопоставленных понятий можем'мысленно
соединять с каждым из понятий другой пары. Диэлектрики могут быть
и проводниками и непроводниками, как недиэлектрикіі могут быть
тоже и проводниками и непроводниками. Иначе говоря, процесс
распространения электрической деформации среды, характеризуемой
индуктивностью, и процесс изглаживания этой деформации, т. е.
превращение ее в иные виды энергии, преимущественно тепловой,
характеризуемой проводимостью,—эти два процесса феноменологически не
имеют между собою ничего общего.
Эту мысль о феноменологическом различии обоих ■ процессов
можно формулировать еще иначе, а именно—сказав, что ток
смещения (индукция) и ток проведения (кондущия) только словесной
формально-аналитически могут .считаться родственными, но что оба
явления должны быть решительно разграничены между собою и даже
противопоставлены друг другу, как процессы антагонистичные, из
которых второй уничтожает дело первого. Итак, если стоять на
феноменологической точке зрения Максвеллевской теории, то током
смещения силовое поле распространяется и поддерживается, тогда как
током проводимости—уничтожается.
Логическое различие свойств вещества электроиндуктжвных и
свойств электрокондуктивных .выразительно сказывается в известной
формуле, связывающей заряд конденсатора, уже более не заряжаемого,
со временем. Пусть первоначальный заряд некоторого конденсатора
есть Q0, а наличный заряд через промежуток времени ? есть Q.
Тогда 11Съ
где б диэлектрический коэффициент вещества конденсатора, а •/. его
электропроводность. Если теперь чрез Т обозначить время релаксации
или расслабления, т. е. время, в которое заряд конденсатора падает
до е-той части первоначальной величины (^;і: 2,7183), то
(18) Т = —6-
4 я ■/.
где х измерено в электрической системе единиц; если яге
перевести х в магнитную систему единиц, то
(19) хт = Х.с>
где <?£=3.1010 cm: sec, и
(20) Т= ' %
— 65 —
Конденсатор не разряжается, если время релаксации безконечно
велико; он не держит заряда, когда это время равно нулю. Но ж то и
другое может осуществиться при двух различных условиях:
Т = со
электрическое поле держится
или еслп в = оо
или если ѵ- = О
Т = 0
электрическое ноле не держится
или если Е = О
или если х = со
Может быть, на этом различении не стоило бы настаивать,
поскольку противоположение диэлектриков проводникам в настоящее
время встречается лишь у людей неотчетливой физической мысли,
тогда как собственно в физической литературе пишутся работы под
контрадикторными (на взгляд широких кругов) заголовками в роде
„Об электропроводности диэлектриков", и выдвигается чередной
вопрос—установить точное различие в механизмах проводимости
металлической, электролитической и диэлектрической. Но, в качестве
популярной, настоящая работа обращается именно к широким кругам,
и потому установка точней понятий здесь необходима. А кроме того,
и во многих учебниках физики, особенно русских, недостаточно,
оговаривается вышеупомянутая логическая ошибка, и на ее почве
происходит смешение понятий диэлектрика и непроводника. Отсюда
идет одно недоразумение, или одно ложное утверждение, которое, по
причинам формальным, в известных отношениях не приводит к
выводам ложным, но которое физически неправильно. Оно может
сделаться источником больших заблуждений и, во всяком случае, само
извращает физическую картину действительных процессов. Здесь,
имеется в виду вопрос об индуктивной способности металлов.
19. Индуктивность хороших проводников. В силу какого-то
молчаливого соглашения сделалось общим местом приравнивать
индуктивность металлов бесконечности. Это равенство е = со
переходит из учебника в учебник, как нечто установленное.
Вот какими рассуждениями получается этот вывод. Как известно,
в электростатике проводник характеризуется уравнением Лапласа,
т. е. тем, что во всех его точках удовлетворяется соотношение
(21) 4Г=0
или ""
(21') -г-Г + ^Г-Т-+ -л—Г~Ъ
где V есть потенциальная функция; при этом должно быть
соблюдено пограничное условие
<22> ^°'
— 56 —
где nt есть внутренняя нормаль поверхности, ограничивающей
рассматриваемый проводник. Диэлектрическая же среда характеризуется,
как известно, в каждой точке уравнением Пуассона:
(23) е . Л Ѵ= — 4тср
или
(23' еі^-+^-^- + е-^=-4ігр
Тут р есть объемная плотность электричества в данной точке,
а е индуктивная способность, при чем должно быть соблюдено
в местах нарушения непрерывности е пограничное условие
пл есть по прежнему внутренняя нормаль, е1 значение е в сторону
этой нормали, и, внешняя нормаль, е2 значение е в сторону внешней
же нормали, с поверхностная плотность в точке
поверхности,—-геометрического места нарушений непрерывности е.
Теперь спрашивается, как от уравнений (23) и (24) перейти
к уравнениям (21) и (23)? Или, говоря физически, как надлежит
истолковать проводник, чтобы он подошел под понятие диэлектрика?
Еслп бы понятие проводника и понятие диэлектрика были
противоречивы, то подобный замысел был бы логическою нелепостью, и из
этой нелогичности нас не выручило бы и признание индуктивности
хороших проводников, в частности металлов, бесконечно большою.
Но так как мы уяее видели, что понятие проводника и понятие
диэлектрика не противоречат одно другому, то следовательно всякий
проводник есть какой-то вид диэлектрика. Наша задача—выяснить себе,
какой именно вид, т. е. какие специальные условия должны мы
наложить на уравнение Пуассона и его пограничные условия, чтобы эти
уравнения характеризовали уже не вообще диэлектрик, а специально
диэлектрик-проводник. При этом нам заранее известно, что
уравнения (23) и (24) перейдут в уравнения (21) и (22), как свои частные
случаи.
Заменяя в (23) s через е1 (ибо речь должна итти о
диэлектрическом коэффициенте именно внутренней, в данном случае—-проводящей
ер еды) получаем:
(25) Д7 = -І^,
а из (24) находим:
(26)
, уг 4 к о -4- е, ——
дѴ ' ' d п.
дпу
Отсюда обычно делаются заключения, что для перехода (25) и (26)
к (21) и (22) достаточно приравнять е бесконечности
(27) Ч=со
— 57 —
Действительно, это условие (27) достаточно для формального
достижения указанной выше цели, но это не значит, что оно
необходимо. Формально-аналитически оно вовсе не исчерпывает всех
возможностей; физически же оно неправдоподобно, приводит к без-
смыслице и, наконец, противоречит прямому опыту, там где его уже
удалось произвести. Мы знаем, тела, явно проводящие
электричество и вполне удовлетворяющие электростатической характеристике
проводников уравнениями (21) и (22), имеют однако диэлектрический
коэффициент явно конечный и измеримый, даже измеренный; иначе
говоря, заведомо существуют тела, для коих уравнения (21) и (22)
совмещаются с характеристикою
{28) е^со
Следовательно, специфический признак проводимости вовсе не
имеет своим логическим предусловием равенства (27). Так, никто не
сомневается, что внутри водной массы не может быть объемной
плотности электричества, и что сила, действующая на поверхности этой
массы, направлена по нормали: и однако, обще-известна индуктивная
■способность воды, равная-*-79,8; то же — относительно алкоголя {хотя
проводимость его меньше), с его индуктивною способностью 26,3, и
относительно других тел. Правда, проводимость этих тел—природы
электролитической, и на это обстоятельство могут сослаться
возражатели. Но, во первых, для электростатики безразлично, как именно
установилось электрическое равновесие, коль скоро оно вообще
установилось. А, во вторых, по электронной теории нет глубокой разницы
между проводимостью металлической, диэлектрической,
электролитической, газовой и электросмотической, ибо всякая
проводимость—конвекционного характера и сводится к перенесению, тем или иным
■способом, масс электронного газа. Таким образом, возможное
возражение отводится, и даже единичный пример воды уже есть
отрицательная инстанция всей теории, столь поспешно утверждающей
бесконечность диэлектрического коэффициента металлов и вообще
проводников. Почему, в самом деле, бесспорное в отношении известных:
уравнений для воды загодя объявлять невозможным для меди, при
обсуждении тех же самых уравнений.
Итак, чтобы уравнения (23) и (24) перешли в уравнения (21) и
(22), необходимо и достаточно, чтобы могли быть приравнены нулю
вторые части уравнений (23) и (24), т. е. чтобы было
'и
(30) 4*Q + ^_fl
а для удовлетворения этих условий необходимо и достаточно:
— 58 —
о) ж л и чтобы знаменатель левых частей их был бесконечностью
(31) „
и тогда безразлична величина <і и величина —,—
б) или чтобы совместно осуществлялись условия
(32)
(33)
(34)
И
а
и
из
них
4іга^-і
получается
а =
-
4лр =
дУ
?■■
es
4 тс
= 0
-=о,
= 0
дѵ
дщ '
Это "значит, что тело будет обладать характером проводника: или
при бесконечности его диэлектрического коэффициента, или при
нулевом значении объемной плотности, тогда как поверхностная
плотность заряда в каждой точке равна производной по внешней
нормали от потенциальной функции, взятой с обратным знаком и
помноженной на диэлектрический коэффициент внешней среды,
увеличенный в 4тс раз. Вот два равно возможных, с формальной точки
зрения, предположения о том, чтб такое проводники. При первом
предположении, объемная плотность вовсе не должна быть нулевой
внутри проводника: при втором предположении индуктивная
способность вовсе не равна бесконечности, а — конечна, и притом,
формально обсуждаемая, к понятию о проводимости как таковой,
не имеет никакого отношения.
20. Электрическое поде в проводниках Вглядимся же пристальнее,
чтб собственно значит та и другая гипотезы, обе, повторяем, равно
приводящие к поставленной цели—истолковать уравнения
диэлектриков, как уравнения проводников.
а) і^—со. Это—обычное предположение. Физически оно неясно,
ибо чтб же в физике значит величина, бблыпая всякой данной
величины? И не имеем ли мы в физике всегда дело с конечным? Кроме
того, это странное предположение ведет к мысли о произвольности р
(36) р = произвольная веапзппа.
Следовательно, неправильно говорить, с этой точки зрения, что
внутри проводника нет объемной плотности, а следует говорить, что
она есть, да вдобавок в каждой точке вполне произвольная, как по
абсолютной величине, так и по знаку. Что же значит это формальное
утверждение в смысле физическом? Как может случиться, чтобы о
величине определенного физического смысла, вообще говоря,
подлежащей прямому измерению, мояшо было утверждать с равным правом
все, что нам вздумается, и даже считать ее в той или в другой точке
— 59 —
вполне неопределенною. Где же тогда самые основные понятия об
электростатике, если и общин заряд тела и распределение заряда
оказываются произвольными при уже установившемся равновесии? И
не значит ли это, что своею гипотезою ^ = 00 мы вовлечены в крут
фикции и потеряли почву опыта. Наконец, эта гипотеза заставляет
признать вполне произвольной и величину i^o-f-^j-, а отсюда еле-
дует, что
» дѴ
(37) о = проишохыюя волпчппа — — ч—
ни р, ни о на самом деле не произвольны, а равны: первое—нулю, а
второе—определенной конечной величине, которая есть функция заряда,
формы поверхности и точки поверхности проводника: это известно из
опыта. Следовательно, обычная гипотеза (^^со), помимо своей
физической неприемлемости, ведет еще и к физически бессмысленным
выводам.
б) Для того, чтобы была применима вторая гипотеза, т. е. для
сокращения обеих частей равенств (29) и (30) на 1:г1г необходимо и
достаточно, чтобы ^ было отлично как от бесконечности, так и от
нуля. Предположение это физически правдоподобно уже потому, что
тел с ej не-конечным мы не знаем, ни с е^со, ни—с £±=0. Кроме
того, индуктивная способность тел есть величина переменная,
меняющаяся в зависимости от многих условий; в виду этого, мы затруднились
бы предположением, что во всех точках поля и даже для обширной
группы тел весьма различного молекулярного сложения и существенно
различной химической природы диэлектрический коэффициент
оценивается одинаково.
Итак," возможно сократить уравнение (23) и (24) на eL. Тогда
оказывается, что поверхностная плотность на проводнике—вовсе не
есть произвольная величина, но определяется равенством
(38) ' — ^
объемная же плотность—тоже, конечно, не произвольна, но, согласно
теореме Фарадея, равна всюду внутри проводника нулю.
Тут требуется однако выразится вполне точно: объемная плотность
в проводнике равна нулю, а поверхностная на проводнике равна
вышеуказанной величине (38) не вообще и не всегда, а лишь постольку
и лишь тогда, когда и поскольку уже установилось электрическое
равновесие.
Почему же при этом внутри проводника нет электрических
масс? Почему электрические силы на его поверхности направлены
по нормали? Очевидно, ответа на эти вопросы следует искать не в
величине индуктивной способности проводника, какова бы она ни
была (что к делу не относится), а в том—что он есть проводник, т. е.
что, по наличию значительного коэффициента проводимости, электри-
— 60 —
чество чрезвычайно быстро утекает на поверхность проводника из
внутренних его областей и тем уравнивает потенциал внутри его7 с
потенциалом поверхности.
Это—физическое объяснение процесса, а не формальный отвод от
объяснения при помощи аналитических фикций. Объяснение же
состоит в указании на наличность у проводника, наряду с тою или
иною индуктивностью, вероятно вообще говоря
значительною—значительною, но вовсе не бесконечного,—еще и значительной же электро-
проводности>—в чем бы более детально ни состоял механизм
электроконвекции. Сама же по себе, большая индуктивность, при нулевой
проводимости, еще вовсе не дает равновесия,, как это случается в
проводниках. Лишь, фикция бесконечной индуктивности позволяет,
как сказано выше, удовлетворить уравнению Лапласа и
соответственному пограничному условию, но все же—отнюдь не объяснить
свойственную проводнику объемную и поверхностную плотности.
■ Нужно думать, процесс в проводниках совершается так:
распространяющееся со скоростью c=3.lOID era: sec возбуждение
электрического поля и в проводнике производит диэлектрическую
поляризацию, притом весьма значительную, сравнительно с таковою же
диэлектриков, обычно называемых этим именем, в роде стекла, эбонита,
фарфора, карболита ж т. п. Но, далее, по электрической мягкости
проводников, пх большой электропластичности, эта поляризация
продолжает тот процесс, которым сама она вызвана,—процесс
электрического смещения. Слой смещения каждого элемента объема
проводника начинает скользить по объему проводника, гонимый
электродвижущими силами, и скользит до тех пор, пока не встретит упругого
противодействия дальнейшему двиягению от окружающей среды. Это
противодействие очевидно должно быть нормальным к поверхности
проводника, ибо, покуда этого нет, скольжение слоев сдвига все еще
возможно. Тогда в местах, откуда оторвались эти слои сдвига, вновь
возникает поляризация, но уже в меньшей степени, потому что
отброшенные уже слои, сдвига—в свой черед производят поляризацию,
■смысла обратного первой. Так происходит дело многократно, с
постепенным ослаблением возникающих поляризаций и постепенным
накоплением оторванных электрических смещений у поверхности тела. Но
в конечном итоге, свободных электрических масс внутри проводника
действительно нет, а не то, чтобы они только не подлежали проверке,
делаясь вещами метафизическими, как заставляет думать
предположение Ej^QO.
Даваемое здесь'феноменологическое описание того, что происходит
в проводнике,есть описание процесса, т.е. предполагает, что
распределение электричества по поверхности происходит во времени. У
дурного проводника это- время может быть весьма длительно; у воды
поляризацию необходимо измерять достаточно быстро после ее
возбуждения, почему приходится прибегнуть к быстрым электрическим
колебаниям; наконец, при еще ббльших степенях проводимости, т. е.
__ 61 —
при еще ббльшей электрической мягкости, потребовалась бы и
соответственно большая быстрота действий, чтобы возбужденная в металле-
поляризация могла быть измерена. Подобной быстроты
экспериментаторы еще н е достигли. Но что она достижима, это видно из
общеизвестного факта прозрачности металлов в весьма тонких слоях: эта
прозрачность свидетельствует, что при частоте электромагнитных
возбуждений, свойственной световым колебаниям, электрическая
мягкость металлов оказывается уже недостаточной, чтобы слои сдвига
успевали отрываться от своих мест, и потому металл ведет себя тут,
как непроводник. Этим явлением прозрачности металлических пленок
следовало бы, может быть, воспользоваться для измерения
индуктивности металлов; другой путь к тому же — использовать коллоидные
растворы металлов. Но, так или иначе, а вопрос об этом измерении
есть очередной, и можно только высказать догадку, не тормозит ли
экспериментаторскую мысль, направленную в эту сторону, ложное
утверящение учебников о бесконечности металл о-индуктивности.
Некоторые новейшие исследования связи между удельною инду-
ктігвностыо электролита и потенциалом погруженного в него металла
приводят косвенно к тем же выводам об удельной индуктивности
металлов. Будучи погруяген в электролитный раствор, металл, как
известно, получает заряд, знак которого зависит от природы
электролита. Между металлом и электролитом происходит обмен понов.
Электрические силы, производящие этот обмен, при прочих равных
обстоятельствах, зависят от удельной индуктивности электролита.
Погружение металла в жидкость бблыпей индуктивности должно
сделать его более электроотрицательным: в самом деле, силы атомного
сцепления в более индуктивной среде должны ослабнуть, и потому
испускание отрицательных ионов или электронов на металл усилится.
Таково рассуждение Дастонд А. Ульрея в 1918 г. Если так, то в
элементе с двумя электролитами, ври чем оба электрода—из одного
металла, электроотрицательной должна быть жидкость меньшей
индуктивности, а электродвижущая сила пропорциональна разности
индуктивных способностей обоих растворов.
Эти рассуждения были подтверждены опытом над дурно
проводящими жидкостями, которые смешивались между собою в разных
пропорциях. Это были: этиловый алкоголь и вода, бензол и ацетон,
ацетон и вода, метиловый алкоголь и вода, хлороформ и этиловый
алкоголь, эфир и хлороформ и т. д. Один электрод погружался в
жидкую смесь одной пропорции, а другой электрод—в смесь другой
пропорции. Так как индуктивность смеси не находилась в лпнейной
зависимости от.состава, то электродвижущая сила элемента, по
теории Ульрея, не должна линейно зависить от состава. Но она в опыте
оказалась именно тою, какою следовало предвидеть, исходя из мысли,
что потеря ионов электродом пропорциональна удельной индуктивности
электролита. Кроме того, эти опыты подтвердили результаты, ранее
— 62 —
найденные г-жою Фииней, которая принимала ту же теорию, но с
дополнительной гипотезой, что металлы наиболее электроположительные
имеют индуктивность наиболее высокую. Ведущиеся, но еще
незаконченные, работы Фернандо Санфорда подтверждают эту гипотезу.
Ф. Санфорд полагает в основу своих исследовании правило
Кёнд, подвержденное Когеном и его сотрудниками и известное также
под названием закона Шлет [33]. Правило это установлено в
отношении не-металлических веществ всех трех агрегатных состояний и
связывает их удельную индуктивность с величиною контактной
разности потенциалов. А именно: вещество с бблыпею удельною
индуктивностью, при соприкосновении с веществом индуктивности
меньшей, приобретает заряд положительный. Но металлы тоже получают
электрическую разность при соприкосновении с инородными
веществами; отсюда—мысль Санфорда распространить и на них правило
Кёнд. Тогда обычная оценка их индуктивности как бесконечно
большой или хотя бы очень большой, ведет к ожиданию положительной их
электризации при соприкосновении со всяким другим веществом.
Санфорд задался изучить знак этого заряда при различных сочетаниях
металла с трущимся или прикасающимся к нему другим веществом.
Оказалось возможным написать ряд, напоминающий Вольтов, при чем
индуктивность некоторых его членов была измерена непосредственно.
Из этого ряда электризации напрашивается вывод об интерполировании
пробелов ряда индуктивности, местами параллельного первому, т. е.
о соответствии диэлектрического коэффициента металла занимаемому
им в ряде месту. Бели эта догадка правильна, то: 1", удельная
индуктивность металлов — того же порядка величины, что и таковая же
веществ не-металлических; 2°, чем электроположительнее металл в
ряде, выведенном из электризации прикосновением, тем больше его
удельная индуктивность. А отсюда следует важный вывод о различии
в металле и вероятно вообще в диэлектрике электронов
индуктивности и электронов кондуктивности. Те и другие сосуществуют друг
другу, и характер связей, удерлшвающих в атамах электроны
индуктивности, еще ничего не говорит о таковом в отношении электронов
кондуктивности. Приводим и самый ряд:
Ряд Саіі форда
Вещество
хлопч.-бушжп. порошок .
каучуковый лист А . . .
железный колчедан . . .
лист целлулоида ....
Диэлектрический
коэффициент
2,1
Не щес тво
каучуковый лист В , .
Д пэл ектрп чески іі
коэффициент
2,34
— <ІЗ —
Р я і С а п ijj о р да.
Вещество
эбонитовая пластина .
каучуковый дпет Е . ,
эбонитовый дпск , . .
норвежское ясслезо . .
окпслеппый алгомпнпН.
Д п эдектр п че скп іі
коэффиплепт -
3
3,02
4,2
Вещество
стальпая па^а. .
желатиновый слой
кобальтовое стекло
кварц (Хосп) .
кварц { 1| оеп) . .
калышт . . . ...
П Т. Д.
Диэлектрический
коэффициент
4,32
4,5
4,8
6,2
8,27
21. Проводимость и индуктивность. Итак, деление веществ на
проводники и непроводники и на диэлектрики и недыэлектрики
основывается на признаках самостоятельных и отнюдь не может быть
смешиваемо одно с другим. Но, в довершение происходящей тут
логической путаницы, новейшие исследователи, правильно усмотрев
чрезвычайную показательность в характеристике вещества его
рассеивающей способности, пытаются ввести эти потери, как критерийразде-
ления „диэлектриков и проводников14. „Диэлектрик есть тогда вещество,
угол диэлектрической потери которого S<45°; проводник есть
вещество, угол диэлектрической потери коего й>45°. Бели 5
увеличивается, то вещество приближается к проводнику. Напротив, если 5
убывает, то вещество становится диэлектриком более совершенным.
Угол диэлектрической потеря может служить к измерению степени
несовершенства диэлектрика11 (Ч. А. Ветманн, 191S г.).
Тут, в смешение двух различных параметров впутан еще третий,
тоже независимый от них. Чтобы окончательно 'запутать дело, нужно
еще кому-нпбудь ввести в это троякое делешіе веществ четвертый
критерий, по параметру электрической крепости.
Между тем, каждая из этих четырех характеристик должна
быть устанавливаема в мысли как самостоятельный параметр вещества,
при чем в качестве вторичных, третичных и т. д. явлении, возникает
взаимодействие и взапмоосложнение этих параметров друг другом,
как непосредственное, так и через посредство различных факторов.
Все эти четыре параметра еуть функции различных физических
— 64 —
факторов и друг друга, а кроме того зависят каждый от процессов,
вызываемых этими параметрами. Окончательная картина всех этих
взаимосппетенлй ж взаітаовозмущений различных характеристик тела
чрезвычайно сложна: тем более мотивов—возможно тщательно блюсти
■ чистоту каждого на понятий, логически отличных от прочих. Это—в
порядке феноменологическом. Некогда такое различение понятии
сделано, когда эти параметры изучены в непосредственном опыте, тогда
(но только тогда) может.быть признано законным if желание свести'
эти четыре параметра к единству ж произвести их из одного корня,
каковым в настоящее время пытается стать электронная теория
материи. Однако, это сведение разнородного к единству должно быть
вполне сознательным, должно быть' объединением отчетливо
разграниченного, а не смешением смутно очерченных понятий.
22. Ток смещения и ток проводимости. Феноменологически,
электропроводность характеризует быстроту уничтожения поля, тогда как
электроиндуктивность—емкость среды в отношении поля, т. е.
величину поля, подлежащую уничтожению, поскольку при данных
внешних условиях эта величина зависит от среды. Проводимость в
природе представляет весьма большие количественные различия. Так,
если порядок проводимости хороших диэлектрических материалов
принять за единицу, то таковой же металлов будет 1010, а металлов
сверх-проводящих 1026. Следовательно, если бы мы взяли каучуковый,
например, стержень длиною всего в 1 cm, то медный стержень того
же сечения, чтобы представить то же сопротивление току, должен
быть протянут на длину, говоря языком астрономов, 0,01 светового
года, т. е. далеко за пределы солнечной системы, а стержень
сверхпроводящий—на расстояние 10Б световых годов, между тем как, по
Гершелю, от земли до последних пределов млечного пути—всего
5.103 световых годов, а по Струве самая далекая видимая точка
небесного свода—на расстоянии 12.103 световых годов. Таковы
контрасты, представляющиеся в процессах уничтожения поля. Но, кроме
описания феноменологического, возможен вопрос о механизме
уничтожения поля или, точнее сказать, о модели этого уничтожения.
Поле в некоторой среде держится уравновешенным взаимным
давлением силовых трубок или, по воззрениям Фарадея,
возродившимся в новейшей физике, давлением дискретных силовых волокон
поля,—своего рода квантов энергии поля. Когда' в каком - нибудь
участке среды упругость силовых линий ослабевает, прилегающие
области поля раздаются, вдавливают ослабевшую часть, и все
силовые линии претерпевают сокращение: Но силовая линия может
заканчиваться лишь электрическими массами, с противоположных концов—
противоположного смысла. Сокращение силового волокна может быть
мыслимо: либо как выпрямление кривизны его, либо, когда оно уже
выпрямилось, как увлечение концами его элементарных
электрических масс, сближаемых друг с другом до образования нейтрального
— 65 —
диполя. Всякое образование силового волокна в пространстве должно
быть мыслимо как разрыв или, точнее, как растяжение нейтрального
диполя; и наоборот, уничтожение силовой линии есть образование
или воссоединение такого диполя.
Зарядить тело—это значит выхватить из нейтральных молекул
его электроны и оттянуть их в сторону; но их невозможно оторвать
-от тела без последствий, потому что за калідым электроном неизбежно
тянется силовое волокно к оставшемуся в теле его дополнительному
заряду. Разрядить тело—это значит предоставить силовому волокну
сокращаться. Но возможен и другой механизм этого растяжения:
проходя через некоторый диполь, попавший на пути, или через иную
систему элементарных электрических зарядов, электросиловая линия
может получить в пределах этой системы меньшую электрическую
упругость, нежели на остальном своем протяжении. Тогда,
естественно, в месте наименьшего ^сопротивления силовое волокно подастся
и растянется, так что вышеозначенная система будет разорвана,
а оба отрезка силового волокна бблыпей упругости сократятся; часть
заряда этой промежуточной системы будет оттянута к заряясенному'
телу, чтобы образовать там нейтральный диполь, а другая часть
оттянется к вырванной из тела другой части первоначального диполя
и нейтрализует его.
Процесс, называемый прохождением электрического тока,
слагается из двух: во первых, из натяжения силовых волокон токами
смещения, обусловленными индуктивностью сред, и во вторых —
из-уничтожения этих волокон токами проводимости; последние
связаны с переносом электрических масс. Носителем электрической
энергии поля приходится признать преимущественно окружающее
электропровод пространство, где главным образом и возникают токи
смещения; напротив, местом преобразования этой энергии в тепловую
бывает преимущественно самый провод, несущий токи проводимости.
Но этот процесс переноса в проводе электрических масс, т. е. ток
проводимости, может быть мыслим далеко не единообразно. В
зависимости от способа его совершения, и проводимость получает
различный характер.
23. Виды электропроводности. Элементарные электрические массы
сами по себе всегда одинаковы, и очевидно—не в них причина
различия существующих видов проводимости. Эту причину надлежит
искать в характере групп, связавных с данным элементарным
зарядом. Но во всех случаях возникает электрический ток.
Электрический ток есть перенос электрических зарядов —
относительно некоторых материальных тел. Этот перенос возможен в силу
дисперсности материальной среды, т. е. ее расчленения на отдельные
части, с резко изменяющимися на границе физическими свойствами.
Общая схема дисперсности дана на фиг. 15 и 16. Различная сте-
п ень такой дисперсности или, иначе говоря, порядок вели-
П. Флоре некий .—Диэлектрики. "
— 66 —
чины обособленных частей вещества, дает току тот или
иной характер, хотя основной механизм процесса во всех случаях
остается одним и тем же. То, что называется проводимостью, зависит
от быстроты переноса электрических зарядов. Эта быстрота может
определяться как механическими силами, перемещающими тем или
иным способом электрические заряды, так и силами электрического
поля, действующими в данной материальной среде: тот и другой
фактор могут также содействовать или противодействовать друг другу.
Механические силы могут
двигать заряженное твердое тело: тогда
получается ток, в собственном смы-
— о^гО_г о —о -
То ~. о ^ о — о ігГо-
^^а—~о —о —о—
О _ О j-'& — О'--
~о.
->
еле называемый конвекционным. Оне
могут двигать множество
сравнительно мелких таких тел,
например унося их в жидкости или
в газе: электрофорез или катафорез.
Далее, эти тела могут быть
твердыми, жидкими или газовыми
частицами, порядка величины
например за пределами
микроскопического зрения: электроанос.
Дальнейшая степень дисперсности среды дает проводимость пламени, вольтовой
дуги, ионизированного газа и других диэлектриков. Еще далее, мы
имеем проводимость электролитическую, где перемещаются вместе с
Ф л г. 15. Общая схема дисперсного
вещества. (По Вольфгангу Оствальду,)
Фиг. 16. Схема, устанавливающая общее понятие о дисперсном веществе. В
сосуде изображены схематически два вида дисперсного вещества: слева—дпе пер спая
фаза, резко отграниченная от среды, а справа—фаза, постепенно переходящая
.в смежную среду; папримѳр в случав воды, вто будет фаза не гпдрагирующаяся
п фаза гпдратирующаяея Граф, вычерченный над дпеперспым веществом,
показывает ход в ней того пли другого физического свойства; при прохождении
через дисперсную частицу свойство вто изменяется,—либо скачком,—либо очень
быстрым постепенным подъемом. (Отчасти по Вольфгангу Оствальду).
зарядами части молекул; а еще далее —проводимость электронная,
свойственная металлам и лучистому состоянию вещества. Все эти
явления, от движущегося ролэндовского диска и до электрона
катодных лучей или радиевой эманации, представляют ступени одного,
— 67 —
■процесса, и можно было бы указать еще другие частные видоизмене-
вжя его. Все эти процессы обратимы: принципиально говоря, они
могут производиться как внешними механическими силами (тогда
механические силы производят ток), так и электрическими силами
поля (тогда ток производит механическую работу); электронный
ветер, подымаемый в проводнике того или другого вида, обладает опре-
„деленного кинетическою энергией движения.
Однако, сопротивление, оказываемое средою такому
переносу зарядов, при различной величине переносимых; частиц, может
-быть весьма различно. Как по причинам механическим, так и
электрическим различны зависимости этого _ сопротивления от скорости
частиц, в некоторых случаях—от их формы и от разных физических
условий, в которых находится сопротивляющаяся среда. Кроме того,
•самое движение этих частиц в среде может сопровождаться многими
вторичными процессами, тоже' зависящими от величины и формы
частиц, их скорости и физических характеристик среды. Все это,
вместе взятое, делает законы сопротивления переносу электрических
-зарядов в разных случаях весьма не сходными. Если под
проводимостью разуметь коэффициент пропорциональности при действующей
«силе, которым определяется-величина перенесенного в единицу вре-
.мени заряда ■ при определенных геометрических условиях прово-
ідящей среды, то эта проводимость окажется функциею действующей
силы и многих других факторов, в разных случаях весьма
различных. Вид этой функции определяется степенью дпсперсностп среды.
■ Наиболее важных ступеней дисперсности известно три. Мы
-■знаем конечные тела, молекулы и атомы. Продукты разру-
дпения этих трояких обособленных частей материи обслуживают три
основных вида проводимости. Свободные заряды могут быть
переносимы механически частицами весомой материи (молионы),
химически—частями молекул {ионы) и собственно электрически
—частями атомов (электроны). Сообразно этим трем возможностям
.должны быть, различаемы и три вида проводимости:
конвекционная (куда включаются ролэндовские токл, электрофорез
кэлектроемое), электролитическая и металлическая.
Металлопроводимость называется также проводимостью I рода,
электролите проводимость—проводимостью П рода, а
проводимость конвекционная—проводимостью Ш рода.
Предел дробления вещества—электроны. Если бы подтвердилось
существование субъалвктронов, то вероятно возник бы и вопрос о
дроблении электронов и о переносе еубъэлектронов электронами, т- е. еще
о новом виде проводимости. Но в настоящее время нет оснований
считать электроны разложимыми, и поэтому поставленные вопросы—
вне кругозора современной физики.
24. Электро проводи ость металлов. Говоря о проводниках
электричества, имеют прежде всего в виду металлы, Металлическая про-
5*
-_ 68 —
.водимость характеризуется чрезвычайною легкостью атомной
диссоциации металлического вещества. Иначе говоря, это есть . явление-
весьма близкое к радиоактивному распаду атомов. Самые тяжелые-
атомы, металлов радиоактивных, разваливаются, можно сказать, от
собственной сложности и грузности, и продукты распада выбрасываются
в виде р- лучей за пределы объема занятого металлом. У металлов,
не-радиоактивных атомы—тоже тяжелые, но менее, чем у
радиоактивных, и потому распадаются несколько труднее.
Иногда представляли дело так, что диссоциация металлических:
атомов производится электрическими силами приложенного внешнего'
поля. Но тогда для каждого металла существовала бы некоторая;
предельная сила поля, ниже которой атомы уже недиссоциировались,
бы, п ток проводимости был бы тогда невозможен. Однако этого не-
наблюдается, и нет такой малой электродвижущей силы, в
отношении которой металл вел бы себя непроводником. Поэтому, следует
думать, всегда имеется практически неограниченный запас
диссоциированных атомов, продукты распада которых всегда готовы служить
проведению тока.
Применимость к металлическим проводникам закона Ома, т. е.
прямолинейный граф зависпмостп между током 1 и напряжением V,
выражает, со стороны пропорциональности тока электродвижущей
силе, именно эту практически неограниченную наличность в металле
свободных электронов: какой бы заряд ни потребовалось перенести
сквозь металлическую массу, за электронами дело не станет; в
противном случае получался бы ток насыщения, сила которого уже не
зависела бы от дальнейшего прироста напряжения поля, и граф аависи-
мости-Гот V. становился бы параллельным оси напряжений (ср. фиг. 48).
Но естественно думать, что нельзя эту неограниченность брать в
абсолютном смысле п что число электронов в самом деле больше всякой
данной величины. Легко убедиться в этом путем мысленного
эксперимента. Полное число электронов в данной массе, свободных и
несвободных, велико, но все яге ограниченно; следовательно, можно-
представить себе такие заряды, которые близки к полному заряду
электронов и атомных ядер данной металлической массы. Тогда,
пропорциональность между электродвижущею силою и током
неминуемо нарушится. Следовательно, она должна нарушаться и ранее, как
было в свое время указано Млксвеллем. К тому же вопросу подошел
далее Дж. Дж. Томсон; согласно его выводам, при плотностях тока
чрезвычайно больших, порядка 10э А: cm1, закон Ома заменяется иным
законом, где ток пропорционален корню квадратному из
электродвижущей силы V:
(39) І=аѴѵ
Такую же зависпмость вывел Бриджмэн из электронной теории метал-
лопроводности.
■ — 69 —
В 1921 г. П. В. Бриджмэн предпринял экспериментальную
проверку вышеозначенной зависимости (39) с тонкими металлическими
листками, причем было придумано остроумное средство устранить
возмущающее действие нагрева этих проводников. Плотность тока
.доводилась в некоторых онытах до Б.ІО6 A: em2. Опыты установили
.ожидаемое явление, и даже с избытком. Отступление от закона Ома
■оказалось пропорциональным н е квадрату силы тока, а более
быстро возростающего функциею этой величины, так что кривая,
параболического вида, имеет в начале координат с осью абцисс
■соприкосновение повидимому высшего порядка. Бриджмэн
заключает отсюда, что, если оставаться на основах классической теории
металлопроводности, то свободный пробег электронов гораздо
длиннее, чем предполагают обычно, а число свободных электронов гораздо
менее, предполагаемого. Но об отступлении от закона Ома не
приходится говорить, когда обсуждаются токи технические.
Во всяком случае, условием и механизмом металлопроводности
служит отщепленне от атомов по электрону. Перенос зарядов в
металле именно электронами, а не атомами и не группами атомов,
доказывается известным опытом Риккев 1901 г. (производившимся и другими
исследователями: Робертом - Аустеном в 1900 г., И. Кинским 1908 г.,
'0. Рейхенгеймом в 1906 г., И. Кенигсбергером в 1913 г.). Этот
исследователь в течение года пропускал ток через систему из двух медных
цилиндров, между которыми "был поставлен алюминиевый. Общее
количество прошедшего сквозь цилиндры электричества было 3 448 800
С. Оказалось, по ■ прошествии года, что цилиндры сохранили свою
массу с точностью до 0,03 mg. Из этого факта обычно делается
заключение, что материальные массы атомного порядка не принимали
участия в бывшей тут электроконвекции.
Но очевидно, сила этого соображения—не в том, что не могло
-быть переноса вещества вообще, а в том, что если бы в алюминиевый
цилиндр попали атомы меди, а в последующий медный—алюминия,
то масса цилиндров должна была бы измениться вследствие разности
Атомных весов этих металлов. Но если бы все три цилиндра были
медные, то в каждый из них поступило бы столько же медных
атомов, сколько и ушло бы.
Последнее соображение необходимо иметь в виду и тогда, когда
■обсуждается передвижение электронов. В самом деле,
е = ааряд электрода = равен 1,592.10 "~ 1с вулопов,
т = масса электрода = 9. 10~ а8 g.
Это значит, масса одного миллиона кулонов составляет б nig, и
■следовательно в опыте Рикке сквозь каждый из цилиндров цротекло
21 mg электронного 'газа. Если бы эта масса застряла в одном из
цилиндров, то при указанной выше точности взвешивания она
вполне могла бы быть обнаружена. Но все дело в том, что поступило
^электронов в цилиндры как раз столько яге, сколько и ушло; вот
_ 70 —
почему не обнаружилось изменения веса.—Масса в 1 грамм
соответствует заряду 1,767 J08 кулонов. Следовательно, если даже принять, что»
каждый из наличных электронов может обслуживать металлическую*
электропроводимость, то 1 g вещества не может передать бблее
указанного числа 1,767.іовС. Но наиболее вероятно, что лишь о д ин
электрон атома несет эту службу. Тогда 108 g серебра, например, содержат
6,06.10" ядер и, следовательно,—столько же электронов металлопро-
водности. На 1 g следовательно приходится заряд около 9.10SG.
Опыт Стюарта и Тольмэна в 1916 г., позволил вычислить
непосредственное отношение е:ш, т. е. элементарного\заряда к соответ-
ной массе, для различных металлов, причем оно оказалось тем нее,
что и для катодных лучей, т.е. порядка электронного, а не
ионного. Этот замечательный опыт заключался в быстром вращении
катушек из разных металлов; катушки затем внезапно
останавливались, вследствие чего должны были остановиться атомы и
молекулы твердого металлического тела, тогда как электронный ветер,,
по инерции, продолжал дуть так же, как когда он двигался вместе-
с металлом. Иначе говоря, от остановки металлической1
массы возникал электрический ток. Зная скорость
вращения проводника, электрический импульс возникшего тока самоиндук-(
ции и сопротивление катушки, можно было подсчитать величину е: т..
Этот результат еще раз подтверждает неосновательность
ожиданий, возлагавшихся на опыт Рнкке. Б самом деле: пусть в
алюминиевый цилиндр вошло из медного столько же элементарных
зарядов, сколько вышло оттуда. Если бы масса элементарного заряда-
меди отличалась от таковой же алюминия, хо можно было бы еще-
ждать изменения веса алюминиевого цилиндра; так, действительно, И'
было бы при проводимости ионной. Но равенство'этих масс во всех
металлах делает заранее очевидным, что* изменение веса Рикке н е-
должен был бы наблюдать, если бы даже перенос электронов
происходил во много .раз больший, чем он был на самом деле (далее-
см. [29]).
В металле атомные ядра, вообще говоря, не разрушаются. Но>
возможно и бблее коренное разрушение материи—когда и эта часть
атома не остается неповрежденной. Так действует, например,
электронная бомбардировка атомных ядер; тогда из них .выбиваются ядерные
электроны, т. е. совершается превращение химических элементов.
Так же действует и чрезвычайно высокая температура, порядка.
27000°, т. е. вдвое ббльшая против температуры самых горячих звезд..
Нагретый до такой температуры металл с тяжелыми атомами,
например вольфрам, подвергается трансмутации, как повидимому
установлено в 1922 г. опытами Джеральда Еендта и Дйрона. Тут
вольфрам превращался в гелий (фиг. 17). Для получения такой
температуры ими пропускался разряд лейденской баттареи в 0,4 (iFr
при напряжении в 120 кѴ чрез вольфрамовую проволоку около 50 mm
длиною и 0,0008 mm поперечником,'помещенную в достаточно проч-
— 71 —
ном стеклянном баллоне. Это давало ток в 10 000 А, при плотности
12 500 000 A:ram2. Но условия и механизм электропроводности,
сопровождающейся такого рода (т. е. с дезынтеграцдею атомных ядер)
разложением вещества, совсем не выяснен, и потому приходится
ограничиться лишь общим указанием на особый характер такой
проводимости. Было бы чрезвычайно важно в этом отношении изучить
проводимость радия и других подобных веществ.
Электронный состав атома
признается сложным: наряду с
ядерными электронами признаются тут
электроны дисперсии (или эмиссии),
электроны валентности, электроны
фотоэлектрические, электроны
индуктивности, в веществах
ферромагнитных — электроны тяготения и,
наконец, электроны свободные или
электроны проводимости. При этом
намечаются возможности
отождествить электроны валентности с
электронами дисперсии и электроны
магнитные, — с электронами
фотоэлектрическими. При проводимости, у металлических атомов обычно
отщепляются электроны не ядерные, а периферические, нужно думать—
по одному от каждого атома. Отщепившиеся атомные электроны гонятся
электрическими силами поля по объему металла. Это течет по нему
электронный поток или, скорее, дует электронный ветер. Но
электронный газ не безразличен к основной металлической среде. Свободные
электроны кружат в вихре, сталкиваются друг с другом, с частицами
и атомами, отбрасываются ими, выбивают из них атомные, а моясет быть
изредка—и ядерные электроны, иногда поглощаются атомами, входя
в их систему.
Весь этот процесс задерживает поступательное движение
электронного газа, и диффузия его повидимому происходит весьма
медленно, с порядком скорости в несколько сантиметров в минуту.
Чтобы вызвать и поддерживать продвижение электронов, т. е.
электропроводность среды, необходимо непрестанно преодолевать некоторое
постоянное сопротивление металлической среды. Оно зависит
очевидно от устройства атомов и молекул данного вещества, а в
промежуточных между ними расстояниях—от их движении. У разных
металлов сопротивление имеет различную величину; перемена
физического состояния одного металла тоже не может не отразиться на
сопротивлении среды.
25. Сверхпроводимость., Электронепроводимость есть мера сопро- ,
тивления, противостоящего переносу электронов. Она измеряется
работою, необходимою для того, чтобы определенное количество электро-
Е >ч. * L
Фиг. 17. Схема прибора Дж. Ввпдта и
Аироплдллтрапсиугаципвсиьфраиав гелий;
Т вольфрамовая проволока, А п В
вольфрамовые (?) шарпкп 20 mm поперечником,
к которым прикреплена вольфрамовая
проволока; G и С платиновые проволоки, прп-
еоедЕпеппые к шарикам; Е сосуд ив стекла
пирекс; G- п М трубкп длл наполнения
посуда, газом п для присоединения лх к
вакуум-пасосу. (По А. Е. Ерпппцкому.)
— 72 —
hoe стало двигаться потоком в определенном металлическом
проводнике. Эта работа производится силами поля. Понятное дело, когда
движение металлических атомов оживляется, то и электроны сильнее
разбрасываются их ударами в разные стороны. Следовательно, работа
па продвижение электронного потока тоже возрастает. Таков
механизм, увеличивающий электросопротивление металла, когда
повышается температура. Напротив, при- падении температуры падает и
сопротивление электрическому току.
Когда, наконец, тепловое движение молекул, при температуре в
несколько градусов кельвиновской шкалы, делается весьма
незначительным, то свободные пути электронов, т. е. от столкновения до
столкновения, делаются "в среднем весьма значительны, до 1 метра
например, по указанию открывшего этот род явлений Камерленгл Ониесл-
Электронный газ вступает в состояние быть может аналогичное
состоянию его в пустотных трубках, с тою однако разницею, что в
пустотных трубках возрастание средней: длины пути электронов
достигается в ущерб числу переносимых электронов, и потому
возрастание проводимости с одной стороны—ведет к уменьшению ее с
другой. В металлах же увеличение средней длины пути происходит
не за счет плотности электронного газа: с падением температуры
процентное содержание свободных электронов в металлах, надо думать,
не убывает,—по крайней мере радиоактивный распад от
температуры не зависит; но если бы процентное содержание электронов и
убывало с температурою, то оно все же остается настолько великим,
что, и при убыли, с избытком продолжает превосходить спрос. Во
всяком случае, опыт показывает, что возрастание среднего пробега
электрона имеет в металле прямым следствием увеличение проводимости.
Внезапность сверх-проводимости Камерлинг Оннес пытался объяснить
соединением металлических атомов в очень длинные нити,
направленные по силовым линиям поля: тогда между этими нитями остаются
свободные каналы, тоже направленные по силовым линиям, и
следовательно электроны могут циркулировать в этих пустотах без
потери энергии.
Открытое Камерлингом Оннесом явление состоит в том, что
при некоторой определенной температуре между 7° К и 2° К
проводимость металлов меняется прерывно, претерпевая огромный
скачок; ртуть, олово, таллий и свинец (у других металлов
рассматриваемого скачка пока не наблюдалось) внезапно приобретают состояние
так называемой еве$х-щоводимосяпщ а закон Ома теряет при этом свою
силу. Это значит: электронный ветер продувает металлическую среду
почти без задержек. По наблюдению Камерлинга Оннеса, при 4°,19 К
(в кипящем гелие) ртуть прерывным образом переходит от
проводимости к сверх-проводимости, и тогда токи в таком проводнике можно
поддерживать чрезвычайно малою электродвижущею силою и
сообщать им огромные плотности. Так, в тонкой'проволоке из ртути,
длиною в 1 т, при 1°,7 К могли быть получены токи плотностью в
— 73 —
60
1000 A:mms (тогда как при обыкновенной проводимости
максимальною была бы нагрузка плотности в 2-^3 А: mm3). При этом, прибором,
предел чувствительности которого 0,03.10-ЕѴ, разность потенциалов
на концах этой проволоки обнаружена быть не могла. Частное от
предельной разности потенциалов на соответственную силу тока
Каммерлинг Оннес называет миіуроостаточным сопротивлением'
сверхпроводника. Для упомянутой проволоки микроостаточное
сопротивление оказалось порядка одной миллиардной доли сопротивления
ее при обыкновенной температуре.
Переход от проводимости к сверх-проводимости, и обратно,
определяется весьма узким температурным интервалом в о°,002; стоит
только температуре превзойти критический предел, как
сопротивление проводника прерывно возрастает в миллиард раз. Но мпкрооста-
'точное сопротивление переходит скачком в обыкновенное не только
от повышения температуры, но и от усиления магнитного
поля, как только
напряженность его
превзойдет критиче- ^
скую границу (фиг. $| в
18). При каждой тем- оіг*
пературе есть и
определенный
предел силы магнитного
поля, и потому при
каждой температуре
есть предельная
плотность тока, з а
которою
сопротивление делается
обыкновенным.
Сверхпроводимость оло-
в а наступает при
■3°,8К, а свинца—
при 6° К. Частное от
сопротивления
свинца при 270° К на
сопротивление его Же
микроостаточное —
менее 0,5 . Ю-10. В свинцовой проволоке 0,014 mms поперечного сечения
и 6 m длины мог проходить ток в 8 А, так что плотность тока была
500 A:mm2; при этом электродвижущая сила не достигала и 0,1 |ЛГ,
а выделение джоулевского тепла не было заметно.
Представляет большой интерес то обстоятельство, что
упругие свойства металлов не претерпевают вместе с
электропроводностью скачка, как не претерпевает скачка и удельная
теплоемкость. Как известно, электро-проводность металла пропорциональна
joo іооо
ISOO ЙООО Z5QO 300О Э5"00 G
ПОЛЯ.
Сима, магнитного
Ф и г. 18. Зависимость сверх - проводимости прп равпых
температурах от спльг магпптпого поля, по наблюдениям пад
свпнцом Камерлппга Оппесл. Кривые 1 н 2 относятся к
проводпмостп в паправлеппп магпптпого поля,
соответственно прп температурах #,26 К п 2° К; а лпппп 2 и 3 отпо-
•слтся в проводпмостп в паправлеппп перпендикуляр пом
магнитному полю, тоже прп температурах 4°,25 К п 2° К.
(По Клэш).
— 74 —
его тепло-проводностн (закон Франца и Видеманнл} или, по более
точной формулировке, отношение электро-проводности к телло-провод-
ности металла пропорционально его абсолютной температуре.
Естественно было ждать, что в состоянри электро-сверхпроводимости
тепло-проводные свойства металлов будут какими-либо особыми; но,
как показал опыт, телло-проводность металлов в точке
электро-сверхпроводимости не претерпевает никакого скачка.
Чтобы нагляднее показать возможность длительных токов
без электродвижущей силы, Камерлинг Оннее
изготовил-катушку из тысячи оборотов свинцовой проволоки. Площадь сечения
проволоки была 0,1 mm1, диаметр оборотов 10 mm, длина всей катушки
также 10 mm. Предельною плотностью тока было 0,8 А на указанное-
сечение. Микроостаточное сопротивление проволоки оказалось меньше
одной двадцати-миллнардной доли обыкновенного сопротивления
этой катушки, т. е. менее 736 Й. Концы проволоки были спаяны автогенно„
а катушка в криофоре с жидким гелием помещена в магнитное поле-
200 G (гауссов) и охлаждена до 1°,8К. Затем действие магнитного-
поля было прекращено. Тогда в катушке индуцировался ток силою-
между 0,4 и 0,6 А (в разных опытах). Катушка вела себя как
постоянный магнит или, вернее, как амперов молекулярный ток. Так был-
осуществлен с значительным приближением максвеллевский
механизм без трения: в самом деле, ослабление тока не превышало l°/s.
в час, так что наполовину ток должен был ослабеть больше через
двое суток, а через четверо суток он все еще имел около 5%,
первоначальной силы.
Открытие сверх-проводимости, чрезвычайно важное само по себе„
поучительно еще в качестве на наших глазах происшедшего
примера, как опасно экстраполировать физический опыт и сколь
необходимо исследователю держать в уме всегдашнюю возможность
неожиданного скачка. Уже давно было известно, что сопротивление-
чистых металлов, убывая с температурою, стремится к нулю при
абсолютном нуле температуры. Но даже такой глубокий физик, как.
лорд Кельвин, высказал мысль, что при очень низких температурах,
металлическое сопротивление имеет минимум и затем бесконечно-
возрастает по мере приближения кО°К. Так думал и целый ряд
исследователей, несмотря на то, что опыт не давал точки
наименьшего сопротивления; так думали и Камерлинг Оннес и Клэй, которые
даже далн эмпирическую формулу удельного сопротивления:
где Т0 = 273,09 и р0 относится к 0°.
Достойно внимания, что этот же взгляд проводится и в вышедшем в
1915 г. IV томе (2-я половина) курса физики 0. Д. Хвольсона. Но, как
указано выше, чуть ли не в это самое время было опубликовано-
новое исследование того же Камерлинга Оннеса, который открыл не-
— 75 —
ожидание для себя самого, вместо искомого минимума и дальнейшего-
повышения кривой, разрыв ее и понижение, т. е. качественный
скачок электропроводности, и, вместо предсказанных бесконечно-больших
величин,—чрезвычайно малые, повидимому бесконечно-малые.
26. Электропроводность при плавлении и испарении. Другой
скачок изменения проводимости происходит при плавлении металлов,—
явление многократно изучавшееся, а в іэіэ г. вновь тщательно
обследованное Хидео Тсутсуми. Обозначим через 0 температуру
плавления металла, через жЯІ проводимость его в жидком состоянии и.
через й^г проводимость его же в состоянии твердом. Тогда;
М в т а л л
ртуть . ,
олово . .
висмут .
свинец. .
дник . .
сурьма. .
алюминий
серебро .
—320,8
230
269
327
«8
630
657
692
1082
*«.10е
93,8
48,2
123
99,3
36,2
108
20,1
16,2
21,6
*т.10°
29,2
23,8
282,6
48,1
17,3
162'
12,2
9,32
10,9
?.»: ѵ.т
3,22
2,03
0,43
2,07
2.09
0,67
1.64
1,74
2,04
Таким образом, частное ■/-■: хг проводимостей одного и того
неметалла в состоянии жидком и в состоянии твердом на точке плавления
более 1,5 для всех металлов, за исключением висмута и сурьмы, для
которых оно около 0,5.
Бели в сверх-проводящем состоянии • электроны металла
свободны, как в состоянии ультра-газовом, или во всяком случае
обладают хотя бы одною степенью ультра-газовой свободы, вдоль силовых
линий, то в твердом металле, при обыкновенной температуре, они могут-
сравнительно легко отрываться от тяжелых молекул. В жидком же
металле вероятно происходит дезынтеграция молекул, и потому
электроны от них отщепляются уже гораздо труднее. Кроме того, вероятность,
столкновений электронов с молекулами, получившими свободу
двигаться, весьма возрастает, и все это ведет при плавлении металла—
к возрастанию электросопротивляемости.
Дальнейшее раздробление молекул и дальнейшее увеличение
их удобоподвижноети ведет за собою следующий скачок
проводимости. При испарении металла проводимость резко падает, при чем она
меняется не только количественно, но и качественно, получая иную>
природу, т. е. делаясь проводимостью газов ою.
— 78 —
27. Электропроводность сплавов. Как теоретически, так и
практически, в связи с все более намечающимся в технике значением
■металлических сплав о в, необходимо наметить и вопрос об их
проводимости. Тут имеется обширный материал, но разрозненный.
Некоторое сведение к единству дает по этому вопросу, еще не
законченная, работа Норбургл, доложенная в конце 1920 г. Фарадеевскому
Обществу.
Посторонние примеси, как известно, существенно повышают
проводимость чистых электролитов и диэлектриков; у чистых металлов,
напротив, и следы посторонних примесей, образующих с ними
твердые растворы, значительно понижают их проводимость. чНорбург в
ряде наблюдений показал значение атомного веса этих примесей.
1°, если двойной сплав не обладает смешиваемостью, то. он
складывается из лежащих друг возле друга кристаллов обоих компонентов,
при чем каждое зерно может быть рассматриваемо, как особый
проводник. Эти зерна могут быть расположены или по образцу
проводников, соединенных параллельно (Ш), или же по образцу
проводников, соединенных последовательно ( ). В первом случае,
проводимость есть линейная функция состава сплава, а во втором —
линейною функциею состава будет сопротивление сплава.
Следовательно, проводимость сплава существенно зависит от его
микроструктуры. Эти соображения Норбурга могут быть распространены и на
твердые диэлектрики, представляющие собою в большинстве случаев
сплавы и смеси веществ и не обладающие однородностью. 2°, если
сплав содержит только твердые растворы, то взаимное атомное
влияние металлов характеризуется наклоном в начале восходящих
кривых сопротивления (в зависимости от содержания примесей). 3°, есть
основание думать, что первые порции растворенного тела
увеличивают сопротивление растворителя по закону линейному. 4°, влияние
температуры на сопротивление сплава должно быть учитываемо для
каждого компонента порознь. 5°, если металл чист, то сопротивление
его не изменяется от холодной обработки его и величины зерен.
Напротив, в двойных сплавах размер элементарных кристаллов имеет
значительное влияние, и притом возрастающее, когда
кристаллических атомов делается много, сравнительно с числом атомов наличных.
При отжиге мартенсовских сталей сопротивление их падает; это
объясняется рассеянным состоянием углерода в мартенсите, при чем
настоящего твердого раствора с железом не образуется.
Далее, Норбург делает обзор того, кйж различные вещества
изменяют сопротивление железа, никеля, палладия, платины, меди,
серебра, золота, магния, кадмия, натрия и калия. Если атомное
влияние растворенного тела выразить в функции его положения в
периодической системе, то это влияние на сопротивление металлического
растворителя велико или мало, смотря по тому, близко или* далеко
растворенное тело от растворителя в периодической системе. Ни одно
из атомных свойств (атомный объем, внутреннее натяжение," электри-
_ 77 —
ческое сопротивление, термоэлектрическая способность, стремление к
диссоциации) не может непосредственно объяснить обсуждаемое
свойство сплавов. Представляется вероятным, что в металлических
растворах атомы растворенного тела не присоединены к таковым же
растворителя; но появляющиеся в растворе силы притяжения разнородных
атомов могут тормозить свободные электроны, и повышенное
сопротивление металлического раствора этим фактором объясняется достаточно-
Но, не входя в объяснение
свойств сплавов по существу,
полезно отметить правила
проводимости сплавов (фиг. 19),
данные Маттисеном, Гольцыа-
ном и Фохтом. Металлы
разделяются тут на два ряда; А
{свинец, кадмий, цинк) и Б
(висмут, ртуть, сурьма,
платина, палладий, железо,
алюминий, натрий, золото, медь,
серебро, таллий). 1°, сплавы
металлов Л между собою имеют
проводимость среднюю от
проводимости составных частей и
вычисляемую по правилам
смешения. 2°, сплавы металлов Б
с металлами А, уже при очень
малом содержании последних,
получают проводимость
значительно меньшую вычисленной
по правилу смеси. Напротив, проводимость металлов А даже от
больших прибавок Б изменяется сама очень мало. 3°, сплавляемые между
собою металлы Б дают образование с проводимостью часто меньшею,
нежели проводимость каждого из сплавляемых металлов.
Чтобы узнать, принадлежит ли данный металл к ряду А или к
ряду Д его надо сплавить со следами свинца, олова и т. п. Если
проводимость такого сплава окажется среднею из проводимостей
сплавленных частей, то металл принадлежит к ряду А, а если
менее,—то к ряду Б.
Насколько может понизиться проводимость, показывают напри- -
мер уже старые исследования. Л. Вейлера в 1885 г.: если в
условных единицах проводимость серебра 100, меди 100, алюминия 54,2,
то проводимость кремнистой бронзы 98 ,ѵ 35, в зависимости от состава,
фосфористой бронзы 29, алюминиевой 13,6. Кривые фиг. 20 и фиг. 21
показывают, как далека от линейности зависимость проводимости от
состава.
Повышенное сопротивление сплавов объясняли контактными
явлениями при соприкосновении прилегающих друг к другу кристалли-
О £.0 чо ео so roo-
%-НОЕ СОХЕ РЖ. 1-ГО. П^Га. JIJ1A
в 1-ом.
Фиг. 19. Тпппческие кривые, характеризующпе
зависимость электропроводности двойных сплавов
от процептпого содерікаппя второго металла
первым. Кривая 1 относится к сплаву дплка п олова,
кривая 2 к сплаву серебра п золота, кривая 3 к
сплаву серебра п вшшута, крпвая і к сплаву
серебра и меди. (По Млттпсепг п. др.)
— 78 —
XV
Т5
І
I
ков их составных частей.
Предполагалось явление Пельтье, в
силу которого, при нагревании или
охлаждении контакта, возникает
обратная электродвижущая-сила,—
чем сопротивление кажется
увеличенным. Однако, опытное
обследование этих процессов Бруксом в 1910 г.
установило несущественность
явления Пельтье в рассматриваемом
случае. Этот исследователь составил
сплавы разного процентного
содержания из золота и серебра;
сопротивление такого сплава есть
функция состава его, достигающая
максимума при 50% (фиг. 22).
Параллельно этому, Брукс
обследовал настоящие смеси тех же
металлов, тоже различного
процентного содержания. Во первых, он
складывал столбик, переслаивая
золотые и серебряные листочки
0,07 mm толщины и, сжав их,
измерял сопротивление и
температурный коэффициент такого
столбика. Кроме тогр, смешивались в
разных пропорциях химически
чистые порошки тех же металлов и
спрессовывались под
давлением 5560 атмов в палочки
5 cm длины и 2,2 mm
толщины, которые
исследовались тем же способом.
Оказалось, что в обоих
последних случаях сопротивление
зависит от состава линейно
и вычисляется
приблизительно по закону смешения
(фиг. 23). Итак, ни
термоэлектрические контакты, ни
воздушные промежутки не
вносят в сопротивление сме-
fo Іо і'о Jo jo so ^ т'о fb эо rig рн нИЧеГО СуЩбСТВѲЕНО HD-
%-нве садержа.нИЕ енспита.
Фиг. SO. Проводимость двойных
сплавов серебра, золота, олова п сванда—с
висмутом. Зависимость проводимости от'
процентного содержания висмута в
сплаве. Пупвтирпые чисти кривых относятся
к смеси кристаллов. (До В. Гиммлеру).
Jt-io4
Уо-НО£ СОДЕРЖаЯИ£ ОЛО&Ѳ.
Фпг. 21. Проводимость двойного металлического
соединения ыеди с оловом. Зависимость этой
проводимости от процеитпого содержания олова в
соединении. (По В. Гіортзеру.)
вого, тогда как более тесное,
сближение веществ—по
существу изменяет величину
проводимости.
Лиг
Фосфоржстая, кремнистая и прочие бронзы, сплавы железа с
углеродом и т. п. стоят на пути перехода к недавно открытым, в
1920 г., А. Л. Виллилмсом металлическим сплавам со слюдою
и: с другими изменчивыми
проводниками. Для получения этих
сплавов слюда измельчалась и
затем металл плавился
вольтовою дугою. Большинство
металлов (алюминий, сурьма, висмут,
марганец, олово, серебро,платина)
сослюдоюнесплавляются;кобальт £
и никель удается сплавить, при
чем получается плотный черный
слито'к, не обладающий в
отношении проводимости
замечательными свойствами. Сплав железа с
кремнием не дал чего либо
замечательного, а медь с кремнием
не сплавилась. Но медь с
селеном и медь со слюдою,
а также железо со слюдою
дают при 2000° весьма
замечательные в электрическом отношении
■сплавы, однородного строения,
плотные, черного цвета.
Сопротивления этих сплавов не подчи-
няются правилам металло-
проводности. Так,
сопротивление сплава селен-медь (фиг. 24)
в температурном промежутке от
40ff до 360° претерпевает скачок й"?
■около 130°, причем до 90° сопроти- *
вление падает, затем быстро под- "
нимается и при 130° внезапно
падает, значительно ниже
первоначального, а далее возрастает
линейно. Слюда-медь и слюда-же-
.лезо уменьшают свое
сопротивление с ростом температуры сперва
очень быстро, затем все
замедленнее. Так, один образчик, при
повышении температуры от 25° до
30°, изменил свое сопротивление
■от 10 400 Q до 8000 й. А при
повышении температуры с 27° до
760°, сопротивление другого об-
% Ной СОДЕРЖАНИЕ СЕРВЕРА
Ф б г. 23. Проводимость двойного сплава
"золота с серебром. Зависимость этой
проводимости от процентного содержании
серебра в сплаве. (Па Б. Гюртдерг.)
N
8
■7
о
б
Ч
Ь
Z
1
п
/Л -
fa.
'
«■>
JT
d\
ЙО
ао
°/q-hos солерт. Золо
Фиг. 23. Сопротивление сплава и смеси
золота с серебром. Зависимость этого
сопротивления от процентного содержания
серебра в сплаве плп в смеси. Крпвая аа
относится к сплаву золота с серебром, бб
к столбику ив чередующихся золотых и
серебряных листиков, ее к снеси ив
порошков тога п другого металла. (По Брпюг).
— 80- _
разчика падало с 16 000 Q до 0,5 й. Более тщательное обследование-
ряда образцов мисс Млкэй дало результаты, указанные в таблице-
Сплав
слюда-медь - •
II П ■ ■
слюда-ліелево .
а. и *
Изменение
температуры
в о Ц
25» ~ 400°
100» -ѵ. 400°
25° ~ 300"
164» -ѵ, 2500
Сопротивление
в омах
4400 ~ 300
95000 -w 3000
1300 -ч 100
32100 ~ 6100
Удельный
вес сплава,
5,1
4,3
3,7
Удельный
вес чистого
металла .
S,9
1}
7,6
И
Микрофотографическое исследование этих сплавов,
произведенное мисс Джильс, показало полную однородность их, хотя кое-где и
были заметны микроскопические шарики меди.
я
1
*ч
э
о
t
Ч
|
а
\
*
'
л
*■
*
J
ho
ІС
О
Зас
ТЕППЕРЗЛ УГ&
Ф п г. 24. Сопротивление сплава ыедп с
селевом. Зависимость этого сопротпвлеппя от
температуры. (По A. JI. Выляплмсу,)
Наконец, должна быть
отмечена попытка В. Оствдльдл
установнть применительно к
сплавам различие между
растворами молекулярными
и растворами коллоидньь-
ми, — различие, как известно,
не представляющее резкой
границы в растворах водных:
(мыло). А именно, Оствальд
полагает на основании способа
кристаллизации, что в стали
углерод и сера образуют
коллоидный раствор, тогда как
марганец и фосфор—нормальный.
Более сложные
соотношения в смысле проводимости.
представляют сплавы между
собою более чем двух металлов; но входить в обсуждение их
потребовало бы слишком много места.
28. Электропроводность электролитов. Электронная
электропроводность типически выражается в металлах, но находит себе место и в-
некоторых других веществах. Электролитическая проводимость
возникает как в твердых веществах, так и в жидких, но наиболее ха-
— Si —
рактерен для нее случай жидкости, и притом именно водных
растворов неорганических солей. Соли водно-растворенные, иные растворы
солей и кислот, далее соли расплавленные, затем соли твердые и
наконец силикаты и тому подобные образования—таковы главные
подвиды проводников-электролитов.
Феноменологически, электролитическая проводимость
характеризуется тремя признаками: і°, чрезвычайно быстрым ростом ее
с температурою; 2°, ослаблением тока в электролите от
обратной электродвижущей силы, вызванной поляризацией
электродов, и наконец, 3°, химическим разложением
проводящего вещества, причем продукты разложения выделяются на
электродах или, точнее сказать, на границах объема данного
электролита (возможны случаи соприкосновения между собою нескольких
последовательно соединенных между собою электролитов, без посредства
металлопроводников). Однако, не всегда легко на практике установить
относительно данного вещества, проводит ли оно металлически или
электролитически, в особенности —■ когда проводимость ничтожна и
вдобавок ослоясняется вторичными процессами. Заведомо
электролитическая проводимость установлена у жидкостей, почти без
исключения представляющих растворы и смеси, и у некоторых твердых тел,
тоже не химически чистых. Из растворителей обследовано более согни
жидкостей, при чем собственная их проводимость в чистом виде
оказалась весьма малою, а именно: порядка Ю-'^Ю-3, при
органическом составе, и более — при составе неорганическом. П. И. Вальден в
ЮОЗ г. дал некоторые указания в этом смысле:
Вещее
безводная азотпая кислота
безводная серпая кислота
хлорлстан сурьма ....
формами
ацеталшд .' .
муравт.ниоя кислота . . .
Проводимость
в mho: cm3
16.10-3
10.10-3
0,12.10-а.
5.10-5
29.10-5
1,5.10-5
Такого же порядка самостоятельная проводимость воды. Но
наблюдения этого рода крайне трудны, потому что проводимость
чистых веществ заметно изменяется от ничтожнейших количеств
посторонних примесей, в частности от следов углекислоты. Поэтому,
проводимость есть чувствительный признак химической чистоты^
более тонкий, нежели точка кипения.
Некоторыми исследователями даже ставится под вопрос,
существует ли самостоятельная проводимость не-металлических жидкостей
П. Флоренский.—Диэпектр и а и. 6
— 82 —
и что именно должно разуметь под нею. Во всяком случае, если
таковая действительно есть, то она должна быть чрезвычайно малою.
Всякий раз, когда устранялись сколь возможно тщательно все
причины ионизации, как электролитической—*путем очищения жидкостей,
так и производимой различными лучами и электронною
бомбардировкою, то проводимость жидкостей делалась весьма малою. Тут
приходилось исключать не только малейшую нечистоту жидкостей, но и ра-
диоактпвное действие самых сосудов (опыты Кюри, Бяловржеского,
Жаффе и др.). Ничтожнейшие примеси весьма повышали жх
проводимость. По указанию Дж. Кендллля, проводимость воды достаточно
объясняется уже присутствием в ней о,035°/0 поглощенной углекислоты:
Когда уже никакие химические реактивы н§ в состоянии обнаружить
присутствие посторонних веществ, повторные перегонки все таки не
перестают уменьшать проводимость. Неощутимые примеси легко
устанавливаются электрометрическими методами. Вода есть
единственная жидкость, полученная в чистом виде; но еще вопрос, чем
объясняется минимальная ее проводимость и не происходит ли она в
частности от радиоактивной ионизации, действием почвы и атмосферы.
Нижеследующая табличка показывает, как велико значение примесей:
в проводимости воды, этого важнейшего вещества в природе.
Род воды
' — ~ ■-'-■ —
вод», полученная помощью ниинчіі-
ТСЛЫШХ П]>ІІ(!МОВ ОЧИСТКИ Ф. Ko.Hi-
рауіпем и Гсіідно.ілерон
вода, очищенная и перегнанная с бо.іь-
пода деетнла провал мая
Удельная
проводимость
в тію: cm1*
: 4.10-S
1
1.10—е
1,1-10—Д
3.10-е
2,7.10-4
В частности, это различие проводимости различных видов воды
необходимо учитывать при мокром испытании изоляторов. Очевидно,
далеко не безразлично, какою именно водою будет смочена
поверхность испытуемого изолятора.
В- виду практической важности вопроса о проводимости воды,
приведем несколько данных, теперь уже не в практических единицах,
а—сравнивая проводимость воды с такового же ртути, принятой
за'Ю10. Проводимость чистой воды Кольрауша выражается тогда при
21°,5 как 0,71. Но, оставленная в платиновой чашке под колоколом,
несмотря на эти предохранительные меры, вода Кольрауша быстро
увеличивала свою проводимость:
через г часов; г = 0
проводимость вады 0,76
4,3
1,33
5,7
1,55
20
3,5
46
6,0
78
8,5
174 ■
и
1080
30
— S3 —
В тех же единицах проводимость волы различного
происхождения выражается так:
Происхождение поды
вода быстро лестнллпропанпап ....
достнллпрованпая в стеклянном
холодильнике
споговая пода
Проводи мост і.
1,23 (при 24»)
і
■
5,4 ~ 12,8
1 19,1 — 17,3 (при .3*1
і 4,1—0,5 (при 1-41)
Табачный дым повышает проводимость воды дестиллированной
в 3 часа с 5,8 до 11,8.
Абсолютный алкоголь, по Пфейфферу (1885 г.) и Фуссеро (1885 г.),
при 0° имеет проводимость в вышеуказанных единицах (ртуть = Ю10)
0,1876 и при 18° отрицательный температурный коэффициент —0,00704.
Итак, собственно электролитическая
проводимость возникает от присутствия в
растворяющей среде посторонних веществ. Попав в среду
сравнительно большого диэлектрического коэффициента, эти
электрически-нейтральные молекулы расслабляют свои связи и подвергаются
диссоциации [9]. Вследствие этого,- раствор получает способность
нейтрализовать своими свободными частями заряды электродов. Продукты
электролитической диссоциации, электрически уже не нейтральные,
притягиваются электрическими силами к электродам и оседают на
них: положительно заряженные ионы (катионы) на катоде, а
отрицательно заряженные (апитеы)—на аноде. Таким образом, условием
токопроведения является здесь перенос элементарных электрических
зарядов весомыми массами молекулярного порядка—и о и а м и. Ионы
находятся в непрестанном движении, при чем распавшиеся молекулы
восстанавливаются, а другие в свой черед распадаются. Но подвижное
равновесие распавшихся и не распавшихся молекул, т. е. относительное
содержание первых и вторых, остается неизменным, пока неизменны
концентрация раствора, температура и другие физические условия.
Среди всех растворителей, исключительное место принадлежит
в разных отношениях самому замечательному из веществ,
исключительному физически, но в природе, на поверхности земли, наиболее
распространенному: воде. Это место ее определяется ее высокою
индуктивностью. Указываемое обстоятельство чрезвычайно значуще
и в экономии природы и в технике. Трудно даже приблизительно
учесть возможные последствия, если бы индуктивность воды была
ве 80, а например 2.
Водные растворы особенно хорошо проводят ток и по
преимуществу заслуживают названия электролитов.
6*
— 84 —
Электролитическая диссоциация зависит от концентрации раствора
(фиг. 26). В жидких растворах, как равно и в очень крепких,
диссоциировано большинство молекул, тогда как в растворах средней
крепости диссоциированною оказывается только часть их. Поэтому
wwrj -
5
lr
г
і
/У
*($
//
J
V
V.
s^
■■''/
•■іг-—
/.
о
»*
-^
іг~
-""7
/
^=-
^1
.-——
flfr
^(
7"
Ц
'"ч
VJMVL
^"^t
<?*
^_
■**
^
•\
^
^
^
Ч4
->
ft
\,
^1^-
5іі^_
'->_
Ш
~-_,
! і
Г-»,
'"-.
-,„
— ^'1
Фиг. 25. Электровроводвость электролитов в завпспыостп от концентрации раствора. На otfii
абсцисс папесепы величины от = 10001\, т. е. грамм-эквиваленты па 1 литр раствора, а ва
ординатах—вроводпмостп ■/., (По Ф. Кольрдушу п Л. Гольеорву).
электропроводность электролитов весьма зависит от концентрации.
Если обозначить:
(403
(где к есть проводимость раствора, а -ц число грамм-эквивалента
растворенного вещества, т. е. число граммов, равное
электрохимическому эквиваленту ~его, на і j растворителя), то для средних
концентраций fo—io-^lO-*) имеет силу соотношение Ф. Кольрауша
(41) Л = Ааз— а*Д ,
которым связывается проводимость с концентрациею, 'Тут а и Аса
суть постоянные, при чем Лщ есть предел А при бесконечно большом
разведении. При бблыних разведениях, (т/^Ю~5'^іО~7) более
пригодною оказывается формула
(42) А=А^ — ЬД ,
в которую внесена поправка
(43) A = Ato—bif><t*
Эти соотношения пригодны такте и для растворов не-водных, но
конечно с другими постоянными. При очень высоких концентрациях
(44) А = Ат—сА>& ,
где р ■ есть новая постоянная (э/а по Фант' Гоффу и 2 по Рудольфи).
Шторхом и Ранкрафтом предложена та же формула
(45) Aw~A — G.At-<rx
— S5 —
* Наконец, должна быть упомянута теоретическая формула П. Гертцл
(1911г.), дающая универсальную зависимость
проводимости от концентрации, если-только взять соответственные
масштабы: g
(46) b'(^-y/)=-M^ = l3[{^-SiM}a+{ci(2:)}3j ;
здесь неременное
(47) Х = А-\/пі
(т — нормальная концентрация, т = 1000-г; ), В постоянное, a Si (x) и
Сі (х) интегральный синус и интегральный косинус,
«48) . Si(x)=f^^ix , СІМ--Г—**■*
29. Зависимость от времени. Согласно закону Флрадея,
выделение веществ на электродах пропорционально химическому
эквиваленту вещества и пропорционально перенесенному через
электролит количеству электричества. Следовательно, концентрация раствора,
если только она не восстанавливается искусственно, должна
непрестанно падать, а электропроводимость—меняться.
Таким образом, и независимо от кажущегося изменения
электропроводности вследствие изменения поляризации самых электродов,
электропроводность электролита есть функция времени проходящего
сквозь него тока. Между прочим, пропускание тока может следовательно
служить в производствах очистки жидкостей от последних примесей
растворенных в них веществ. Если, после многих очисток и деетилля-
ций, подвергать далее жидкость длительному прохождению
электрического тока, то проводимость получает некоторую устойчивую
величину, каковая ж признается собственного проводимостью растворителя-
Так Ж. Жаффе в 1909 г. подверг гексан, гептан и петролейный эфир
в продолжение 50 часов высокому напряжению и достиг уже
неизменной проводимости порядка Ю-18. Карвллло думает однако (1910 —
1914 гг.), что этот и другие подобные результаты все же не
совпадают с предельным значением, превышая его раз в 12, вследствие
последних следов примесей, и что истинным пределом
собственной пров одпмости жидкостей должна быть
собственная проводимость газов. Но не всегда, однако,
длительное прохождение тока понижает проводимость: в некоторых случаях
эта последняя возрастает, вследствие образования новых
электролитов.
Потребление электролитически проводящего вещества при
наличном токе противопоставляется неизменности проводника
металлического. Но так формулированное различие обеих электропроводностей
может быть устанавливаемо лишь предварительно и приблизительно:
коль скоро признается условием металлической проводимости элект-
— 86 —
ронная диссоциация атомов, возникает вопрос, что именно происходит
с выделенными электронами у электродов металлического проводника,
и не образуют ли они новых аггрегатов, т. е. не происходит ли в
металле переноса материальных масс, временно дематериализованных и
затем образующих прежние или новые материальные атомы [23].
В отношении металлов принято думать об их проводимости, как
о независящей от времени пользования металлом в качестве
проводника. Укоренившийся взгляд на металлические проводники—
как на нечто безразличное в отношении тока, своего рода
газовый рожок или асбестовый фитиль, передающий' горючий материал.
Однако, процесс токо-проведения далеко не безразличен и совершается
за счет вещества провода, непрестанно разрушаемого. Если уж
сравнивать провод с фитилем, то он должен быть уподоблен фитилю
свечному, который подает горючий материал, сам уничтожаясь. Так и
провод подтачивается проходящим через него током (?)
Практически, резерв электронов конечно чрезвычайно велик. Но, может
быть, истощение электронов не так ничтожно, чтобы не быть
доступным прямому наблюдению. Тут уместно вспомнить старые (1S57 г.)
опыты Квинтусл Ицплиусл, который нашел, что электрическое
сопротивление проволок постепенно увеличивается,
если они служат проводниками тока. Так, сопротивление медного
прута возросло в отношении 0,9293; o,95S4, т. е. на 4,2ЙД. а
сопротивление платинового—в отношении 0,89(17:0,9!75, т.е. па 2,3ЙД.
Аналогичные результаты дало изучение зависимости механических
свойств металлов от длительного прохождения по ним электрического
тока. Но опыты эти нельзя конечно считать .даже приблизительно
решающими, поскольку длительное прохождение электрического тока
вероятно не могло не изменить микроструктуры проводников, а
электрическое и механическое сопротивление металлов чрезвычайно зависит
от их строения. Вполне возможно, в данных опытах ток был лишь
косвенною причиною изменения проводимости, чрез длительный н а-
грев проводника. Вопрос ждет своего исследователя.
30. Зависимость электролита- и металло-проводности от
температуры. С повышением температуры электролита, его проводимость,
как известно, возрастает, в противоположность'убыв аіощей при
тех же условиях проводимости металлической. Не трудно понять, по
крайней мере в общих чертах, причину этой разницы. Дело в том,
что металлическая диссоциация—внутри-атомного происхождения и
зависит от внутренних сил атома, совершаясь в каждом атоме
сама по себе, тогда как электролитическая—совершается внешними
силами взаимодействия молекул между собою. Далее, металлическую
проводимость обслуживают электроны—продукты диссоциации атомной.
Но явления радиоактивности не зависят от температуры. Точно также
не зависит от температуры и скорость матового распыления, как
установлено Г. Грлнквистом, при.-нагревах катода пустотных трубок, вклю-
— S7 —
чительно до ярко-красного каления. Это значит: е атомная диссоциация
радия и диссоциация катода в разреженном газе не изменяется с
температурою. Если правильно сравнить механизм металлической
проводимости с самопроизвольным распадом радиевых атомов и с
распылением катода, то и распадение атомов металлического проводника
следует признать независящим от теплового его состояния. Разница
тут в том, что электроны и атомные ядра выбрасываются из радия
самопроизвольно, из катода пустотных трубок—силами внешнего поля, а
из металлопровода вовсе не выбрасываются, по крайней мере при
применявшихся до сих пор напряжениях (новейшие исследования 1923 г. Мпл-
ликэна устанавливают верхний предел этпх напряжений в ОООО kV; cm,
после, чего возникают катодные лучи из провода и при атмосферном
давлении). Проводимость данного металла определяется тогда, в дан-
пом электрическом поле, не концентрацией) свободных электронов, от
температуры не зависящею, а препятствиями, представляемыми
электронному потоку со стороны молекул тела. По мере оживления
тепловых движений, возрастает и сопротивление, т. е. падает
металлическая проводимость.
В электролите, напротив, обслуживают электропроведенпе
ионы—продукты диссоциации молекулярной. Концентрация этих
продуктов возрастает с частотою и силою взаимо-етолкновений
молекул. Поэтому, главный фактор переноса электрических зарядов с
температурою растет, а следовательно можно ждать возрастания
электропроводности.
Таким образом, температурный коэффициент
проводимости металлической и электролитической имеет знак
противоположный. В первом случае он отрицателен, тогда как во
втором—положителен. Кроме того, там п тут он весьма различен п по абсолютной
величине. Приблизительно говоря, температурный коэффициент ме-
таллопроводимости не зависит от температуры и природы металла;
он равен температурному коэффициенту расширения газов, т. е.
составляет на 1° ]/273 величины или 0,00367. Изменение
электролитической проводимости определяется коэффициентом гораздо бблыпим,
притом же зависящим от вещества, концентрации и температуры.
Прирост температуры на 1° изменяет проводимость электролита на
много процентов; если требуется измерить проводимость электролита
с точностью до тысячных, то температура его должна измеряться с
точностью до 0°, 05.
Более точно зависимость проводимости от температуры
выражается формулами квадратичными. Для металлопроводиости,
в отношении металлов и металлических сплавов, по Ауэрбаху,
(49) х = -^(l — at — Ы1)
где а0 проводимость при 0°. Но величина 6s: а сама изменяется с
температурою. Если положить в среднем
(60) 6г:я.—0,60,
— 88 —
то до красного каления может быть удовлетворительно соотношение
/1 —(1 —2о)'\
(51) * = *»{—~Тш J
В отношении сплавов необходимо различать тип I и тип П.
Если проводимость сплава есть средняя от проводимостей составных
частей, то процентное падение проводимости с температурою есть в
среднем то же, что и для чистых металлов. Если же проводимость
сплава меньше вычисленной по закону смешения, то и падение ее с
температурою меньше. Наконец, следует отметить, что с возрастанием
температуры падение проводимости постепенно замедляется. Насколько
зависимость между проводимостью и температурою в чистых металлах
представляется однообразною, настолько же она разнообразна и измен-
"чива в сплавах, особенно сложных, и температурный коэффициент в
некоторых случаях может делаться даже отрицательным, например
у сплава никель-марганец-медь. У нейзильбера этот коэффициент
весьма мал: по Сименсу и Гальске, нейзильберовая проволока 1 m
длины и I mm2
поперечного сечения имеет
проводимость
'(52) 1, 2670 (1—0,04 34—
—37t) mho,
а никелиновая
(53) 0,411 (1—0,0, 2St) mho.
Сложный сплав вольфра-
мо-никеля с цинком в
медью, называемый
платиноидом, имеет
сопротивление в 1,5 раза
большее, чем нейзильбер, а
температурный
коэффициент его между oD и
100» —• всего 0,О,5О9~
~0,0, 22.
От весьма малых при-
■ лесей температурный
коэффициент металлов
существенно меняется п
ФИ г. 26. Крпвыя аавнсииостп сілектролпго-проводиостн цкогда Может стать обрат-
жвдшх вщпіх ыѳп^оівти^шпоров от тюлвридо- HHMj С0ПрОТЕВЛение же
возрастает. Тут—прямая противоположность проводимости
электролитической, при которой сопротивление от примесей убывает.
Проводимость электролитическая может быть выражена в
зависимости от температуры, по Кольраупеу (1876 г.),Гротриану (1875 г.),
Велего и Манлего (1898 г.) и Клдузеііу (1914 г.), квадратичною формулою
ТРППСГЛЛЫ*
— 8!) —
где -/, есть проводимость при і°, a x]g при 18°. Коэффициенты с я &
положительны, так что проводимость растет с температурою ускоренно.
В области 0° -*- 35° они стремятся, с убывающею концентрацией)
раствора, к пределу, приблизительно достигаемому, когда
■(55) 1000*7 = 0,001.
Опытные наблюдения показывают, что с возрастанием' с растет
и с', при чем приблизительно удовлетворяется соотношение
(56)
с'^О.ОИТ (с —0,0177)
это значит, что проводимости всех электролитов при температуре
—Ѵояпп0 (чг0 соответствует —5в°, 5) равны нулю, Действительно
кривые проводимости в зависимости от температуры для шестнадцати
исследованных электролитов стремятся сойтись приблизительно в одной
точке, около—40° (фиг. 26).
Это схождение кривых
электролитической
проводимости формально аналогично
схождению кривых
металлического сопротивления в точке
0°К (фиг. -27). Но эта
формальная аналогия ведет к
установлению глубокой
противоположности той и другой
проводимости: все металлопроводни-
ки стремятся с падением
температуры к нулевому
сопротивлению, тогда как элек-
тролнто-проводники—-к
нулевой проводимости.
Формула (54) приводит еще к
одному замечательному выводу,
если сопоставить ее с
зависимостью текучести
электролита і: Ф„ т. е. величины,
обратной вязкости Ф#, от
температуры:
(57) . 1/Ф, = 9-1,74 [1 + 0,0240 (I — ІУ) — 0,000111 ((—IS)3] С.
Эта формула вполне аналогична формуле (54) п дает нулевую
текучесть (т. е. бесконечную вязкость) всех электролитов при —34°. Иначе
говоря, приходится думать, что при своем странствовании по
жидкости встречают препятствие не непосредственно ионы, а водные
оболочки, окутывающие каждый ион, т. е. молионы, и что электролит имеет
дисперсное строение, представленное на фиг. 16 справа (стр. 66)
Л
1
$§■
/,
4
ш
V,
/г
f
W
■"у
t
/>
V
у/,
р
г*—
\
1
1
/
W
ѵ>
/А
'/,
'
7
/
1
I
/А
/ /
'/
//
Ь
/
/
АЩ
л
//
//
"V
'/!
')
у
/
—
/
у
г
ыу
'4
О
'/
В'
г
л
/
/
/л
/
ѴА
'/
//
ілл
V
In
/
s
Си
1
$
і
/
/
к
/
\/
*ч,
/
?
■ гоо* -юн"
• W тгоо*
• 300"
tJflO'lf
ТЕМЯЕРЛ. ТХРл
Ф і[ г. 21'. Крітыс зшіисішостн неталло-сопропш-
лсіши (отнесенного в таковому же при—192*}
от температуры. (По Деваю).
— 90 —
Эти водные оболочки иона трутся о воду же, а поперечник такого
водяного шарика, молиона, зависит от размеров иона. Итак,
электролитическое сопротивление етоит в прямой связи с вязкостью
электролита, п этот вывод подтверждается многочисленными опытами. Таков
закон Джонесл: электролитическая проводимость
изменяется прямо пропорционально ассоциативному
коэффициенту растворителя п обратно пропорционально
коэффициенту его вязкости. В 1.919 г. Грейтон и Вей
подтвердили этот закон, изучив тринадцать растворителей.
Все сказанное относится к электролитам малых концентрации;
что же касается до концентраций более крепких, то тут пока может
быть дана лишь связь качественного характера: чем лучше проводит
тело, тем медленнее в общем возрастает его проводимость с
температурою; иначе говоря, различие проводимостей различных, тел с
температурою в общем уменьшается,—опять таки в противоположность
проводникам металлическим, с которыми этот процесс взаимного
уподобления происходит не при повышении, а при понижении
температуры. Что касается до не-водных растворов и расплавленных солеи,
то зависимость проводимости от температуры аналогична тому, что
сказано о водных растворах, и во всяком случае с /температурою
увеличивается. Но конечно, постоянные имеют здесь другие значения,
причем в формулах для; расплавленных солей температуры должны
отсчитываться от точки плавления.
Так, для калиевой селитры
(58) Л,:= :?(>,:> +0,1 И7Г>(* — 350) ,
а для хлористого серебра
(59) At— l-U.,3-|-0,= No5{(— 700) .
Тут J, есть молекулярная проводимость вещества, т. е.
(«0) Л=х:ѵ,
или частное от деления проводимости на число грамм-эквивалента.
Рост проводимости очевидно обусловлен у электролитов падением их
вязкости. Фуссеро пытался установить положение, что величина -/.Ф
не меняется с температурою; но повидимому она есть функции
убывающая.
Относительно смесей расплавленных солей найдено, что
проводимость тут в точности до нескольких процентов может быть
вычисляема по правилу смешения, независимо от температуры; но вполне
точного согласования опыта с такими вычислениями не имеется,
31. Изменчивые проводники. Металлическое сопротивление
представляется как сопротивление со сравнительно небольшим, одинаковым
у всех веществ этого рода и независящим от температуры
положительным температурным коэффициентом. Но даже металлы не вполне
— 91 —
подходят под эту схему, и при той или другой температуре граф
сопротивления может иметь разрыв того или другого порядка (скачок
функции пли одной из ее производных). Так происходит например с
железом, и это обстоятельство объясняется переходом железа в
аллотропическое состояние.
К типичным металлическим проводникам примыкает группа так
называемых изменчивых проводников {variable Leiter). Это—тела,
проводимость которых по своему физическому механизму близка к
проводимости металлов, но вообще говоря меньше ее, а в своем ходе
гораздо более прихотлива. Сюда относятся элементы, не сильно
электроположительные при обычной температуре, и соединения, одна из
составных частей каковых—электро-отрицательна или по крайней
мере не сильно электро-положительиа. Изменчивые проводники
способны приобретать много видоизменении,—как явных переходов в
аллотропические и изомерные состояния, так и более тонких,
уловимых особыми приемами. Этот-то политропизм таких веществ и является,
повидимому, причиною сложных изгибов п скачков в ходе их
проводимости.
Так, наиболее близок металлам в отношении электропроводности
углерод; алмаз, графит и уголь проводят ток весьма различно. Точно
так же бор, фосфор, селен, кремний, титан, теллур, сера п т. д. имеют
многочисленные аллотроппзмы и в разных состояниях представляют
многие физические свойства весьма различными; электропроводность
этих элементов претерпевает резкое изменение на общем фоне
молекулярной перестройки вещества.' Подобные же превращения
свойственны многим сходным веществам— металлпческим"окислам и другим;
магнетит, гематит, кремнистый железняк и проч. при некоторых
температурах полпморфизируются и, изменяя свои физические
свойства, приобретают и новую электропроводность, так что граф
электропроводности меняется скачком или углом. Отчасти сюда же должны
быть относимы, в качестве переходных ступеней к металлам,
металлические сплавы и металлы с окклюдированными газами.
Ф. Штрейнц в 1913 и 1914 гг. пытался объяснить убыль
сопротивления изменчивых проводников приросте
температуры—газовыми слоями на поверхности этих тел и внутренними пустотами.
Ио против этого объяснения говорит нижеследующее:
1°, тончайшие металлическтге порошки пеокпсляемых металлов,
із роде платиновой черни, увеличивают свое сопротивление с ростом
температуры, как и сплошной металл, хотя при спрессовывании их
воздушные промежутки в них остаются;
2°, напротив, вполне компактные, однородные, прозрачные
соединения—при нагреве уменьшают свою сопротивляемость; таковы
в листочке гематита слои медной окиси СиО и йодистой меди.,
таковы же отлитые из расплавленного вещества, вполне массивные,
сернистое олово и сернистое железо. Точно так же уменьшают
свое сопротивление однородные и имеющие характер вполне компакт-
— 92 —
ной массы элементы, в роде бора, кремния, титана, теллура, а также
металлических сплавов сурьмы с кадмием (SbCds), сурьмы с висмутом
(BiSb) и т. п.
3°, действие красных лучей и эффект Голля у названных
веществ таков же, как и у веществ высокого сопротивления и
отрицательного температурного коэффициента; этого не было бы, если бы
такие свойства изменчивых проводников зависели не от самого вещества,
а от воздушных промежутков.
*И. Кснигсвергером в 1907 г. дана формула, связывающая
сопротивление изменчивых проводников с их температурою
(61) li = Bn{l+e.t±$P)c'
Она показывает, что сопротивление таких проводников определяется
двумя факторами: отщеплением электронов от атомов (в
настоящих металлических проводниках этот процесс повидимому не зависит
Л.
от температуры), чему соответствует второй множитель eRT\ и
металлическим изменением проводимости, чему соответствует
первый, эмпирический, множитель 1 —|— а£ zd= pi*. Q есть тепло
соединения электронов с одним грамм-атомом или одною грамм-молекулою
ионов при 0°К, a R=i,98. *Новейшие исследования позволили дать
этой формуле более рациональный вид
Л
(6:2) р — А.Тс„.еіѴІ',
пли
Q I \ 1 \
где А константа, с„ удельная теплота элемента (циркон, бор, кремний)
или соединения, при постоянном объеме, для соответственной
температуры. Q, вообще говоря, непостоянно. По теории Планка
Ёѵ
(«43 Q = 1T ■'"
Если Q велико, то влияние множителя при экспоненциальной функции
исчезает и
JL
(65) pZZAe**'
или
(60) Р^я + ^ ,
т. е. получается формула, неоднократно опытно находившаяся разными
исследователями в отношении диэлектриков. Трудно диссоциируемые
— 93 —
вещества имеют большое Q; таковы в частности твердые и жидкие
электролиты. Поэтому применимость формулы (66) еще ничего не
решает в установлении механизма проводимости. Напротив, если Q
мало и диссоциация сильна, то другие множители причиняют
медленное падение сопротивления; при электронной проводимости оно падает
медленнее, чем указывается формулою, тогда как при ионной падает
быстрее, в силу уменьшенного внутреннего трения и увеличивающейся
подвижности ионов.
Относительно изменчивых проводников указано несколько общих
правил:
1°, по И. Зольманну, плохо проводящие окиси имеют основной
характер, а хорошо проводящие— кислый.
2°, по КёнигсвЕргЕру, ферромагнитные соединения металлов
проводят лучше диамагнитных.
3°, по И. Бейерингу, из различных видоизменений стойкое при
более высокой температуре—н проводит лучше; с этим стоит в связи
сдвиг оптической абсорбции в сторону большей длины волны, и
значит—более слабая связь внешних электронов.
32. Обзор изменчивых проводников. Полезно бегло обозреть
некоторые из изменчивых проводников.
Углерод. В отношении примесей, графит похож на металл:
чем менее в нем примесей, тем менее его сопротивление и тем более
положительный температурный коэффициент а. Следы углеводных и
азотистых соединении-заметно увеличивают его сопротивление. При
0°, р у некоторых сортов графита равняется 11. ю-1 ~ 12.10-', а —0,00074.
Ровертс показал в 1913 г., что сопротивление графита параллельно и
перпендикулярно главной оси—весьма различно. Сопротивление угля
различных сортов (ретортный уголь, древесный уголь, дуговой уголь,
антрацит и пр.) колеблется от 69.10-,і до 40.Ю-*, а к около —0,00030.
Сопротивление алмаза измерялось Дельтером, который нашел при
повышении температуры от 950° до 1290° падение сопротивления
с 5S S00 9. до 590 ft. Но когда Влртенберг подверг исследованию алмаз
очень чистой воды, то оказалось, что при температуре 1030°
сопротивление его было 9,2.10G, а при 1420° было і,З.Ю7. Иначе говоря, оно
возрастало с температурою, как у металлов. Влртенберг считает
причиною проводимости алмаза примеси.
Вор. По Вейнтрлубу, металлический бор имеет сопротивление
при комнатной температуре в Ю7 раз большее, чем при красном
калении, а по Мулсслну прессованный порошок бора имеет 3s=i,25.iO-7-
Сера. Жидкая серапроводяща при наличии примесей, особенно
двуокиси серы (SO,); р ромбоэдрической серы при комнатной
температуре равняется Ю1Э ft: cm, а при 69° р равняется 5,1012.
Селен. Как известно, селен политропичен. Красный прозрачный
селен хорошо изолирует, тогда как металлическая модификация
обладает заметною проводимостью, меняющейся от степени освещен-
— 94 —
•WO -wo 0
■ 100 200 ЪОО 400 500 600 ТОО $00. ,РОа"Ц
ТЕМПЕРАТУРЯ.
Ф н г. 2й. Кривая заиислмоі;™ удельного сопротивления нремшш
от температуры'. (По Кхнпгпжггегу я Шиллингу).
ности и объясняющейся примесями. Существует много видоизменений
селена, легко переходящих друг в друга и образующих сплавы.
Теллур, фосфор, кремний, титан, циркон
представляют ряд видоизменений, с различною проводимостью. Для примера
здесь
представлена кривая
удельного
сопротивления кремния
(фиг. 28), которая
наглядно
показывает
существование по меньшей
мере трех
различных-
видоизменений: «,{3 и -/.Кроме
того, здесь
приведена кривая
удельного
сопротивления
металлического титан а (фи г.
29), имеющая
совсем разный ход, в зависимости от смысла изменения температуры.
Элементы, по всем имеющимся данным, не могут иметь
проводимости электролитической (—хотя дело тут осложняется возможностью
каждому элементу
иметь молекулы
различного молекулярного
веса, и пока не
выяснено, не будет ли
разделять различно
весящие молекулы
элементарного вещества
электрический ток У—).
Нужно думать, механизм
их проводимости
должен иметь в разных
случаях один и тот же
характер; Таким
образом, сопоставляя
сопротивления различных
элементов в твердом
состоянии, можно
получить постепенный
переход от типичных
проводников к типичным изоляторам, по одной и той же линии
заведомой металл опроводимости.
too zoo зао yeojee боо таа в0о2£
Фиг. E'J. Кривая зависимости удельного
сопротивлении металлического титана от температуры.
(По Itwiигсбергеру и Шиллингу).
— 95
Элементарное вещество
Уделг.поо
сопротивление
в 2 : cm3
110J.1 . . . .| 1,7.10 е
свинец. ... - і 2,1.10—5
цріркоп | 2 . 10 '
і
ретортный уголі іі j . ІО-3
графит 1,1. Ю :І
фосфор красный ! 1,3.Ю-'
теллур ■! 2,2.10-1
криліпиіі , 1,2.10''
'фосфор желты» ]\ 1,04.10ч
Некоторые соединения теоретически весьма интересны, как
посредствующие звенья между проводниками электронного типа и
проводниками типа ионного, причем бывают теми или другими, в
зависимости от температуры и молекулярного строения. Так,
электронная проводимость свойственна окислам, обнаруживающим
металлическую абсорбцию и окислам, прозрачным при обыкновенной температуре.
Окись железа Fe503 в кристаллическом состоянии, как ромбоэдрический
гематит, имеет температурный коэффициент проводимости
отрицательный и переходит при 620° в новое видоизменение. При этом удельное
сопротивление этого вещества и оба температурных коэффициента
различны в направлении параллельном и в' направлении
перпендикулярном оси. Искусственный магнетит при высокой температуре
проводит ионно. Магнитный железняк Fe^ испытан от 15° до 1400°,
и к нему применялись формулы:
(67)
-Л1т+*т)
и
(68)
11 — Ле
1!=ЛТае
Q
кт
Между 600° и 800° кривая сопротивления претерпевает излом и
постоянные ее меняются. Перекись свинца, перекись марганца и окысь кадмия,
известь, магнезия, окись бария, кремнезем, перекись натрия, окись
меди и т. д. обнаруживают проводимость металлическую. Точно
также, в нернстовом штифтике, вопреки мнению самого изобретателя,
преобладает проводимость металлическая. Так же ведут себя
многие другие окиси. Подобно этому, сернистые соединения свинца,
железа, никеля, ртути, кобальта и висмута, как п селенистые медь и
серебро, проводят металлически, тогда как сернистые соединения
двух последних металлов обладают проводимостью и о иною. Таким
— 9tt —
образом, переход от одной проводимости к другой
невидимому вызывается в некоторых случаях сравнительно небольшими
изменениями состава или строения. Хлористые и йодистые твердые
соли показывают проводимость ионную, азотистые же соединения
металла проводят электронно. Наконец, карбиды относятся к
изменчивым проводникам,—Будучи расплавлены, электронно
проводящие соединения с серою сохраняют свой металлический характер
и имеют отрицательный температурный коэффициент; но
сопротивление их весьма велико.
Итак, плохо проводящие тела могут относиться ко всем т р е м
группам проводников, причем не всегда легко установить физическую
основу проводимости. Различительными признаками указывались
Кенигсбергером нижеследующие:
1°, Появление постоянной поляризации определенной
величины, значение которой н е зависит от силы и длительности
прошедшего тока. Поляризация почти всегда бывает более 0,1 V. Такого
рода поляризацию обнаруживают твердые соли.
Сложнее—поляризационные явления, ■ наступающие при яодвижности лишь одного иона,
как например—в стекле.
2°, Вполне надежно электролитическая проводимость может быть
доказана переносом химических масс, согласно законам
Флрлдбя. Так бывает в стекле, фарфоре, йодистом серебре. Но, с
другой стороны, в некоторых соединениях, как-то—в свинцовом блеске,
магнетите и молибденовом блеске, к электродам не переносится никаких
химических масс и возникает поляризация порядка не 0,1 V, а только
в несколько милливольтов.
3°, Практически, удобный различительный признак представляет
светоиспускание. При равных электрических дроводимостях,
твердые и жидкие электролиты не светятся, тогда как электронные
проводники испускают свет, согласно правилу Максвелля. Для
пробега среднего пути иону требуется большее 'время, нежели
электрону—от столкновения до столкновения; поэтому действие коротких
волн на вещество зависит от'электронов и в меньшей степени зависит
от ионов, так что абсорбция и эмиссия падают в сторону видимой
области спектра. Следовательно, если в этой части его у вещества
нет селективного поглощения, то электролитически проводящее тело п
при высокой температуре в 1300° остается прозрачным и не
испускающим света, например: жидкие хлористые соединения щелочных
металлов, корунд, твердый сернокислый барин, фосфорно - кислый
натрий п т. д.; обратно, абсорбция и эмиссия в видимой области
спектра указывает на металлопроводимость, хотя и не всегда
обязательную, поскольку возможно селективное поглощение.
4°, Дальнейший критерии—температурная кривая
сопротивления. Сопротивление электролитов выражается (Рані, Гинрих-
сен, Дельтер и Дитрих) тою же формулою диссоциации, что и
сопротивление электронных проводников (61). Но для твердых электролитов
97 —
q=—Q почтя всегда более 7000, тогда как дли металлических про-
водников—менее 7000. Это обстоятельство может служить
различительным признаком тех и других. По исследованию В. Дитриха в
1909 г., большинство применяемых в технике изоляционных средств
оказалось электролитами.—Указываемое различие объясняется
из механизма проводимости. ДІри электролитической диссоциации, и
он должен быть удобоподвнжен и, следовательно, высвобождается из
пространственной сетки кристалла, а это указывает уже на частичное
разрушение кристалла. Напротив, при металлической проводимости
освобождается электрон, не сдвигая тем"атома или молекулы. Поскольку
для отделения электрона требуется ббльшая работа, освобождается
легче целый ион. Поэтому в металле электроны свободны, а в
металлическом соединении сцепленыс электроотрицательным элементом.
5°, Эффект Ричардсона может решить, свободно ли двпжутся
в раскаленном веществе электроны. При тепловом движении,
электроны в этом случае могут выбрасываться из тела п обнаруживать
эффект Ричардсона, которого не наблюдается в электролитах. Так
доказана электронная эмиссия для извести венельтовского
раскаленного катода; при 1400* проводимость извести 6,66.108 абс; ед.
33. Элентросмос и катафорез. Таковы проводимость металлнче
екая и проводимость электролитическая. Совсем особый вид
электропроводности представляет тот, который обусловлен механическим
переносом одной из фаз дисперсной среды. Причина такого переноса
лежит в электрических явлениях на границе двух фаз. Давно известна
особая природа и о в е р х н о с т е й,. по которой прилегают друг
к другу два различных вещества: твердое с твердым, жидким и
газообразным, жпдкое с жидким п газообразным (насчет
соприкосновения газов между собою пока ничего не известно). В частности, особого
значения—поверхности, где жидкость соприкасается с твердым телом
пли с газом. Естественно предвидеть, что эти свойства поверхностей,
в конечном счете объясняемые электрическими силами, не могут
остаться без значения в процессах явно электрических. Давно
известный эффект Жшпмаш (—в котором капиллярнаяпостоянная ртути
оказывается зависящею от электрического состояния ртути, п наоборот,
электрическое состояние зависит от капиллярной постоянной—},
—пример сказанному,
В самом деле, если соприкасаются две среды I п П, разных
диэлектрических коэффициентов е1 и ец, при чем ejj^ej, то каждая из
сред изменяет электрпческие связи поверхностных атомов другой
среды. Расслабленные атомы уступят часть своих зарядов среде с
ббльшим диэлектрическим коэффициентом; это значит:
соприкасающееся вещество с б блыпею индуктивностью
заряжается положительно, тогда как вещество с меньшею
индуктивностью — отрицательно. Такой вывод есть нечто
П. Флоре ид ніііі.—Диэлектрики. 1
— 9S —
иное, как правило, найденное, в 1S9S г. Кёном [20]. Теперь, далее
отсюда следует вознкиновение двойного электрического слоя на
поверхности двух сред: электрические заряды, притягиваясь друг
к другу, оказываяютс в той пли другой степени связанными, хотя
не исключена и возможность некоторого избыточного заряда в одной
пз соприкасающихся фаз. Кѳн находит возможным выписать 30
веществ в ряд убывающей индуктивности, которым, подтверждается
его правило. Правило это—качественного характера. Оно требует
дальнейших проверок и заранее можно ждать некоторых
отступлений, обусловленных вторичными процессами; тем не менее, основной
его смысл необходимо связан совсею электроникой.
Но далее, вызываемая на границе двух сред разность
потенциалов зависит от разности диэлектрических коэффициентов, и
естественно ждать тут прямой пропорциональности между тою и другою
разностями. Возникающая на границе двух смежных
сред разность потенциалов прямо пропорциональна
разности их диэлектрических коэффициентов. Так
сформулировано в 1909 г. Кёном и Райдтом правило количественного
характера. Тут тем более можно ждать осложнений от вторичных
процессов, п опытная поверка этого закона не считается еще
законченной. (Работа Г. Ф. Ричардса 1924 г.). Но тем не менее, для целых
классов веществ правило Кё'на применимо; напротив, минимальные
примеси электролитов, не изменяющие заметно индуктивности веществ,
невидимому, делают правило Кбна неприменимым. Но это не значит,
чтобы по существу от него следовало отказаться,—как не
отказываются при рассмотрении индуктивности и от правила Томсон Нернста.
Во всяком случае, гораздо более разработана, начиная с Гельм-
гольца (1879 г.), формально-математическая теория этого рода явлений.
Она исходит из представления, которое Кен хочет углубить,—о
наличии двойного слоя на поверхности раздела двух сред. Гельмголь-
цевская теория развита далее Пилла, Смолуховским (1903 г.), отчасти
Ламбом (1898 г.), Биллицером (1903 г.) А. Гиемантом (1923 г.) и другими.
Суть этой теории—в признании разности потенциалов двух
соприкасающихся сред; вследствие этого, та пз частей двойного слоя,
которая удобоподвижна, стремится • продвинуться вдоль силовых
линий в соответственном смысле, коль скоро наложено другое
электрическое поле, силы которого не нормальны поверхности раздела
сред. Ясное дело, положительный заряд получит стремление в
сторону меньшего потенциала, а отрицательный—в сторону бблыпего. Но
заряды эти, будучи связаны с молекулами вещества, передадут свое
стремление и этим молекулам. Таким образом, к току проводимости
присоединится еще некоторый ток конвекции, и среда представится
более проводящею. Естественно ждать также обратимости этого
процесса, т, е. возникновения некоторого тока, когда механическим
9у —
усилием одна из сред тангенциально смещается относительно другой,
а следовательно — естественно ждать и соответственного градиента
электрического поля.
Ясное дело, эти явления, как определяемые разностью
потенциалов двойного слоя, должны быть пропорциональны этой разности.
Затем, они должны быть пропорциональны действующей в среде
электрический силе, т. е. пропорциональны диэлектрическому
коэффициенту е той из сред, в которой собственно возникает ток, и ее
удельному сопротивлению р; наконец, они должны быт >
пропорциональными силе электрического тока I. В самом деле, величина Ір есть
падение потенциала в рассматриваемой среде, а, буду1»^ помножено
на индуктивность, оно дает действующую электрическую силу. Кроме
того, рассматриваемое явление зависит от внутренней вязкости среды:
чем более вязкость Ф, тем, понятно, медленнее возникающий в среде
перенос материальные масс. Итак,
(69) •=*. + ^^C^-F>,),
где ѵ есть абсолютная скорость движения, ѵ0—переносная скорость
той же среды от механических причин, Ѵг потенциал той же
среды, по которой идет ток, а Ѵп среды соприкасающейся. Это—формула
Гельмгольца.
Наконец, следует упомянуть здесь о дальнейшей аналитической
обработке в 1923 г. этих основных представлений, произведенной в ряде
работ А. Гиемлнтом.
Этого рода явления двойного слоя, как обусловленные
пограничными силами разных фаз, должны быть тем заметнее, чем более
преобладает поверхность касания над массою самых фаз. А так как
поверхность тела преобладает над массою, вместе с .уменьшением
линейных размеров или хотя бы одного из них, то следовательно
рассматриваемые явления должны делаться все заметнее, вместе со
степенью дисперсности фаз. Капиллярные каналы, губчатые массы,
массы слоистые и волокнистые, наконец зерна твердого тела дают
место особенно ярко обнаружиться обсуждаемым явлениям; что до
основной среды, по которой идет ток, то она по необходимости должна
быть жидкой и связной, так как в противном случае вязкость очень
велика, и абсолютная скорость будет практически равна переносной
скорости ѵ
Из всего сказанного явствует и классификация этого рода
явлений, в зависимости от того: движение присуще ли жидкости, или
твердому телу, и: движет ли'ее ток, или сам возбуждается движением.
Деление, следовательно, получается четвероякое (см. табл. на стр. 100).
Итак, характер явления зависит от того, к которой именно из фаз
приложена механическая сила и каково ее направление, сравнительно
с направлением электрических сил поля. Иногда все эти явления
объединяются под одним названием—элскигрослютенческыя; или электро-
7*
— 100 —
ослштичвасих, тогда как в других случаях той же цепи служит
родовое название электрофореѵшчесте; аиа-и катафаретичестіе.
Электрический ток
движет:
жидкость
(электрические
эндосмос).
твердые тела
(электрофорез).
Электрический ток
производится
движением;
жидкое тп
(токп через
перегородки, токп от твчо-
ппя).
твердых тел
(ал ектр офорвзпые
токп).
Движение происходит:
впутрп покоящпхеи
твердых степок.
внутри покоящейся
жидкости.
Этот отдел физики имеет сходство с тем, который изучает
явления трибоэлектрические, т. е. электрические процессы при трении.
Первоначально, рассматриваемые явления объяснялись Гельмгольцем,
как один из случаев трибоэлектричества, хотя это последнее известно
гораздо менее, нежели рассматриваемый класс. Но между теми и
другими есть, кроме того, существенное различие, и прежде всего —
взанмо-пердендикулярная направленность механических сил в том и
другом случае. О- другой стороны, рассматриваемая группа явлений
имеет, на первый взгляд, большое сходство с теми процессами,
которые возникают в дисперсоиде из газа и твердых частиц, когда он
помещен в электрическое поле, т. е. с электропроводностью пыльных
газов, электрическим осаждением пыли, дыма и проч. Тем не менее,
механизм тех и других явлений различен.
Электрический эндосмос наблюдается при
соприкосновении жидкостей с твердою стенкою, но особенно заметен, когда
относительная величина площади стенки делается большою. При
пропускании электрического тока через капиллярные трубки с
жидкостями, эти последние движутся и способны изменять в трубках свой
уровень. Величина этого подъема и смысл его зависят от состава
жидкости и от вещества трубки. Гораздо заметнее перенос жидкости
под действием тока и, соответственно этому,—электросмотическое
давление, коль скоро жидкость проходит через пористую или
зернистую перегородку: вату, глину, песок, шелк, шерсть и т. д.
Явление электросмоса было открыто в 1809 г. московским
физиком Рейссом, а эмпирический закон был дан в 1852 г. Видемднном.
Количество переведенных электросмосом жидкостей
прямо пропорционально времени и силе тока и, при
прочих равных условиях, не зависит от толщины и
поверхности перегородки. Но так как последние два обстоятельства
пропорционально уменьшают плотность тока, то значит, при той
— 101 —
же плотности тока количество жидкости
пропорционально площади и толщине пористой стенки. Кроме того,
количество жидкости пропорционально удельному ее сопротивлению.
Если в жидкости взвешены мелкие частицы, то под действием
тока они начинают двигаться. Это явление было открыто на частицах
глины тем же Рейссом, и в том же 1809 г. Флрадей наблюдал его на
ниточках, Гейденгейм—на хлорофилловых зернышках, ІОргенсен—на
кармине. Далее Квинке производил катафорез частиц платины, золота,
меди, железа, графита, кварца, полевого шпата, асбеста, обожженной
глины, фарфоровой земли, серы, шелка, древесины, ликоподия (пла-
унового семени) и т. д., а также капелек терпентина и сероуглерода,
и пузырьков воздуха и других газов—в воде; скорость движения
оказалась пропорциональною силе тока, а при разрядах лейденских
банок — пропорциональною одному только количеству прошедшего
электричества.
Напротив, продавливание жидкостей через узкие
каналы,—пористые перегородки или капиллярные трубки—вызывает разность
потенциалов и соответственные токи, называемые токами от течения (StrO-
mungstriSmen). При данных условиях, вызываемая электрическая
разность потенциалов пропорциональна давлению и зависит от вещества
перегородки и жидкости, но не зависит от размеров перегородки. А это
опять указывает на пропорциональность электрической разности—
пропорциональность поверхности и толщине стенки, коль скоро
плотность течения будет одною и того же. Подобным образом, прохождение
через жидкость—твердых тел, например, падение в жидкости мелких
частиц, вызывает электрическую разность и соответственный
электрический ток.
До сих пор речь шла о дисперсоидах; но более тонкие
дисперсии, как известно, не отличаются по существу от дисперсоидов
грубых [84], и все сказанное должно быть относимо также к тонко
раздробленным эмульсиям., и суспензиям, включительно до типичных
коллоидных растворов. Чем тоньше раздробленность одной-фазы, тем
заметнее электросмос и электрофорез..
Все описываемые явления не отличаются большою
электрическою разностью двойного слоя и протекают сравнительно медленно.
Но там, где некоторая среда находится под напряжением долгое время,
суммарный эффект может оказатся весьма значительным. Важно
поэтому представлять себе порядок относящихся сюда величин. Таблица
некоторых из них приведена на стр. 102. Относительно висмута,
свинца, железа, меди, олова и цинка нужно думать, что во всех
жидкостях контактная разность относится не к чистому металлу, а
к гидрату его окисей.
Данные в этой таблице электрические разности найдены
вычислением; они совпадают с измеренными непосредственно лишь в
порядке величины, а более точных количественных измерений еще не
произведено.
— 102 —
Большое колебание числовых данных у некоторых веществ
произошло от соединения в- таблице результатов различных
наблюдателей. Отсюда видно, что эти явления, в особенности когда дело идет
о металлах, весьма зависят от различных побочных условий и чистоты
Жидкость
вода
*-.
17
1,
Я
1!
„
Л
17
Л
„
п
1)
»
В
и
метиловый
алкоголь
ЭТИЛОВЫЙ
алкоголь
■
этплы ало-
1ШТ
17
Вещество
,~ ПКОПОДЛИ
аѵрппіігмічіт
кварц
бердппсіуш лаяурь.
золото
платина
серебро
висмут
свинец
гидрат окпеп железа
медь
масла
аішлпп
хлороформ
гуммигут
мастика
евиueu
висмут
СВІШСЦ
олово
ЦП IIК
. (гидрат
ОКНСп?).
платина
серебро
золото
Поперечин к
частиц
30 (і.
ниже 0,1 (і.
If
ниже ОД ji-
ii
р
п
*
я
»
а
2
и
я
V
ІІ
ІШЛШ 0,1 |Л
я
*
и
п
п
»
ч
Температура
і
18° -
1«»
26»
Скорость не-
неропоеи ѵ
в см: сек.
ѵ X 10s
25
22
30
40
40-^21,6
30-^20,3
33-^22,4
—11
—12
—19^_30
—33
48
31,1
10,3
18,1
17,7
—22
-10,2
—±,5
-8,6
-2,8
2,3
2,7
1,4
Рази, поте и ц.
V двойп.
слон а вольт.
VXIC
37
32
44-
58
5Ч'-^32
■І4~30
48-^32
—16
—28
—28~—44
-48
63
41
13
24
23
—46
—21
—24
—19
—15
+54
+40
+30
применяемых жидкостей. Несомненно, двойной слой определяется не
только природою металла и жидкости, но и адсорбцией твердой
поверхности; между тем, адсорбционные явления весьма сложны и
зависят от ничтожных количеств посторонних веществ,
— 103 —
34. Электросиос и электрофорез в промышленности. Электросмо-
тические и электрофоретические явления чрезвычайно важны в
самых разных областях техники, поскольку они обнаруживаются там
помимо намерения техника и производят то или лное изменение среды,
в которой циркулируют токи. Но, кроме того, явления этого рода
могут и должны быть применяемы также и с прямым намерением.
Наиболее важная часть электросмотпческпх приборов есть
диафрагма. В некоторых случаях, ее образует самое вещество,
подлежащее обработке, и тогда о ней не приходится иметь особой заботы.
Вообще же диафрагма должна быть изготовлена применительно к той
или другой специальной цели, и в этом отношении может потребовать
предварительных исследований и некоторой изобретательности.
Диафрагма служит фильтрующим слоем, действие которого тесно связано
с ее физическою и химического природою. Удалось выработать общие
приемы изготовления таких диафрагм, дающих с данною водною средою
двойной слой любой разности потенциала. В самом деле, дпафрагма
из безводного глинозема (корунд) электроположительна по отношению
к воде, а диафрагма из кремнезема или
карборунда—электроотрицательна; поэтому, смешивая эти вещества, можно добиться любой
промежуточной разности потенциалов, в том числе и нулевой. Кроме
того, большею илн_меньшею пористостью диафрагмы можно задержать
зернышки определенного размера или, напротив, пропустить их.
Таким образом, можно изготовить диафрагму, в точности соответствующую
требуемому назначению и добиться желаемого разделения:
суспендированных веществ, коллоидов и веществ растворенных, включая сюда
электролиты и их ионы. Помощью таких перегородок возможно
получить в чистом виде коллоидные металлы, как-то: платину, золото,
серебро, вольфрам, ванадий, тантал и т. д., равно как кремний,
карборунд и прочее. В коллоидном состоянии эти вещества имеют, как
известно, много применений; они дают годную для формовки
пластичную массу, могут быть спрессованы в твердые тела и вытянуты в
нитп.-Но уснех зависит тут от чистоты металлических коллоидов, н
это последнее достигается электросмоеом.
В некоторых случаях, поры должны быть весьма тонки; особыми
приемами, описанными в 1922 г. Фридлендером, могут быть получены
и такие перегсіродки.
Одно из важнейших прпмененпй электрофореза — это холодная
осушка влажных веществ. Для этой цели применяется особая о&нос-
машгта, представленная в разрезе на фиг. 30. Раствор по трубам d
поступает в чан I и взбалтывается здесь мешалками с. Затем через
катод, представляющий сито Ь, раствор достигает цилиндра а из
твердого свинца, служащего анодом. На этом цилиндре осаждается
извлекаемое из коллоидного раствора вещество. Оно непрерывно
соскабливается скребком f, а вода, переливаясь через край е, по трубке уходит и
служит растворению следующей партии очищаемого сырья. Упомянем
несколько примеров использования электросмотической сушки.
_ 104 —
В 1897 г. и в 1903 г. граф' Бото фон Ніверин воспользовался
электрическим токож при извлечении воды из содержащего 85"ы90%
влаги торфа. іЗ'-ѵіб kWh переносят к катоду 1 тв воды. Эта затрата
энергии соответствует 0,2 тепловой ценности обезвоженного при этом
торфа, между тем как непосредственно тепловое осушение его
потребовало бы затраты в 6 раз большей, т. е. всего количества торфа.
Дополнительные данные из другого источника таковы: при
напряжении 72"Ѵ, через слой в 4 cm высоты и 15 dm* сечеипя сквозь жидкий
торф проходит ток в 2,2 А. Он выделяет за полчаса 2 литра, и
процентное содержание ее в торфе падает с ЭО'/о-ДО 65%-
Так как торфяная промыш-
;■/ ленность имеет дело с весьма
большими количествами
обрабатываемых веществ, то
возможны сомнения в описанном
процессе с производственной'
стороны. Более явны поэтом;'
выгоды электросмотического
производства, когда оно имеет
дело с продуктами более
ценными, нежели торф. Такова,
например, электрическая
очистка керамической глины и
каолина. Для этого процесса
разбалтывают 10 kg глины
приблизительно в 20 литрах воды
и добавляя к суспензии 25%-ного водного аммиака в количестве 5 cm3.
Тогда глина остается взвешенною, а песок и сернистое" железо быстро
оседают. Затем эту глину обезвоживают в осмос-машине или в фильтр-
прессе. Теоретически и технически этот процесс обследован в 1920 г.
Глйфильдом, Орманди и Норталь-Лорп. Некоторые глины не подаются
такому приему. Тогда в суспензию вводится коллоид, например кремнезем,
который поглощается глиною и в свой черед поглощает гидроксид
добавленного электролита. Добавим' сюда некоторые подробности. Содержание
воды в выделяющейся на аноде глине достигает при пластических
глинах до Іб'ѵ.івѴо) а в каолине до 35%- Обычно работают с
напряжением в 75~юоѴ, при наибольшей плотности тока на аноде 0,01
А: сгаЛ Тогда на 10 000 kg очищенного каолина с 35% воды
расходуется энергия в 250 kWb, а при 15~20D/o_HOM содержании воды
—энергия в 400 kWh. Осмос-машина потребляет энергии вдвое, против
фильтр-пресса, но она очищает глииу и от тех примесей, которые
попали в чан, тогда как фильтр-пресс осаждает на аноде все наличное
содержание раствора.
Так очищенная глина применяется в керамической, химической и
фармацевтической промышленности. Технически широкая очистка
каолина этим лее способом поставлена в Ходау близь Карлсбада, в Богемии.
Ф и г. 30. Равреэ оснос-нашппы гр. Шверппд.
d подводящая труба, с шешадки, 6 катод-спто,
а аиод-ціілппдр на твердого свинца, f скребок,
е храп и сяивпые трубы.
— 10В —
Электрофорез взвешенной глены применяетсятакжепри
изготовлении глиняных изделий: электрический ток обезвоживает глину,
осаждая ее непосредственно на форму. Но пока еще хозяйственная
сторона этого процесса не имеет явных преимуществ, а применяемый
тут^прибор довольно сложен.
В 1922 г. Клпмлп изучил более внимательно осаждеппе электрическим током
коллоидного раствора нз частиц фарфоровой глпды, флинта п полевого шпата п воде. Этот раствор
елулсжт в керамике к остекловаппю фарфора. Требовалось вылепить, какое действие оказы
вает па этот раствор прибавка некоторых электролитов в количестве 0,1 '■■и 0,3°/о, а плепжо-
NaaSiOs, Na^SOj, NajPOi, Na-aHPOj, вппной кислоты, виннокислого патра, едкого натра
п едкого калл. Окавалось: после указанной прибавки осадок становится твердым даже в
сыром состояние, вместо того, чтобы быть полужидким. Компактность его пе зависит от
плотжостп тока, по возрастает с количеством прибавленного электролита ж стремится к
некоторому пределу. Действие электролита пе обнаруживается целиком сразу, по лишь через
некоторый промежуток времени, который может достигать нескольких часов.— Вместе с
тем, от электролита возрастает и текучесть коллоидного раствори, при чем особенно
заліетжо действие кремнекислого патра. Первая порция электролита производят осадок,
который при дальнейшем прибавлении электролита вновь растворяется, так что в итоге, при
той лее текучести, пропорция растворенного твердого вещества гораздо более значительна в
присутствии электролита, нежели без пего.—Все установленные явления объясняются, по
ІСлпмапу, если принять, что присутствие электролита уменьшает радиус сферы действия
частиц рассматриваемого коллоидного раствора.
Коллоидный кремнезем тоже может быть получаем
электроемотичееки. Тут раствор кремнекислого натра разделяется на
едкий натр и гидратный кремнезем. Этот процеес требует диафрагмы
проницаемой только для натриевого иона и задерживающей диффузию
в противоположном смысле.
Применение диафрагм, непроницаемых известным коллоидам, но
пропускающих ионы и некоторые растворенные вещества, позволило
воспользоваться электросмосом для стерилизации, путем
разрушения микроорганизмов, и даже для исправления испорченной
провизии.
Тот же процесс применяется при очистке клея и желатина,
при чем может быть достигнута степень чистоты, недоступная
никакому другому способу, Очистка производится в два приема. Сперва
«предварительным осмосом», с применением двух непроницаемых
коллоидам диафрагм, вещество освобождается от большинства
примешанных электролитов. Тут требуется напряжение от 20 V, которое
постепенно доводится до 70««іооѴ. Вторая стадия требует но V иве-
дет к электрофорезу коллоидных частиц. Так получается чистейший
желатпн, идущий например на фотографические эмульсии.
Точно также, осмос-машиною удалось воспользоваться при обез-
вожении ализарина. Прессами это вещество освобождается отводы
трудно, илп вовсе не подается такой очистке; электросмотичееки же
ализарин легко может быть выделен в виде твердой массы, бедной водою.
Так же получаются чистые сыворотки, извлекается сахар из
патоки, очищаются и выделяются алкалоиды вроде наркотина и
кофеина, производится очистка глицерина-сырья, изготовляется
— 106 —
гидрат окиси алюминия, обезвоживаются красящие
вещества, из которых уже был упомянут ализарин. Сюда же относятся
различные приемы очистки графита, извлечение сока из дерева и
пропитка, этого последнего, очистка вискозы, сохранение зелеными
кормовых трав, обработка растительных волокон, идущих на
бумажную массу, обратное получение соды, содержащейся в жидкостях при
производстве целлулозы и т. д. П. Бевлнгю в 1920 году разработал
приемы электрического получения коллоидов; при напряжениях
20 Ѵ^200 V вещества распускаются в воде или в органических
растворителях, а при больших напряжениях могут быть откладываемы в
пористом теле, помещенном между вращающимися цилиндрическими
электродами. А в 1924 г. фирмою Гиньетт сконструирован аяектртьеп-
трифуш, где действие электрического поля усиливается центробежною
отгрузкою.
Еще одно важное применение электрофореза—это очистка
электрическим током изоляционных масел. ■Малевпше примеси, в
особенности микроскопические капельки воды, чрезвычайно понижают
электрическую крепость таких масел. Но избавиться от следов влаги
в масле путем нагревания можно лишь не иначе, как рискуя
повредить самому маслу. Электрофорез, будучи холодною очисткою,
приходится тут как раз кстати и доводит масла до высокой степени
обезвожениостн. Повндимому,—тот же механизм очистки и растительных
масел, идущих на олифы, когда требуется высокая степень их чистоты
и бесцветности, например при наводке художественных произведений.
Электросмосу нашлось применение также в кожевенном деле,
а именно: при очистке дубильной жидкости и при дублении шкур-
Тут ванна делается о трех отделениях, диафрагмированных зеленою
кожею. Катод окружается разведенным натровым щелоком, анод—очень
разведенною серною кислотою, а среднее отделение, само разделенное
надвое вырабатываемой шкурою, содержит воду. В одно из этих
отделений приливается дубильный раствор. Скорость дубления в
некоторых случаях достаточно велика, в других же—процесс приходится
повторять дважды. —Подобный прием применяется также при окраске
кож и при специальных пропитках.
Водная среда особенно благоприятна электрофорезу вследствие
значительности диэлектрического коэффициента ее, облегчающей
образование наэлектризованных частиц и ионов. В средах меньшей
индуктивности, применения электросмоса, подобные вышеописанным,
тоже возможны, но тогда должны быть пущены, в ход соответственно
ббльшие разности потенциалов.
Одно из вошедших в практику применений электрофореза не
водного есть прием Коттрелля: электрическое осаждение пылей из
воздуха и очищение газов. Коттреллевский способ распространен
в Америке. Остриевые и гребневые электроды замещены при этом
способе натянутыми проволоками. Один яз аппаратов такого
назначения, О-ва Броун-Бовери и К0, состоит из осадительной камеры,
— 107 —
содержащей ряд электродов противоположной полярности, которые
переложены поочередно и поддерживаются рамами. Каждая серия
электродов из проводов и рам—шире, чем самая камера, -н может
перемещаться в бок, по ширине камеры, что позволяет время от
времени освежать деятельную поверхность электродов, не прерывая
функционирования аппарата. Удаление осажденных пылей
производится помощью расположенных в камере метелок.
В подобных аппаратах желательно применять напряжение
постоянное. Частицы пыли заряжаются по соседству с электродами
и оседают. Расход энергии на очистку характеризуется такими числами:
Если газ содержит 5 g на 1 ш1 и если требуется очистка 98% из
этого содержания пыли, то необходимо 4 kW (при притоке газа 100 т3
в мин.) и 20 kW (при притоке в 1000 т3 в мин.). Издержки при первой
установке в точности соответствуют издержкам при сухих или
влажных фильтрах. Коэффициент очистки, т. е. отношение содержания
пыли в одном и том же объеме одного и того же газа до и после
очистки, зависит от частных условий обстановки: 'если собираемая
пыль ценна, то осаждение ведется далеко, в противном яге . случае
довольствуются меньшим коэффициентом. Электрическая очистка
требует меньше места, чем механическая. Например, механический
очиститель, построенный на приток в 100 т3 в мин. газа, содержащего
5 g пыли на 1 т", имеет размеры 10 m X 4 m X 9 m, тогда как
электрический очиститель имеет размеры всего 3 m X 3 m X Э ш. В
настоящее время в Америке имеется уже более 50 этих новых
установок для электрического осаждения пыли. В1922 г. электрическое пыле-
осаждение подробно обследовано Т. Горном, Резбеном и В. А. Шмидтом.
Кривая, связывающая количество осажденной пыли с объемом поданного
газа,.оказалась экспоненциальною; а при данном объеме газа, количество
осажденной пыли есть функция величины разряжающейся электродной
поверхности, и именно—тоже экспоненциальная. Повышать напряжение
выше определенных границ оказалось непрактично. В Америке
нормализованы для пылеосаждения трансформаторы, повышающие
напряжение с 220Ѵ~440 V до 100 kY. В большинстве установок
применяются трансформаторы мощностью 15 kYA, при 100 кѴ.
Осаящение пыла может преследовать двоякую цель: либо
получение газа в чистом виде, либо сохранение самой пыли, если она
имеет достаточную ценность. Так, электрической очистке
подвергаются газы доменных печей, ради выработки из газов возможно более
высокого по качеству топлива. Существуют разные способы очистки
этих газов, но электрический отличается некоторыми преимуществами,
вследствие мелкости пыли и высоких температур колошниковых
газов, в 370° ->- 480°, а иногда, при выплавке ферромарганца,—и более 315°.
Количество осажденной пыли в подобных случаях очень велико:
например, на заводе Шеридан, при непрерывно идущей очистке, за
сутки улавливается до 5032 метрических тонн пыли, крайне тонкой
и воспламеняемой на воздухе. Чаще, однако, коттреллевская очистка
— 108 —
заинтересована в самой пыли; так на заводах пороховых
улавливается серный ангиндрид, на прядильных—потерянная шерсть и хло*-
пчатая бумага; подобным же образом сохраняется ценный материал
на золотых приисках, в цементном деле и т. д. Процессы этого рода
описаны в 1922 г. К. Г. Геллертом.
Иногда пыль осаждается сама собою. Любопытное наблюдение в
эотом смысле сделано в 1922 г. над алюминиевыми проводами на
150 кѴ калифорнскои линии Бит Крик. А именно: там, где, линия
проходит на больших высотах горного дистрикта, металл остается
блестящим; на средних высотах он окрашивается в бурый цвет, а по
соседству с Лос Анджелос стал почти черным. '■■
Электросмотическим и электрофореткческим процессам
несомненно предстоит большие будущее в химической промышленности.
Поэтому для различных шудущих применений не мешает отметить
те основные признаки, выводимые из формулы (69), которым должна
удовлетворять технически целесообразная постановка электросмоти-
ческого процесса. Это именно:
1°. Опла тока должна быть возможно велика. Поэтому электроды
в электросмотических установках делаются в виде металлической
сетки и располагаются возможно ближе к пористой перегородке.
2°. Выгодно иметь жидкость возможно менее проводящую, и
следовательно слабой электролитической концентрации; но чтобы не,
уменьшить тем силы тока, требуется тогда пустить в ход
сравнительно высокую разность потенциалов.
3°. Диэлектрический коэффициент жидкости должен быть
возможно большим; поэтому, там, где это возможно, желательйо
пользоваться, как указано выше, средою водною.
4°. Разность потенциалов двойного слоя, или, по Пбррвну, элек-
жродвгхщщая сила фильтрования, зависит от рода жидкости и от
рода проницаемой перегородки. Этот фактор может значительно
изменять количество перенесенной током жидкости; поэтому, в каждом
особом случае следует подыскать наиболее выгодную диафрагму или
наиболее выгодный электролит, в зависимости от того, что должно
оставаться неизменным н что допускает тот или иной выбор.
35. Проводимость и строение. Будучи степенью легкости переноса
сквозь вещество—электрических масс, проводимость необходимо зависит
от строения вещества, и притом зависит двояко: Появление
электрических масс бывает более или менее легким, в зависимости от строения
вещества, равно как—и распространение электрической силы поля,
действием которой эти массы, по крайней мере в некоторых случаях,
появляются. В еще большей степени меняется вместе со строением
вещества удобоподвижность в нем этих электрических масс.
Следовательно, всякая анизотропия вещества, в смысле неравенства
характеризующих его строение параметров по разным пространственным
направлениям, необходимо приводит: как к различной степени
легкости, с какою появляются электрические массы, при действии электри-
— 109 —
чееких сил вдоль соответственного направления, так и к различной
степени удобоподвижности этих масс. Иначе говоря, анизотропия
(понимая это слово в самом широком смысле) влечет за собою
различную проводимость вещества по разным
направлениям. Это относится к проводимости всех видов.
Различие проводимости по различным направлениям следует
понимать двояко: во первых, количественно,—в отношении к
проводимости одного типа,' которая до разным направлениям характеризуется
различными числами; во вторых, качественно,—когда по разным
направлениям вещество обладает проводимостью разных типов. И тот
и другой случай вполне возможны, хотя обычно имеют в виду лишь
первый.
Волокнистость, листоватость, кристаллическое сложение—таковы
обще-известные примеры количественного различия
проводимости по разным направлениям. Однако, не трудно дать модель и тела
с качественно
различающеюся^]
проводимостью по разным
направлениям.
Представим себе среду,^
построенную двумя
взаимно -
перпендикулярными трехмерными
системами параллельных
между собою
материальных] линий; пусть
одна система линий
осуществлена тонкими
металлическими
проволоками, а другая—
стеклянными
капиллярами с раствором
электролита (фиг. 31), Тогда
такая среда в
направлении проволок будет
обладать проводимостью металлическою, в направлении капилляров—
проводимостью электролитического, ав направлении нормальном
к обоим первым—проводимостью газового, каковую можно повысить,
ионизируя воздух, пронизывающий построенную модель. Можно было
бы также, заменяя электролит капилляра или воздух внутреннего
пространства модели диэлектрическою жидкостью, сообщить нашей
модели в соответственном'направлении проводимость электросмо-
тическую, а, наполняя эту жидкость какими-либо мелкими
частицами,—сделать проводимость электрофоретическою. Ничто не
мешает нам представить себе модель такого рода микроструктурною
или даже ультрамикроструктурною; весьма вероятно, что подобного
Фиг. 31. Модель среды, обладающей по трем взаампо-пер-
пепдтоуллрпьш .-направлениям провсшшостямп различного
характера: моталлпчвешо, электролитическою (шш элек-
тросмотическою) п гааовою.
__ но -
рода модели встречаются в природе, например в царстве ыинералоі
и среди тканей живых организмов. Нужно думать, существуют, мине
ральг с тончайшими параллельными капиллярами, содержащими жид
кий электролит; вероятно, интересными свойствами должен обладай
в этом смысле гидрофан.
Чистый кремнезем при повышении температуры обладаем
проводимостью металлического, как показывает лучеиспускание его
при наличии примесей обнаруживается и проводимость
электролитическая. Ж. Кюри указал в 1888 г., что кристаллический кварц
содержит электролитически проводящие соли натрия в виде жидки?
включений, параллельных главной оси; эти включения установлены
Влрвургом и Тегетмепером.— Проводимость горного хрусталя при
высоких температурах многократно изучалась (Дельтер, Пирайи и
Сименс п др.), при чем установлено большое различие проводимости с
количественной стороны, в зависимости от направления. При 225(
горный хрусталь параллельно оси обладает хорошею проводимостью
электролитической природы, тогда как перпендикулярно к оси он
практически не проводит. О дальнейшим ростом температуры растет
и проводимость, все время оставаясь различного по различным
направлениям. Вот табличка, данная Дельтерром (1908, 1910, 1912 гг.).
Температура
920»
1020°
1110°
1140"
1190»
1220°
1250»
1290*
1305»
Удельное сопротивление
кристаллического кварца
X о с и
120000
28О00
<**
13 000
7000
4500
—
2500
1860
|! о с іі
101100
G1729
21 949
16 596
9607
7543
5743
4000
4084
Подобным образом, различие проводимости по разным
направлениям установлено у сравнительно хорошо проводящих металлов,
равно как и различие температурного коэффициента проводимости.
Так, по Маттеуччи (1885 г.), проводимость висмутовых палок с
листоватостью, перпендикулярного направлению тока, и проводимость
их же, когда листоватость параллельна току, относятся между собою
как 1:1,16. По Бекштрему, палочка железного блеска в 1 cm
длины и 1 mm2 поперечного сечения имеет сопротивление 72,33 Q и
— І1І —
температурный коэффициент 6491.10 s, когда она вырезана
параллельно оси, и -сопротивление 41,94 й н температурный
коэффициент 8064,10 —е, когда она вырезана перпендикулярно к осн. При
.0° эти сопротивления относятся между собою как 2: і. Палочка из
магнетита, при тех ate условиях, имела сопротивление 0,5162 й,—при
параллельности ребру куба,и 0,5169 ft,—при параллельности диагонали.
Кристаллические тела очень малой проводимости исследовать
в обсуждаемом смысле сравнительно'трудно, но тут имеются особые
приемы Сенлрмона и Видемднна; различие проводпмостей
устанавливается этими приемами весьма просто, хотя едва ли могут быть
получены таким способом точные результаты. Видеыанн посыпйл
поверхность кристалла ликоподием и затем приставлял к ней заостренную
проволоку, присоединенную к лейденской банке. Порошок сходил
тогда в смежности с острием, при чем чистое пространство было
ограничено кругом или еллипсом. Видеманн объясняет эллиптичность
этого ограничения различием проводимости кристалла по разным
направлениям; в этом смысле он устанавливает, что известковый
шпат и турмалин по кристаллографической оси проводят
электричество лучше, чем по другим направлениям, тогда как тяжелый и
и полевой шпаты обладают лучшего проводимостью по направлению
нормальному. Практически, весьма важно в отношении
электропроводности анизотропное сложение многих естественных и
искусственных материалов. Из числа первых могут быть названы: слюда,
дерево, пропитанное и не пропитанное, волокна и т. д., а из
числа вторых—многие диэлектрики из бумаги, пряжи, ткани,
слюды и т. п.
36- Униполярная проводимость. Наряду с анизотропией вещества
и с различием его свойств в зависимости от направления, мыслимо в
некоторых случаях также небезразличие смысла вдоль известного
■направления. Иначе говоря, наряду с тензорами вещества мыслимы
и настоящие векторы, когда поворот некоторого направления на 180°
ведет за собою изменение свойств по этому направлению. В физике
известны вообще многочисленные примеры «лапанного эффекта той или
другой физической системы, пропускающей известное действие в
одном смысле некоторого направления и задерживающей его же при
обратном смысле этого самого направления. Эта клапанность системы
может выражаться либо в количественном различии известного
параметра, в зависимости от смысла некоторого направления, либо в
качественном различии известного процесса, меняющегося вместе
со смыслом некоторого направления. Если в области гидродинамики
обще-известно действие клапана, то гораздо меньшая известность
принадлежит прибору Вилли Вина, состоящему из ряда
оптических сред; этот прибор пропускает световой луч с одного конца к
другому, но задерживает его при прохождении в обратном смысле
- 112 —
Подобного же рода клапаны мыелимы в области электричества,
когда в противополояіных смыслах одного направления проводимость
различна: либо по величине, либо по своему физическому механизму.
Такая односмыеленная.проводимость называется униполярною.
Оттягиваемые от молекул электроны или ионы могут при одном
смысле действия направленных сил отрываться легче, нежели при
другом смысле сил, направленных так же. Такова одна возможная
причина униполярной проводимости. Другая же может заключаться
в, удобоподвижности электронов, ионов или молионов, по одному
смыслу известного направления бблыпей, нежели по другому.
Но мыслимо, кроме того, и такое устройство физической системы,
которое при одном смысле действия сил благоприятствует отрыву
или перемещению электрических масс одного сложения (электроны
или ионы или частицы), а при другом
смысле—отрыву или перемещению
электрических масс другого сложения, так
что, например, при одном смысле поля
проводимость тела — металлическая, а
при другом—электролитическая. Такого
•рода электроклапаны возможны,
конечно, лишь в местах нарушения
сплошности вещества, и в этом смысле
они могли бы быть называемы эффектом
поверхностным. Но отсюда не следует,
как склонны думать некоторые, будто
униполярность возникает исключительно
на поверхности веществ, в обычном
смысле. слова «поверхность»: в самом,
деле, ничто не мешает веществу быть
построенным из ряда одинаково
направленных электроклапанов такого рода,
при чем порядок величины
их—микроскопический, ультра-микроскопический,
даже молекулярный или атомный. Тогда
вся толща вещества, практически говоря,
в любом сечении будет представлять
такой клапанный контакт с
униполярным действием.
Пусть, например, имеется трубка с катафоретически проводящею
жидкою средою. Проводимость эта безразлична к смыслу поля,
направленного по оси трубки. Но такое безразличие легко может быть
устранено, если строению самой трубки придать известный смысл
вдоль оси, например, разгородить ее рядом воронок, направленных
широкими отверстиями к одному концу трубки, а остриями—к другому
(ср. фиг. 33). Тогда частицы, катафорез которых обслуживает
электропроведение, будут способны перемещаться, когда силы поля движут их от
Фиг. 32. Одна ла воаііэжпых
микроструктур, ведущих к униполярной
проводимости. Основной скелет
вещества обладает проводимостью
весьма малою, а пвполпяюпщя среда
проводит впатательно лучше. Она может
быть твердою, жидкою н гааовою.
113
широкого Отверстия воронки к узкому; но они будут задерживаться
при движении противоположном.- Следовательно, в одном смысле
осевого направления трубка будет электрофоретичееки проводящею,
а в другом—нет, или лее будет проводить тогда иным способом,
например, электролитическим, при чем электролиз усилится вследствие
бблыпей разности потенциалов. Но ничто не мешает нам, далее, пред-
Фпг. 33. Уппполпрпс-проводнщап трубка с разрежепвым газом.
ставить себе некоторое губкообразное тело, образованное из
многочисленных одинаково направленных воронкообразных элементов, хотя бы
микроскопического размера (ф и г. 32). Такое тело, разделяя два сосуда
с суспензией, производило бы униполярный: электрофорез
и обладало бы униполярной электрофоретической проводимостью.
В отношении проводимости разреженных газов, такой: клапан,
уже в 1885 г. устроен Гогеном п даже назван smpape eledrique, В
электрическом яйце один из шариков разрядника лакируется весь,
за исключением одной точки,
тогда как другой шарик
остается голым. Тогда разряды
проходят от лакированнрго
шарика к нелакированному, но
не обратно. Ясное дело, здесь
образуется именно вышеопи-
■ санная непроводящая воронка.
Подобное нее клапанное
действие может быть достигнуто в
гейсслеровых трубках,- если
одному из электродов дать вид
нити, а другому—небольшого
диска, перпендикулярного к
оси трубки, как это в 1868 г.
делал Погтендогфф. Наконец,
электрический клапан устроен
еще и Гіітторффом в виде
стеклянной трубки, разгоро- Фпг. и. Схематическое изображение улпполярпо-
ЖеННОЙ несколькими воронка- проводите? среды, состоящей пз ряда клапашшх
/*._ ™ч тт капалоіі. Проводим ость может быть газового пли
МИ (фиг. 33). И тут ОПЯТЬ ЛеГКО мютрогагатпчеоию.
представить себе подобные
воронки убывающими по величине п возрастающими численно, так что
клапан ГитторФФа превращается в пузыристую массу с разреженным
газом и представляет униполярно-газово-проводящее тело (фиг. 34).
И. Флоренский—Диэлектрики. S
— 114 —
Выпрямляющее действие в отношении тока-вольтовой дуги
термшшных трубок с" накаленным катодом и т. п.-общеизвеТно'
Иначе говоря, это-системы, проводящие униполярно, причем
выпрямительную службу несет самая поверхность раздела меаду гааом и
раскаленным катодом. Но легко представить себе тело построенное
из большого числа мелки, вольтовых дуг или термиопных ^уГкТта-
IILTIT ОДИНаковой направленности элементарных ігриспособ-
н от* .^Г УЮШ0ЛЯРН0 проводящим чрез действие уже не поверх-
ности своей только вп п м..пв ™™«.-—„_ * г
ности своей только, но и самой своей^толщи.
Фпр. 35. Схематическое паойражеппе уптіадярпо
проводящей среды ео ыпогпмп острпевыаш щгшпшп Ода
из модели ушшолдрпо-ароводящеи ашкрострукгуры
Электро - клапанные
контакты могут
действовать и без накала. Так,
" опыты Шельфорда Бид-
ввлля в 1887 году
показали, что
вертикально поставленные на
металлическую пластинку
медные и железные
стержни обнаруживают
различное сопротивление,
смотря по тому, идет ли
ток вверх или вниз. Ясное
дело, можно построить на
этом принципе
выпрямитель, накладывая друг на
друга столбиком
металлические щетки из оетрий,
укрепленных в
металлических пластинках (ф и г.
ччі фп™„ чькиш* пластинках (ф и г.
ив™Г5я2СТеИа if™ ВеСЬМа УСИШШ) Действже одиночного
ГГп^І Д ■ ИнтересНо наблюдение Шустера в 1874 г. над
мости п?Г ПР°Б0ДИМ0СТЬЮ магнгта, т. е. различной в занжси-
Тбоіі ,Z ѴтТ ЛИ Т0К °Т СеБерН0Г0 псшоса к ИЖЕ^у, или
наоборот это наблюдение технически еще не использовано.
кото™Тпе1ЯРК0 ужжЛ0ЛЯрнаЯ пР"В0Димость обнаруживается
некоторыми минералами. В 1874 г. Ф. Браун нашел униполярно проводя-
rZa uZZeW' МИН6раЛ содаРздаш^ «™ь калия, бария к мар-
мооти Z арГаЩа Ж В0ДУ; напР^ение наилучшей проводи-
cbSLo Т°СЬ ПРЕ ЭТ°М 8Ш**ЩИ" от силы тока. Подобное же
свойство обнаружили пираты, блеклая руда (тетраэдрит)
с™ Л.Г П°ДОбНОе Же № было °™РЫТ0 Пирсомвкри-
™3Lnарбтторунда' пРзчем электропроводность в одном смысле
іопол жнГС™ °Ка3аЛаСЬ Б 400° раз 6,5лее- н™ в
противоположном. Кроме того, электропроводность этих минералов
возрастает с электродвижущею силою. "Ч^ш» воз
— 115 —
Открыты и обследованы также многие другие
униполярно-проводящие минералы: М. Кпмурой и К. Ямамото,' О. В. Лосевым и
другими. Этого рода минералы использованы в радио-телеграфных
детекторах, выпрямителях. тока и генераторах незатухающих
колебаний. Часто применяется тут цинкит. По исследованиям В. Гента з
Л. Уайтёмора, наиболее чувствительны в применении к детекторам
гален или галенит, перикон, силикон и карборунд. При
этом должно быть соответственно подобрано и соприкасающееся с
кристаллом вещество. Приводим (стр. 116) таблицу детекторных
минералов и употребительных кантактов, причем в разрядку напечатаны
п&ры наиболее распространенные. Таблица составлена по Г. А. Кьянд-
скому (1923 г.).
Однако, чувствительность подобных контактов зависит не только
от рода минерала, но и от более точных признаков его состояния.
Дгофе в 1875 г. и Г. Мейер в 18S3 г. нашли, что не все пприты и не
всякий псиломелан отличаются проводимостью униполярною.
Чувствительность галена стоит в связи с тончайшею серною пленкою на
его поверхности, как это доказал в 1913 г. Флориссон, при чем
толщина этой пленки может быть 5.10~й mm. Такие пленки можно
наводить искусственно. О. Вейгель в 1905 г. доказал, что униполярная
проводимость некоторых минералов связана с наличием в них
водных включений и пористою структурою, доказуемыми осмосом;
при сильной сушке униполярная проводимость исчезает. Кроме того,
униполярная проводимость установлена исследованиями Ч. Ф. Бяло-
вржеского и других в некоторых установках с жидкими и
твердыми диэлектриками. Во многих случаях она возникает также в
заостренном контакте изменчивого проводника с металлической
пластинкой, в частности—в некоторых кристаллах. При этом,
выпрямительная способность такого контакта изменяется с давлением на
контакт; отсюда был сделан-вывод, что выпрямительный эффект
возникает в самом контакте.
Делались разные попытки объяснить этот эффект. Но ни
термоэлектрическая электродвижущая сила, ни электролитическая не
оказались искомою причиною (Р. Эттенрейх, 1920 г.). Ссылка Гуизинга
(1918—1920 г.г.) на действие водной или сернисто-молибденовой
пленки опровергалась в 1921 г. Лухзингером: накал детектора до
870° не уничтожил его действия, как не уничтожает его и
охлаждение до —180°. Однако, это доказательство может быть и не вполне
убедительно, поскольку Лангмыором выяснена удивительная стойкость
окклюдированных газовых пленок, до 3300° К включительно. Гофманн
в 1921 году сделал новую попытку объяснить униполярную
проводимость контакта—электронною эмиссией возле острия; так
как применяемые в детекторах кристаллы имеют весьма малую
проводимость, то между гранями кристалла и металлическим электродом
устанавливается поле весьма большого градиента, приводящее к вы-
хождению электронов из кристалла. Таким образом, возле контакт-
8*
иг.
Таблица униполярных контактов.
Разряд
I
ІІ
[
1
1
I
Название
писп . . .
пирит. . .
хаікоппрпт
борнит , .
молибдеппт.
офалерпт. .
смальтпп
(шмальтии).
ц и и к и т
(спарталпт).
пенломслап.
иупрпт. . .
церусепт. .
нзерпи. . .
брукпт. . .
карборунд,.
плулбпты .
СЕЛНКОП . .
бороп . . .
графпт. , .
теллур. . .
Химический состав
ссрпнстый свинец пли
свинцовый блеск . . .
железный колчедан, .
медный колчедан . . .
пестрая медная руда .
молибденовый блеск. .
цинковая обманка. . ,
шпенсовьш кобольт . .
4
двуокись марганца, с
примесями калия, ба-
углекнелыіі свинец . .
титанистый магпптпыіі
карбид кремния . . .
соле образные соедипе-
ппя окиси свинца с
основными окислами .
кристаллический крем-
крнсталлнчецкпн бор .
кристаллический
углерод, искусственный и
Химическая
формула
PbS
Fe S3
Сп Ь'е Бз
Cu3 Fe Sa
Mo &,
ZnS
Со Asa
ZnO
МнОа
Cu20
PbC03
FeTi03+FeO
Ti02
Si С
например:
PbO + Na„0 =
= Na, Pbt)s
Si
E
С
Тс
Соответствующий контакт
графпт, сталь, теллур,
плуибпт
медь («н и р н т о в ы 1і
А е т е к т о р»), золота
алгамппніі, золота,
теллур, ЦППКПТ
серебро, медь, теллур,
сурьма
холкоппрнт («в е р п к о-
новый детектор»)
сталь, уголь (угольная
нить от лампы—папчув-
ствптельпый детектор, по
хрупкий)
серебро
сталь («к а р б о р у н-
довын детектор»),
латунь, ппрпт
сталь, золото, мышьяк,
сурьма, внемут, теллур
сталь
алюминий
— 117 —
него острия возникают, по Гофманну, электронные разряды, на
подобие микроскопических вольтовых дуг (фиг. 36). Понятное дело, выход
электронов из металла и^из кристалла совершается с различною лег-
9
ОСТРИЕ
Я
Ф п р. 38. УпііполярпыІГкоптакт в весьма
уволнчеппом виде. Объяснение кааііпп-
пого действия его. (По Гофиллю').
Ф п г. 37. Схема равносильная Гупппо-
лярноиу контакту, согласно объяснению
.Гофмлппд (По О. В. Лосеву).
Г
3
J.
ч^^-
І1\.
f-1—
■ 1
костью, и потому в одном направлении ток проходит легче, нежели
в другом. Следовательно, действие контакта представляется по схеме
(ф|и]г. 37). В 1922 г. О. B.f Лосевым было обследовано детекторное
действие цинкита, свинцового блеска и
некоторых других минералов, при чем
Гофманновское объяснение получило за
себя подтверждающие данные.
Характеристики этих контактов оказались
построенными по типу, представленному
на фиг. 38. Лосев наблюдал и
непосредственно свечение в месте контакта.
Основная формула, определяющая
действие контакта, выводится из формулы ° а е g—г^а
СОПрОТИВЛеНИЯ ВОЛЬТОВОЙ ДУГИ П ПИ- сила. тона.
ШеТСЯ ТОГДа Так: Фаг. 38. ОСщпіІ вид характеристики
униполярного контакта F= f {T).
(По О. В. Лосеву).
(70) Ѵ= ±{ІВ + aq=l/ (а — Щ> — 4ІіТ) -f Іг,
где V есть разность потенциалов на зажимах детектора, г
сопротивление толщи кристалла, R сопротивление точки контакта, т. е, тех
областей, в которых возникают микроскопические дуги, І сила тока
проходящего через контакт, а и b характерные постоянные. Из
формулы (70) видно,что,при данном значении X для V получается два
разных значения, как показывает и кривая фиг. 38. Лосев опытно
находит значение постоянных а и Ъ. При изменении
электродвижущей силы V, величина - -= , т. е. тангенс угла, образуемого с осью
І касательного к характеристике, выражает собою величину сопро-
— 118 —
тнвления В проводника. В случае рассматриваемого контакта, этот
тангенс оказывается отрицательным, и следовательно, в области
спуска-характеристики, контакт отдает, а не затрачивает, энергию. Этим1
обстоятельством и объясняется его усиливающее действие, со стороны
формальной.
Таким образом, в значительной мере-выяснилось меетно'е
происхождение униполярно! проводимости. Но, за всем тем, остается в
силе высказанная в 1912 и 1913 г.г. мысль Ф. Годдлрда, что
униполярный эффект слагается из действия контактного и действия
самой толщи вещества. В самом деле, вполне мыслим в самой, толще
вещеетва тот же механизм, многократно повторенный, чтб и в обычном
контакте. Поэтому вопрос о внутреннем униполярном эффекте не
может считаться законченным.
37. Электрическая неустойчивость диэлектриков".
Электропроводность диэлектриков-чрезвычайно зависит от множества различных
факторов,—от химического еоетава, от механических примесей, от
структуры вещества, способа его обработки и от большинства
физических деятелей. РІзучение проводимости диэлектриков оставляет
желать еще многого. В виду чрезвычайной малости этой величины,
изучение ее вариаций от разных причин до сих пор обычно не
представлялось практически особенно важным. Но, в противоположность
металлам, токопроведение которых устойчиво в пределах для
различных факторов весьма широких, практически применяемые
диэлектрические материалы, проводя ток, легко попадают в равновесие
неустойчивое, стбит только тому или другому из физических
факторов (температуре, влажности, степени ионизации,
электрическому градиенту поля и т. д.) выйти за известные, сравнительно
тесные, пределы.
Кроме того, различные факторы тут находятся в тесной
зависимости между собою, и потому даже незначительное изменение
одного, участием других, которые это изменение усилят, может
перевести диэлектрик в неустойчивое равновесие и в конечном счете
разрушить. Так, даже весьма слабый ток все же производит, хотя бы
и минимальное, выделение джаулевского тепла; а в переменном поле
сюда присоединяется еще диэлектрическое рассеяние энергии, тоже
ведущее к некоторому, хотя и весьма малому, нагреву диэлектрика. Но
сопротивление диэлектрика, равно как и диэлектрическое расееяние,
большею частью быстро возрастает с повышением температуры. Это
значит: даже минимальное согревание диэлектрика увеличит его
проводимость и его рассеивающую способность, чтб в свой черед должно
усилить ток и дальнейшее выделение тепла, как омического, так и
чрез рассеяние. Иначе говоря, раз начавшееся нагревание имеет
наклонность возрастать, и притом ускорительно. Следовательно, если
только с самого начала этому процессу нагрева не оказано
решительного противодействия, то, ясное дело, в короткое время диэлектрик
— 119 —
будет перегрет до непригодности нести свою службу. Однако, этим
круговоротом, в который рискует быть втянутым диэлектрик, дело не
ограничивается. С ростом температуры, как известно, увеличивается
у многих, твердых тел также и их диэлектрический коэффициент [Н].
А это значит, Что соответственно возрастает и ток проводимости и ток
смещения, т. е. соответственно увеличивается тепло, как Джауля, так
и Сименса [57], и значит процесс нагревания еще ускорится.
Но и этого мало. В большинстве диэлектриков всегда
содержится вода, как в виде поглощенной влажности,так и в нестойких
химических соединениях. Легкое нагревание диэлектрика
способствует выделению этой влаги, а затем, вследствие появившейся вла-
яшости, возрастает проводимость вещества, его рассеивающая
способность и индуктивность, т. е. опять усиливаются ток проводимости и
ток смещения, а следовательно—еще раз ускоряется повышение
температуры. Короче говоря, в диэлектрике все не только совпадает в
качестве факторов нагрева его, но и взаимоподгоняет и
взаимоподгоняется в сторону повышения температуры: раз начавшийся нагрев,
если ему не противопоставлено решительных мер, пойдет
ускоренным темпом. Тут—ложный круг, и не один круг, а множество их.
. Но далее: ведь с возрастанием температуры чрезвычайно быстро
падают как электрическая, так и .механическая крепость диэлектрика.
Следовательно, целость изоляции обеспечена весьма мало и так
легко подпадает опасности быть разрушенной, что скорее нужно
удивляться не происшедшему в том или другом случае повреждению ее,
а напротив—целости ее в остальных. При этом надлежит отметить,
что, как повышение мощности, так и возрастайте частоты
увеличивают с своей стороны степень опасности существованию изоляции. К
тому же, новейшая техника выдвинула диэлектрики искусственные,
органического состава нлн содержащие в себе цементирующие
органические вещества. Физические свойства таких веществ особенно
быстро меняются с температурою; даже при нагревах небольших,
диэлектрический характер этих веществ существенно изменяется,
сравнительно с таковым же при температурах умеренных. Равным
образом, весьма изменяются при этом и их механические свойства.
Итак, слабое место диэлектрика, хотя бы и еле заметно
отличающееся от остальной его массы, легко рискует стать весьма
отличающимся и повредить всю изоляцию. Но изоляция не может
быть абсолютно однородною и, следовательно, находясь в равновесии
мало устойчивом, всегда рискует потерять его вовсе. Техническими
мерами обезопашивания, как выяснилось и из практики и из теории,
должно признать возможно совершенную однородность
диэлектрического вещества и возможно. тщательную просушку его; с другой
стороны, в самой службе диэлектрика необходимо учитывать процессы
и величины, сами по себе весьма ничтожные, но имеющие однако
опасную склонность к наростанию. Именно этими процессами
определяется служебная пригодность изоляций.
— 120
38, Зависимость диэлектрической проводимости от силы поля,
времени и температуры. Рассмотрим значение некоторых факторов в
частности.
а. Сила попя. G повышением градиента поля, проводимость
диэлектриков, по крайней мере когда она не электролитического
характера, заметно возрастает, іг это обстоятельство снова народит на
мысль искать аналогичного возрастания с градиентом п индуктив-
Напршкепие
поля в
вольтах
150
300
750
1050
1500
1S00
С о
Гуттаперча
3468
3366
3267
3117
3086
3021
п р о т и
Хорошо-пзо-
лнрувщан
падлНекая
реэппа
S054
7916
7470
7268
6705
6245
в л с п и
Обыкновенная 1ШДШ1-
скоіі рваіша
513
462
410
355
—
—
е в о ы а х
Кабельная
изоляция
(класс С)
2813
2674
2541
2224
2057
1798
Кабельная
изоляция
(класс Л)
2602
2492
2425
2345
2274
2212
..А-ю---
л
1
іЧ.
і
U
гѵ
V
К'
6П
40
и /
и /
—ff
/*'
у
У
•
———-;»-
у
у
/
•
У
У
/
ъ
^^
У
У
/
э
^
г
ЭЛЕПТРОЛВѴП*. QHJia.
Фиг. ЗЭ. Собственная провоіпмость расплавленного
озокерита в зависимости от электродвижущей силы.
1 и Г положительный ток;. II и II' отрицательный
ток. I д И относятся к слою вещества в 1 сш, а I' и
II' к слою Е 1 шш. (По Ч. Ф. Еллосі'асЕско.чу).
ности [16). В некоторых
диэлектриках подметить
зависимость проводимости от
силы поля не удалось; но
другие диэлектрики
явственно показалк таковую.
Приводимая здесь таблица,
составленная по
наблюдениям Флеминга, дает пример
этого возрастания
проводимости с силою поля.—Итак,
сопротивление всех
перечисленных веществ падает
вместе с усилением поля,
т. е. проводимость
возрастает.
В 1921 г. Г, Г. Пуль
сделал ряд тщательных
исследований над
проводимостью некоторых
диэлектриков и выяснил
зависимость ее от температуры и
напряжения (фиг. 41, 42,
43). В предыдущих своих
исследованиях он имел дело
исключительно со слюдою.
Высокое постоянное напряжение давалось у него румкорфом, вторичный
ток которого выпрямлялся двумя электронными трубками. Зависимость
- 121 —
А./0"
ІЙОі
175
110
Л
195
w
7S -
логарифма проводимости от напряжения оказалась приблизительно
линейною, особенно в пределах градиента до 1,5 МѴ : cm; но
намечающаяся искривленность восходящей кривой, обращенная к
оси напряжений, за этим
пределом делается все
более явного. Найденная
Пулем зависимость
установила -ел едовательно, что
проводимость
возрастает с
градиентом потенциала, и
притом гораздо быстрее,
чем градиент. Такой ход
кривой зависимости
наводит на мысль о
необходимости в известный
момент—пробоя. Что
касается до температуры, то, с
повышением ее, прямые
вышеозначенной
зависимости (логарифма
проводимости от градиента)
смещаются вверх,
оставаясь параллельными
между собою. Это значит, что
характер явления е
температурою не меняется,
но самое явление
ускоряется, так что пробой
должен произойти при
более высокой
температуре раньше, чем при
более низкой. Все эти
наблюдения наводят на
мысль об ионизации
диэлектрика в электрическом
поле, как основе
диэлектрической проводимости.
Если ( есть температура диэлектрика, %, выраженная в единицах
Ю-12 mho: cm3 проводимость диэлектрика при і°, (&, градиент потенциала
в мегавольтах на сантиметр, а Л и В постоянные, характеризующие
вещество при (°, то
(71) !о£*,=Л,+£,(£,
В случае слюды коэффициент В от і зависит очень мало, до
вышеуказанного градиента 1,5 МѴ : cm.
so
is
/
_ f
//
//
и
/
/
//
*
f
У
f,
/
's1
/
/
/
r/
/
/
/
/
/
/
7
I
/
/
/
'^—■
3«0
электродам* снял
Ф и г. 40. 1-Ьшвд.еітая проводимость расплавленного
озокерита в зависимости от электродвижущей силы.
I л I' положительный ионизационный ток, II « II'
отрицательный ионизационный ток. I и II относятся
к слою в 1 іпш, а I' и II' к слою в 1 от, (По Бя-
лог.ржБСколг). (Значение толщины слоя тут
противоположно таковому же в случая собственного тока,
см, фиг. 39).
— 122 —
Ниже приводится сводка измерений Пуля, р есть сопротивление
в Й: ота; дли очень малых значений фоно получено экстраполяцией.
(£,„ есть максимальное допустимое значение (£, т. е. градиент про-
ГРЦДИЕНТ В NV'cm.
Фпг. 41. Логарпфм проводим ост п слюды (образчпк я) в эавпсішостп от
градиента поля, прп равных температурах. (По Шлю), і
бойный; если исследуемый диэлектрик в опыте оставался не пробитым
и при наивысшем достигнутом значении градиента, то в таблице
показана нижняя граница пробойного градиента.
Мате риал
слюда, обридчпка "
„ ъ.
» Г }J
* а я
ѵ л и
я и а
новровпоо стекло . .
7* П ' ■
я в ■ -
■ В '
ш *
параффпп-воск . . .
шелзав па раствора.
шеллак плавлвпгшй .
ііолзуловд (кодаковская плепка).
t
114
13
37
6G
109
128
14
23
45
58
74
15
15
12
14
А,
4,86
6,76
6,39
4,07
4,88
3,27
2,38
1,18
0,00
0,67
1,23
—
-0,4
—
1,33
*1 .
1,19
1,18
1,18
1,18
1,18
1,18
1,50
1,33
1,15
1,05
0,91
—
-2,7
— '
3,8
&,.,,
>з,о
>2,9
>2,9
>3,0
>2,8
>2,9
>0,7
>0,6
>0,6
>0,6
-0,5
— 0,25
~0,25
— 0,04
0,16
Р
1,4.1015
1,7.104
4,1.101"
8,5.1015
1,3.1015
5,4.104
4,2.10'*
'6,6.10'*
1,0.10'*
2.7.10Н
5,9.101»
— 4.1015
— 4.1015
>4.10ч
4,7.101»
123 —
Ф п г. 42. Логарифм проводимоетп слюды (образчпк Ъ) а эавпеамостп от
градпепта поля, прп разных температурах. (По Пулю).
Ф п г. 43. .Тогарпф.ч проводимое ш стекла в зависимости от і'раяпепта
поля, прп разных температурах. (По Пию). .
— 124 —
м<г
б. Время. Изменения проводимости диэлектриков вместе со
временем их службы зависят от разных причин, а потому и течение
его в разных случаях: различно. Как было уже отчасти указано [29],
некоторые вещества увеличивают свою проводимость со
временем своего функционирования; круг таких веществ весьма широк.
Несколько кривых такого рода представлено по Бузону на фиг. 44
(к сожалению, Бузон не указывает, к каким именно диэлектрикам
относятся эти крнвыя).
При этом, величина
проводимости
асимптотически стремится к
некоторому конечному пределу,
но быстрота подхоясдения
к нему у различных
диэлектриков весьма
различна; нередко даже—за
многие месяцы
прохождения тока не достигается
практически постоянной
проводимости. В
отдельных случаях
проводимость диэлектрических
веществ, после
включения их в цепь, сперва
Г
*Л>йХ
F00N
ftuja
"*
*
/
f
и
'
ft
У^
<——
*
и
-
'
'
..
А
г
-
*
у
!
7F
1П£
•ат
НС
*ы
3 ѵ
■<1Л
Ф п г. 44. Проводимость некоторых диэлектриков в
вависішостп от длительности приложенного
напряжения. (По Р. Еузопу).
падает, а затем начинает расти.
Наблюдениями К. В. Вагнера установлено, что изменение
электропроводности многих материалов, а равно и других электрических
характеристик их, тесно связано с постепенным образованием или
преобразованием смолы; возможно, смола, как растительная кислота,
подвергается в таких случаях электролизу [826].
• В отношении переменного тока 60 периодов в секунду, зависимость
диэлектрического сопротивления В от времени испытания х
выражается функцией
(72) Л = 100 —21 logT,
где сопротивление диэлектрика до-начала испытания принято за 100.
В 1919 г. Оильсви и Гонеман открыли в диэлектриках особую
зависимость их проводимости от времени, неудачно названную ими
поляризацией. Это явление не должно быть смешиваемо ни с
поляризацией диэлектриков в силовом поле (индуктивной), ни с
электролитической поляризацией электродов в электролите. Новое явление
состоит в следующем: Если к диэлектрику приложено постоянное
напряжение, то сила тока убывает, сперва быстро, затем постепенно,
с соответственным приростом сопротивления. Сопротивление
увеличивается в 15^20 раз против первоначального. Если напряжение
снято, то произведенный эффект исчезает, но постепенно и притом
125 —
очень медленно; повышением температуры его исчезновение может
быть ускорено. Если к новому образчику изоляционного материала
приложено напряжение переменное, то «поляризации» не происходит,
.и сила тока неопределенно долго остается неизменною; а если это
же переменное напряжение приложено к образцу уже
поляризованному током постоянным, то поляризация исчезает гораздо более быстро,
чем когда образчик предоставлен самому себе. При одновременном
накладывании двух напряжений, постоянного и переменного,
диэлектрик представлял одно и то же сопротивление обоим токам, при всех
степенях поляризации; это значит, что поляризация от постоянного
тока возбуждает добавочное сопротивление и току переменному, а
деполяризация от переменного—уменьшает сопротивление и
постоянному. Таким образом, в диэлектриках при прохождении тока
происходят своеобразные процессы, далеко еще не ясные. А вместе с
тем выясняется, что диэлектрическое сопротивление должно быть
измеряемо именно при переменном напряжении.
в. Температура. Все диэлектрики имеют в отношении
проводимости положительный температурный коэффициент, т. е. умень-
.шают свое сопротивление с ростом температуры, и притом
чрезвычайно быстро, приблизительно в экспоненциальной зависимости. Многие
диэлектрики, уже при сравнительно небольшом нагреве, приходится
рассматривать как проводники; таковы даже сравнительно стойкие в
электрическом отношении вещества, в роде стекла, фарфора, асбеста
и т. д. В изоляционной технике представляет большую
практическую трудность построить изоляцию, не дающую отказа и при
высоких температурах. Кажется, единственное сравнительно стойкое в
этом отношении вещество—а л м а з, удельное сопротивление
которого по Влртенбергу (1912 г.) при 1350° остается по меньшей мере
еще 1.10°; но нет надобности отмечать практическую невозможность
применять алмазные изоляторы.
По измерениям Ж. Кюри, проводимость кварца,
вырезанного перпендикулярно к оси, характеризуется числами:
Температура
200
100°
300»
Проводимость кварца
в mho cms: cm
8,4.10-16
1,2.10-15
l,8.10-e
Иначе говоря, проводимость кварца возрастает с лишним в два
миллиона раз при повышении температуры от 20° до 300°. А. Кемп-
БЕль в 1913 г. |дал нижеследующую табличку сопротивления этого
вещества в зависимости от температуры:
— 12G —
Температура
15"
15ДО
23№
250*
300°
350°
450»
7000
800°
850»
СопротпплеппЕ кварца
в й: cm1
> 2.101!
> 3.10"
2.10'»
3,5.1013
2.104
ЗЛО'»
3.10»
З.ІОі
<3.10'
<2.10?
В 1915 г. Р. Амбронн указал для стекла и горного хрусталя
экспоненциальную формулу
с
(73) ' ' ѵ.^=-лае 7
где х0 и С постоянные, а Т абсолютная температура. Но, при малом
подогревании, проводимость стекла падает — вследствие осушки по-
поверхнооти.
Пирани и Сименс в 1909 г. нашли, что при 1000° К проводимость
фарфора 6.10я, марквардов'ской массы 8.105 и кварцевого
стекла 2,Ю£. Удельное сопротивление их р падает с температурою
по гиперболической функции.
По Фуссеро, при 60° сопротивление фарфора 751JiQ:cm3, а при 180°
оно 0,052 MQ: cm3. Л. Пуанкарэ дает для удельной проводимости
фарфора формулу
(75) и, = 10-6 (0,0573£-|-0,0000 12513— 16,30), ДЛЯ ^ЗОО^ЭбО0.
Имеется много эмпирических кривых, выражающих
проводимость или соответственное сопротивление различных диэлектриков,
как функцию температуры. Кроме того,предложен и ряд
аналитических выражений той же зависимости. Вот важнейшие из них:
Обозначим сопротивление диэлектрика при начальной температуре t,
которую мы примем за нулевую (( = 0) через В0; сопротивление его
же при температуре ( через Я; пусть далее Ъ и а суть некоторые
постоянные. Тогда занимающие нас функции могут быть написаны так;
(76) B = Ro*-at (I)
(77) B = B0(l~-^ja (П)
— 12? —
(78)
11
= Д,(
( + 9
(Ш)
Согласно закону I, сопротивление R убывает с приростом
температуры -по экспоненциальной функции, но не исчезает ни при каком
конечном значении температуры (ф и г. 45 I). — Согласно закону II,
сопротивление Л, убывая с возрастанием температуры, при некоторой
конечной температуре & исчезает (ф и г. 44II). Эту температуру К В. Ваг-
нер предлагает называть температурою перегорания диэлектрического
вещества. В зависимости от назначения показателя а, сопротивление
убывает: либо линейно (а = 1), либо замедленным темпом, так
что графика функций вогнута (<*>І), либо темпом ускоренным, так
что графика функций выпукла (се<1). Наконец, согласно закону III,
сопротивление убывает непрерывно с температурою, никогда не
достигая нулевого значения; скорость убывания тем более, чем более
показатель а (ф иг. 45 Ш).
R-R.e-
R-KO-4)
JlY*
R=R.(*&r)
Ф и г. 4,5. Графы вавпспмоотп сопротивления дпвлектрпков от температуры, при
различных впдпх этой вавпспмоотп. (буквенные обозначения Э п Тпе совпадают
с таковымп же текста). (По К. В. Вагперг).
Весьма возможно, что каждый из этих трех законов может иметь
своих представителей среди бесчисленного множества диэлектриков,
ибо процесс электропроведения диэлектриками весьма сложен и ела-.
гается из многих различных явлений. Но для большинства доныне
исследованных диэлектриков закон сопротивления III, т. е. зависимость
повидимому дает наилучшее приближение к данным опыта.
В виду чрезвычайно быстрого изменения проводимости с
температурою, формулы указанных выше типов практически мало удобны,
а графы их для вычерчивания своего требуют слишком больших
поверхностей. ФуссеріЗ, изучивши большое число диэлектриков,
предложил в 1SS5 г., во избежание указанного неудобства, зависимым
переменным считать не сопротивление Л, в. логарифм его, так
что формула получает вид
(79) log 12 = а— Ы + сР.
Для обыкновенного стекла, она будет
(80) logj? = 3,00507 — 0,0520664 і + 0,000003731\
— 128 -
Вот табличка коэффициентов к этой формуле (79), По фУССЕрб, при
чем сопротивление измеряется в мегомах на кубический сантиметр.
Вещество
обыкповеп. стекло . .
твердое беиокоеотек-
хрусталь
Удельный
2,539
2,431
2,933
а
3,00507
1,78300
7,22370
16*6
52664
- 49530
88014
іов„
373
711
28072
Подобно этому, работою Сильсви и Гонемлнл ІЭІЭ г. установлен
экспоненциальный характер зависимости удельного
сопротивления от температуры, так что логарифм удельного сопротивления р
связан с температурою линейно:
'
''
"
'
ч
t-s
«j
«I
111
19
1lT ,
1
j
f
(,H
It 13
/
/
1
ri
i
6
if —
w
/
/(■■
f i
Г-,
>
'
/
■
i»Jfo
1
/
/,.
/
V
i
t
/
и
'!
ф
h
/
/
i
j
ll
It
У
A
/
1
f
i
с
/
•
/
ч
^:
Ж-
■l
5
T
/
/
/
/
А1
/
1
f
/
*/
/^
А
,'
/
/
^
'
1
у
У
/
/
7-
&
,
/
/
,
/
■^
>■
S
*
/
л
/
^
>
/
'F
f
^-
/
S
12
^
S
S
S
S
s\
>
1
|Г
>
г»
^
.1
_^
«J
^,
Гт/ 4лл спх&лШоггз bios и
цнЯннЛРРваго *У
в
г
'
1
а
1
і
J
'<*■
'
-"
-
.-
—
1
;
_
(81)
logp = 0 — ЪТ,
где с и Ъ постоянные, харак-
териэирующпе вещество. Эта
работа замечательна в том
отношении, что специальною
задачею ее было научить
означенную зависимость на
обширном температурном интервале
и при высоких температурах.
Исследователи вводят понятие
об эффективной
температуре, Ѳ„, характерной для
каждого вещества
(82)
Ѳ.
с— 6
Ѳг это температура, при
которой произвольно взятый кусок
вещества (надо
добавить—цилиндрической формы)
Представляет сопротивление в Ш8:ип*.
Эффективная температура
лежит для различных
диэлектрических материалов между
350° (фарфор) и 800°
(плавленный кремнезем). Но эти
заключения относятся лишь к полям постоянным или переменным малой
частоты. Работа 9. Шоттл в 1921 г. над стеклами разных сортов установила,
что при значительных частотах вышеозначенные прямые (81) изгибаются
Г.М.І ч ы п it tt юн xt nz* ътаеи ів гѵзе ji л jjjj
I . taoo
I ;~r T
Фиг. 46. Проводимость стекол в аавпсішости от
температуры іг частоты. (По Э. Шоттѵ).
— 129 —
І
2 IS
!
в сторону оси температур, и притом тем сильнее, чем значительнее
частота, т. е. чем короче волна (фиг. 46).
Работою Сшіьсви и Гонемлнл обнаружено отсутствие
критической температуры, при которой сопротивление вещества
претерпевало бы скачок или угол. Поэтому эти исследователи полагают, как и
Е. В. Влгнер, что чрезмерно малое сопротивление изолятора, при пробое,
возникает вследствие прогрессивно накопляющегося джаулевского
тепла, не успевающего утекать от соответственного места изоляции.
г. Физическое состояние. Металлопроводники сплавлением
претерпевают скачок проводимости, значительно понижая ее. Напротив,
диэлектрики при плавлении ее увеличивают, и тоже скачком (фиг. 47).
Так, по Фуссер6 (1884 г.), абсолютно чистый лед проводит электричество
приблизительно в 1,5.10* хуже воды, имея
удельное сопротивление при 0° 4865 MS: cm3i
и при—17° 33540 Ml!:cm3. При
электролитической проводимости, отвердевание твердых
солей тоже сопровождается скачком
проводимости, при чем во всех случаях, за
исключением йодистого серебра, проводимость соли
в растворенном состоянии более, чем в
твердом. Это свойство йодистого серебра дает,
между прочим, возможность устраивать
приспособление, предотвращающее короткое
замыкание электродов.
д. Смеси. Практически весьма важна
масквеллевская формула для удельного
электрического сопротивлнния р неоднородной
среды, состоящей из вещества с удельным
сопротивлением р2, в котором расположено
весьма большое число весьма малых шариков
из другого вещества, с удельным
сопротивлением рѵ Согласно формуле Млксквелля,
0_ 2p, + pj+j?(p1-p3)
' 2Pl + p2 — 2p(Pl—PJ 1а'
где р означает отношение объема шаров к общему объему. Такая же
формула применима и к теплопроводности подобных смесей, и тут
она проверена на ртутных мазях. А так как теплопроводность и
электропроводность металлов и сплавов пропорциональны друг другу
(закон Видемлннл и Фрлнцл), то следует думать что Максвеллевская
формула должна быть применимою и к электропроводности, тем более
что отношение теплопроводности к электропроводности для серебра,
бравшегося в самых разных видах (сплошной металл, порошок сжатый,
порошок рыхлый), оказалось по опытам Пфлейдерерл постоянным, хотя
числовые значения каждой из этих величин порознь изменялись в
пределах от 1 до бОо [46 в].
П. Флоренский—Диэлектрики. "
/
/
/
/
/
/
-
у
'1> п г. 47. Собственная
проводимость озокорпта пйлпзп точ-
кл-плавлен пя, в завпсялостп
от температуры. Межьэлектрод-
иое рассояіше \ гаш, разность
потенциалов 720 V. (По Ч.^Е.
Йнлоержескоот).
(83)
— 130 —
39- Электропроводность чрез ударную ионизацию. Ради полноты
обзора,упомянем здесь же еще о IV виде проводимости,
представляющей переходную ступень к электрическому пробою вещества,
но вероятно принимающей участие во всех описанных Пыше видах
электрокондукции.
а. Общие соображения об ударной ионизации. Б рассмотренных
видах проводимости, обслуживающие проведение тока свободные
заряды предсуществуют в среде явлению кондукции, или во всяком
случае образуются в веществе действием поля, как предъусловие
электрического тока. Напротив, пробои характеризуется ускоренно
нарастающим образованием свободных зарядов,
несоответствующим наличной силе поля и создающим току условие'
неустойчивого стационарного равновесия. Пробой есть электрический
взрыв. Существует однако один вид проводимости, по механизму
своему напоминающий этот электрический взрыв, но длящийся притом
неопределенно долгое время. Этот перманентный взрыв наиболее
понятен и наиболее изучен, со стороны своего механизма, в средах
газовых.
Если пронизать газообразный, жидкий или твердый диэлектрик,
в промежутке между двумя заряженными электродами,
ультрафиолетовыми или рентгеновскими лучами, <*-, 3-й ?-лучами радия
им другими аналогичными возбудителями, то сила поля начнет
падать: ток смещения уничтожается током проводимости. Это —
последствие искуственной ионизации среды внешним возбудителем. Но
наряду с таким «несамостоятельным» током, может возникнуть
иной. Ни одна вещественная среда не способна неопределенно долго
держать электрическое напряжение; как бы ни были велики ее
изолирующие качества, ток, хотя бы очень слабый, чрез нее непременно
проходить будет. Это значит: в среде непременно имеются свободные
молионы, ионы, а может быть и электроны. Число их весьма ничтожно;
по опытам Вильсона в і cm3 воздуха при нормальных условиях
имеется в среднем 25 ионов. Сильный: ионизатор, например радиевый
препарат, доводит это число возникающих в 1 sec в 1 cm3 ионов
до Ю10. Однако и это число ничтожно, сравнительно с числом
молекул ЗЛО10, находящихся в таком же объеме. Следовательно, если бы
число ионов было строго определенным, то их запас быстро
исчерпывался бы, и. ток прекратился бы; а если предположить постоянное
возобновление их запаса и саморегулируемое постоянство их
концентрации в среде, то тогда, с повышением электродвижущей силы, ток
стремился бы к предельной величине к—току насыщения, при котором
работали бы все наличные ионы (и электроны).
Опыт действительно показывает, что с возрастанием
электродвижущей силы ток и е подчиняется закону Ома и возрастает в известном
промежутке медленнее электродвижущей силы, чтобы затем, в
следующем промежутке, сделаться постоянным (фиг. 48). Но далее
возрастание тока начинает происходить быстрее, нежели возрастание
— 131 —
электродвижущей силы, так что ток отступает от закона Ома в
обратную сторону. А именно, с возрастанием электродвижущей силы
ток растет гораздо скорее, чем она, и притом ускорительно. Граф
тока, в его зависимости от
электродвижущей: силы, представляется
таким образом состоящим из трех
частей: средней а Ь —
прямолинейной, параллельной оси
электродвижущих сил, и двух криволинейных,
■о а и Ь с, присоединенных к средней
перегибами, но направленных
выпуклостями в противоположную
сторону. Сперва идет кривая с
выпуклостью вверх, а затем—кривая с
Ф п г. 48. Зависимость склм тока в иопіі-
зовалнвд газах от нрпложенпого
напряжения {кривая а Ь с). Для сравнения
начерчен ирямолішсііпыи граф
соответственной зависимости при метадлопроводностн.
выпуклостью вниз. Вели ток
обусловливается здесь ионо-конвек-
цией, то такое течение кривой тока
неминуемо указывает на процесс
•образования ионов, лишь только градиент поля превзошел
известную величину.
Кроме того, сопротивление диэлектрического слоя, отнесенное
ж единице .толщины слоя и к единице его поперечного сечения,
непостоянно при возрастании толщины слоя, и именно есть убывающая
•функция толщины. Вещество этой промежуточной среды, при
различной толщине слоя, получает различную удельную сопротивляемость,
жак будто бы слой различной толщины имел разную
физико-химическую природу. Мало того, пра некоторых определенных толщинах,
некоторые электрические характеристики вещества меняются
прерывно и притом—качественно. При слое безконечно тонком
удельное сопротивление вещества становится бесконечно большим.
б. Формула Гюи. Гюи в іѳіт г. дал формулу силы тока при по-
.добиых обстоятельствах. Из нее явствует, что возможны три вида
взрывного потенциала. Формула Гюи:
а(« —р)
(84) /=// -1
или в другом виде,
.{85)
■р.
а(«—р)
-аа
I—Г.
е —е
■ аа
— аі
ае
— Be
Эти выражения относятся к разряду между двумя параллельными
лластинками, при чем начальный ионизирующий фактор распределен
по всему газу равномерно. І„ есть ток насыщения, соответствующий
начальной ионизации; а расстояние между пластниками; а число
— 132 —
ионизирующих ударов, производимых электроном на пробеге в 1 ens.,
а р число таких же ударов, производимых прп тех же условиях
положительным поном. Формула Ггои показывает, что первый взрывной;
потенциал возникнет при условии
а(« —Й
(56) а — $е , если а>р.
Этот случай наблюдается наиболее часто. Но, независимо от
указанного условия, может быть второй взрывной потенциал, если
(57) <*=В;
тогда
(SS)
Если при этом
(89)
І~І" 1 —па
« = р = 1/а,
ТО
(90) - J'= со,
т. е. ток бесконечно усиливается и потенциал оказывается взрывным:;
второго внда; еслп же а и 3 не равны 1/а, то ток имеет некоторое
конечное значение.
Наконец, знаменатель правой части (S4) обращается в нуль
еще при условии
(91) 2 = ае , Когда f> а.
Это-гтретий взрывной, потенциал. При нем направление разряда
остается тем же. Гюи представляет графически условня этих трех
видов разряда. Он пишет соотношение (S4) в виде
(92) І=І0
аа
е
— а а — «В
ас —ре
За исключением случала —Ѳ, когда J определяется чрез (SS),
знаменатель выражения (92) остается конечным, ибо конечны а и р.
С другой стороны, имеющаяся в знаменателе функция вида
(93) г/ = а-е-ЯІ
наибольшее значение свое
получает при условии
(95) я = —.
ѵ а
а при % = 0 и х=оо сама обращается в нуль. Эта функция
представлена на чертеже (фиг. 49) для двух различных значений
параметра а. Электрический взрыв соответствует трем парам абсцисс:
(96) а,' В' а'>В'; а," В" *" = $"=--; а'",В р'">я'",
— 133 —
шри которых ординаты равны между собой. Если теперь поле между
.двумя пластинками усиливается, то ударно ионизирующими бывают
электроны, и следовательно сперва «op. Но затем р начинает
возрастать до <* = р п далее перегоняет р. Тогда возможны три
-случая:
1°, « = р
происходит после
максимума кривой и,
следовательно,
взрывной потенциал
возможен лишь первого
вида.
2°, «=р
происходит в самом
максимуме,—взрыв
второго вида.
3°, наконец, «=
=z (3 происходит д о
максимума, — это
третий вид взрыва.
Бели
расстояние пластинок
меняется, то
геометрическое место вершин
■семейства кривых у есть прямая, проходящая через начало и точку
(в—1/в, г/=і/ае),где а есть переменный параметр рассматриваемого
-семейства кривых. Это есть прямая
'{97) ' у = ^-х
в
с уголовным коэффициентом і/«. Чем менее расстояние пластинок а
тем далее отстоит вершина кривой и тем бблее максимальная
ордината. Следовательно, меняя расстояние пластинок, можно получить
между ними взрыв любого вида.
Высказанные соображения не зависят от какой-либо частной
гипотезы о том, кй,к именно изменяются зависимости от напряженности поля,
.давления газа и проч. Этими соображениями устанавливаются те
значения градиента потенциала, при которых ток делается бесконечно
сильным; но на самом деле взрыв происходит несколько ранее-.
в. Изменение газовой проводимости от разных условий. Разбираясь
з указанных выше отступлениях тока ионизации от закона Ома,
как в смысле непропорциональности тока электродвижущей с и л е,
гак п в смысле отсутствия обратной пропорциональности тока
толщине слоя вещества, можно составить себе известное
представление и о самых процессах такой проводимости. А именно: повышая
напряжение на электродах, мы сообщаем наличным в среде ионам
асе ббльшия ускорения п следовательно повышаем (при данном их
&.*'/$■
Фиг. 49. Графы-функции ?у=сее , при разных
зпачевпях параметра а (0,9 п 1). Эти кривые пе зависят
от х и Э п опреіелшотся исключительно расстоянием
пластпп а. Максимум тем бблее продвигается к правому
верхнему углу, чем мспее а. Вершипы всех крпвы-с
лежат па прямой ОМ. (По Ш. Э. Гхш).
— 134 —
каждому'из лоследо-
а, во вторых,—кое-
бблыпего начального
пролете, на 'протяжении которого действуют' электрические силы
однородного поля) и кинетическую энергию их. Следовательно, тем
самым увеличивается импульс удара их о встречную молекулу среды.
Средняя величина кинетической энергии электрона есть (£е£, где '©■
сила поля, е заряд электрона, а I средний свободный путь электрона
в газе' при данных условиях. Поэтому, чем больше расстояние
пластинок, тем бблее вероятности молекуле газа быть раздробленной
налетом двигающегося иона, т. е. распасться на ионы,—которые в свой
черед получат в электрическом поле ускорение и станут разрушать
на своем пути встречные молекулы. Их начальная скорость, вообще
говоря, возрастает со скоростью налетевшего иона. Следовательно,,
сила поля сообщает, во первых, ускорение
вательно выбиваемых ионов непосредственно,
венно ведет к тому же, чрез передачу все
импульса.
Возникает, начавшись
ничтожным движением нескольких ионов,
а по теории Ф. Н. Шведова—даже
одного нона, все растующая и
ускоряющаяся ионная лавина; среда
получает все возрастающую готовность
разрушать электрическое поле.
Таково объяснение ионизации
посредством удара, намеченное Дж. Дж.
Томсоном и разработанное_Тоунзек-
дом В 1901—1903 гг."
Ясное дело, возрастание и
ускорение этой лавины нуждается,
во первых, в достаточном пробеге
каждого из ионов, т. е. во времени
действия электрического поля, а во
вторых — в достаточном числе
таких пробегов, последовательно
усиливающих ионизацию
столкновения. Второму условию
благоприятствует, само собою понятно,
увеличение меягду-электродного
расстояния, т. е. длина пути тока, если
только сила поля остается при этом
неизменною; а для этого увеличение
расстояния должно
компенсироваться соответственным возрастанием
разности потенциалов на
электродах. Но то же раздвижение
электродов увеличивает н длину
отдельного пробега. Правда, средняя дли- (По в. Шпату).
а> йг а> і-' ej 0.6 ю ві as yi cnt^
ПЕУПЛСНТРОЯНОС ЯЗ.ССТйЯН/ІЕ
Фиг. 50. Электрическая крепость
воздуха в завис л мости от толщины слал.
о_а_а_о электроды поперечл. 90пив
- — *---*---* « „ 60 „
° °- ° « п 10 „
— 135 —
на ионного пробега не возрастает с удлинением общего пути тока;
но пробеги молекул в веществе различны, и потому на бблыпем пути
больше вероятности встретить и молекулы со сравнительно
большими пробегами. Достаточно даже одной такой, чтобы проце'сс
ионизации чрезвычайно усилился.
Понятна и та связь, которая обнаруживается между
возрастанием этого рода проводимости д факторами, увеличивающими
среднюю длину пути молекул и их кинетическую энергию. Первое
достигается разряя^ением газа, при чем оптимум
проводимости наступает при давлении в 1 mm ртути. А второе—н а г р е в о м
газа (или другой среды). И то и другое ведет, как это известно из опыта,
к быстрому росту проводимости; влияние температуры на проводимость
разреженных газов обследовано в 1922 году на обширном
температурном интервале между—200° и 310° Лаворо Амаддуции. ' С ростом
температуры проводимость газа возрастает; понятное дело, нагрев
прогрессивно ионизируемых сред способствует взаиморазбиенаю
молекул среды и следовательно—возрастанию числа ионов,
переносящих заряд и уничтожающих силовое поле.
г. Сопротивление газа в тонких слоях. Ударно-ионный характер
газовой проводимости побуждает предполагать большие особенности
проводимости, когда слой газа весьма незначителен. Сопротивление
тонких воздушных зазоров с 1901 г. изучалось многократно разными
исследователями; но имеющиеся работы не дали еще достаточно
согласных результатов. Можно сказать лишь, что когда толщина
воздушного слоя менее 3[а, то преодолевающее его напряжение пропорционально
межъэлектродному расстоянию и, далее, зависит от рода металла
электродов, но независимо от газа. При очень тонких слоях,
заполненность промежутка между металлическими электродами воздухом или
пустота между ними дает одну и ту же величину проводимости, при
чем имеет силу закон Ома. В виде примера можно указать, что при
золотых электродах проводимость,—порядка 10~14, а при иридиевых—
порядка ісг15. При межъэлектродном расстоянии 560|ір, в первом
случае, и 280[і.|і—во втором, обнаруживаются следы собственной
проводимости газа.
Новейшая работа по тому же предмету принадлежит Дж. В.
Борну. В 1922 г. он изучал проводимость весьма узких воздушных
зазоров между металлическими электродами, при чем расстояние
электродов определялось оптически. Две оптические поверхности, почти
одной кривизны, помощью катодного распыления были покрыты
золотом, при чем верхняя оставалась полупрозрачного. При тесном
сближении их можно было, по ньютоновским кольцам, определить и
расстояние золотых поверхностей, служивших электродами. При
разностях потенциала 1,5^ 60 V измерялось, наименьшее ^расстояние, при
котором проводимости нельзя было заметить, и наибольшее
расстояние, на котором она еще усматривалась. Эти расстояния содержатся
в пределах между дробью световой волны и несколькими длинами
— 138 —
волны, т.-е. 0,1 [j.~ 10іі. Измерялось также сопротивление разрыва
(промежутка); оно оказалось подчиняющимся закону Ома. Автор
полагает, что проводимость обслуживается частицами, выбрасываемыми из
электродов или носящимися в воздухе.
Все эти явления должны впоследствии послужить пониманию
процессов, происходящих в слоистых, волокнистых, губчатых или
зернистых диэлектриках. Сейчас преждевременно делать из них
непосредственные практические выводы; но ати важные наблюдения
должны направить мысль практиков в сторону изучения структуры
применяемых веществ.
40. Некоторые применения газовой проводимости. Изученная
сравнительно недавно, газовая проводимость чрез ударную ионизацию
расценивалась ранее преимущественно как вредный фактор,
возникающий попутно, но мало применялась преднамеренно. Так, вредное
действие ее сказывается на утечке линий высокого напряжения при
чём особенно страдают от этой утечки линии горные; однако, потери
на корону на деле оказываются меньшими ожидаемых. Так в 1919 г.
была проведена под управлением Г. Г. Баума перуанская линия в
193 километра длиною и на высоте приблизительно 4000 метров, а
местами и 4267 метров. Предполагалось, что потери на корону будут
весьма велики, но исследования Ваума опровергли эти опасения.
Вредною оказывается корона и линейным изоляторам, подготовляя
проводимость смежного воздуха, искажая поле и способствуя
поверхностным разрядам по изолятору, нередко с повреждением поверхности
и пробоем его толщи: то и другое приводит изолятор в негодность.
Кроме того, ионизация воздуха ведет к образованию озона, с
дальнейшим возникновением окислов азота и других разъедающих
органические диэлектрики веществ; так ветшает бумажная изоляция
кабелей [79 а], так утрачивает изоляционную способность чрез
окисление серы—поверхность эбонита и т. д. [44 в].
Правда учитывались и положительные следствия такой
утечки: указывалось, что ею очищается поверхность изолятора от
пыли'и грязи, что утечка служит иногда предохранительным клапаном
перенапряжений. Различные предохранители линий от
перенапряжений (колпаки над изоляторами, кольца, рога и т. д.) сознательно
регулируют этот процесс. А с другой стороны, были также отдельные попытки
дать техническое применение химическим действиям тихого разряда и
воспользоваться им для химического синтеза. Искровой разряд
издавна применялся также, как прием измерения по длине
искры—разности потенциалов,—прием однако весьма мало точный (стттерзіетры).
Но знание законов ударно-ионной проводимости и понимание
механизма ее были слишком недостаточны, чтобы указанные применения
перестали быть разрозненными и между собою не связанными частностями.
Не существовало особой ветви электротехники, имеющей своим
собственным предметом газовую проводимость. Нужно думать, в недалеком
будущем такая ветвь возникнет, поскольку выяснены уже некоторые
— 137 —
физические законы этого рода явлений. Не упоминая сейчас
общеизвестной области пустотных трубок, отметим менее известные
приспособления с использованною газовом проводимостью.
а. Газовый выпрямитель Бешд и Смита. Он изобретен в 1922 г. .В нем
использована необходимость определенного расстояния/чтобы возникла
газовая ионизация. Выпрямитель состоит из пары холодных
электродов, находящихся в газе (водород) при среднем давлении 0,1 mm ртути.
Пропускная способность прибора регулируется постоянным магнитом.
Проводимость газа при среднем давлении очень мала, но она
достаточна, чтобы дать затравку дальнейшей ионизации. Однако эта
затравка действует лишь при достаточном расстоянии между
электродами: когда такового иет, то наличные электроны и ионы падают на
анод, не успевая разбежаться и разбить встречные молекулы. Таким
■образом, ионизации нет, если силовые линии электрического поля
коротки сравнительно со среднею
длиною пути молекул или если они
прерываются твердыми телами,
задерживающими ионы. Поэтому
трубка а (фиг. 61) может проводить,
поскольку некоторые силовые линии
длинны, сравнительно с расстоянием
свободного пути и с межъэлектро-
дным расстоянием пути «; напротив,
трубка 6 (ф и г. 52) этим свойством
обладать не будет, ибо ионы или
будут прямо падать на анод, или задерживаться стенками. Трубка а,
■если электроды вполне чисты, при разности потенциалов в 10 кѴ не
пропустит и одного микроампера. Но стоит поместить ее в магнитное
Ф п г. 51. Схематическое изображение
газового выпрямителя Быпл н Слита.
■І'и г. 52. Схема, поясняющая значение сосуда в газовом вьшря.чптедс Беша и Смита.
поле, перпендикулярное к ее электрическому полю, как траэктории
немногих наличных ионов искривятся и удлинятся; при определенпоы
напряжении поля, проводимость трубки внезапно возрастает от
возникшей ионной лавпны. Это критическое напряжение магнитного
поля $з определяется из соотношения,
(9S)
гауссов,
где {£ есть градиент электрического поля в вольтах на сантиметр,
— 188 —
а а межъэлектродное расстояние в сантиметрах. Как только магнитное
поле достигло этой величины, трубка внезапно делается проводящею.
В частности, этим явлением можно воспользоваться для выпрямления
переменного тока: в один полупериод волны трубка будет
проводящею, а в другой — нет, смотря по направлению движущихся в
магнитном поле ионов, в одном случае вытягиваемых из межъэлектрод-
ного пространства, а в другом—туда вталкиваемых.
Подобные выпрямители конструируются также из
коаксиальных цилиндров, служащих электродами; такая трубка делается
проводящею в аксиальном поле. Критические напряжения поля в
обоих направлениях обратно пропорциональны диаметрам цилиндров:
Трубка с цилиндрическими электродами, пронизываемая постоянным
аксиальным полем, с промеягуточным между этими двумя значениями
напряжением, будет проводить ток в одном направлении и не
проводить его в другом. Это—один из простейших выпрямителей.
Что касается технических подробностей, то в этих
выпрямителях удачно применяются одноатомные инертные газы, преимущественно
гелий, как слабо действующий химически и дающий малое падение
потенциала; электроды же применяются алюминиевые, как
наименее распыляемые (ряд возрастающей катодной распыляемое™, по
Колыпюттеру, Тппдлллю и Хюгсу есть: магнпй, алюминий, железо,
никель, медь, радий, сурьма, иридий, палладий, платина, серебро, золото).
Падение потенциалов в трубке—около 150 V. Вследствие газовой
теплопроводности электроды достаточно охлаждаются сами собой; это
обстоятельство удлиняет, конечно, срок службы выпрямителя. Так, трубка
17,S mm длины пропускает 230 mA постоянного тока,причем электроды
не нагреваются до темно-красного каления. Подаваемая мощность
зависит от напряжения; при 4000 V ток в 250 тА дает 1 к\Ѵ. Но
чрез подобную трубку в течение короткого времени можно пропускать
ток и в несколько амперов. В 1923 г. изобретатели построили трубкп,
выдерживающие напряжение в 10 кѴ при меясьэлектродном расстоянии
в 1 mm. Один из электродов делается продырявленным в основании.
Чтобы воспрепятствовать поглощению газа, в трубку помещается
плавящееся вещество, или же электроды делаются пористые, из угля.
б. Разряд при высоких напряжениях. Различные зависимости,
характеризующие разряд, были установлены Пиком около десяти лет
тому назад и вновь проверены на больших напряжениях в последнее
время. Прежде чем говорить о них, напомним некоторые формулы
электростатики, определяющие силу поля в зависимости от
геометрических уеловий.
С уменьшением поперечника провода, градиент на поверхности
его, как известно, возрастает. Если проволока окружена
коаксиальным проводящим цилиндром, то сила поля @".
— 139 —
М 1
где М есть весь заряд, равномерно распределенный по проволоке
длиною I, а г расстояние данной точки от проволоки. Или еще
{101} (£= Ѵ д ,
flog- ■
где R радиус цилиндра, р радиус проволоки, г расстояние данной
точки от оси проволоки, а V напряжение проволоки относительно
цилиндра. Если теперь имеются две параллельные проволоки одного
радиуса, отстоящие друг от друга на Д то
(102) <§, = -^—д*
2r]og—
Р
где р есть радиус круга, равновеликого двум сечениям 'проволок
вместе.
При трех параллельных проволоках, расположенных
трехугольником или в одной плоскости и отстоящих друг от друга на D:
(103) & = -—
/3 г log —
Обращаемая теперь к условиям коронообразования. Уайтхед,
внимательно изучавший эти условия, нашел критическое напряжение
коронирования в 63 V: ст. Пик дал формулу образования короны:
(104) (£,=^3 + -B\/f
или
(Юо) <& = Аъ(і + у^
и
©ч есть критический градиент на поверхности коронпрующего стержня,
(107) '^^""-іГ
г log —
В приведенных формулах d есть диаметр проводника, 3 фактор
зависящий от плотности-газа:
3,92 и
(108) • ° = Ш+І'
где $ давление в сантиметрах ртути (при 76 cm давления и 25°
температуры. 3=1), А и В постоянные, различные при напряжениях
положительном, отрицательном и переменном.
— 140 —
Улйтхэд и Броун в 1917 г. проверили эту формулу на
проволоках разных диаметров (0,074 em ~ 0,231 cm) и при различных
напряжениях; коэффициенты Л и Б в разных случаях оказались такими:
(109) переметши гон Ѵ (£ —33,7 о-}-12,6
(110) постоянный ток, положительное направленно: |^=^ 33,7 ЗЦ- 11,5
/у
(111) постоянный ток, отрицательное напряжение: Qj= 31,02 34-13,51/ -=-
Корона образуется вокруг проволоки внезапно, при вполне
определенном напряжении. На проволоках испытанных калибров корона
появляется при положительном заряде проволоки легче, чем при
отрицательном, причем наибольший избыток отрицательного
напряжения над положительным был 6,3%. Постоянное отрицательное на\
пряжение дает результаты почти те же, что и напряжение
переменное. По мере [возрастания диаметра проволоки, кривые коронного
напряжения, положительного и отрицательного, сближаются между
собою. Результаты этих изысканий согласуются с теорией вторичной
ионизации, предложенной Тоунсендом.—Все эти явления подвергнуты
в новейшее время более точным обследованиям при помощи коронного
вольтметра.
в. Коронный вольтметр. Свои исследования коронообразования на
проволоках Улптхед, в соотрудничестве с Дж. Гопкинсом и Т. Исшикн,
применил в 1917, 1919 и 1922 гг. к построению коронного вольтметра,
называемого также vollmetre йе сгёіе. Этот прибор измеряет мгновенные
максимальные значения высоких переменных напряжении. Он основан
на вполне отчетливом появлении коронного эффекта около чистой
проволоки, при определенном напряжении, стоящем в простой
зависимости от плотности атмосферы, в которую погружена проволока. Прибор
состоит в принципе из стержня, вокруг которого образуется корона,
внешнего коаксиального цилиндра, представляющего другой электрод,
и приспособления, которым можно точно определять начало
коронообразования. В цилиндре давление воздуха может изменяться по
произволу. Размеры прибора таковы: высота 299 em, внешний
диаметр 55,9 cm, диаметр электрода 24,67 cm, длина его 60,95 ст. Этот
электрод по всей длине снабжен рядом отверстий, около 9 mm
поперечником каждое. Центральные стержни, числом одиннадцать, — из
' стали и никелированы; поперечники их различны, 0,1038 cm <-v. 1,2665 cm;
стержни легко сменяются. Стекло позволяет видеть корону, а
отверстия герметически закрываются сдвижными крышками и допускают
необходимые манипуляции.
Этот вольтметр применяется двояко: или со сменою стержней,
или при изменении внутреннего давления. Он представляет вторичный
эталон напряжения, гораздо более надежный, нежели шаровой раз-
/і
VI
— 141 —
рядник, трансформатор напряжения и другие приемы, предлагавшиеся
доныне. С этим именно прибором были вновь проделаны
исследования над короною, до 150 кѴ. Подтвердилось, что общий характер
зависимости критического градиента от плотности газа к поперечника
центрального электрода—один и тот же при положительном и
отрицательном короно'образовании, но коэффициенты А и В различны, и
притом графы зависимости между собою пересекаются, в точке с
ординатою _^ и абциссою . При значении абсцисс
о ybr
(112) -—L=-= 2,295
у or
ординаты равны, т. е. полояштельная и отрицательная корона
возникают при одном и том же отношении критического градиента
плотности воздуха =^-. Ниже этой абсциссы возникает сперва
отрицательная корона, а выше—положительная. Следовательно, закон
легчайшего свечения представляется ломаною под очень тупым углом
линиею. Зависимость эта выражается согласно излагаемой работе
1922 г. так:
Показания коронного вольтметра зависят только от его размеров-
Устройство аппарата просто, и работа с ним не сложна. Авторы
указывают его преимущества: 1°, независимость прибора от внешних
Ф и г. 5S. Прнпплш устройства короппогс вольтметра с коп и чески и стержпех.
Отверстия н цилиндрической оболочке служат наблюдению коропы.;^
электростатических полей; 2е, точность его показаний до 0,5%; 3°,
ненужность манипуляций с цепью высокого напряжения; 4°,
ненадобность затрачивать на прибор энергию; 5°, возможность изменять
напряжение одним непрерывным процессом; 6°, безопасность прибора,
поскольку наибольшая часть его заземлена; 7°, устойчивость
постоянных приборов; S0, сравнительная негромоздкость его,—небольшая
модель допускает измерения до 150 кѴ и, кроме того, строится модель
на 300 кѴ.
В дополнение к сказанному можно было бы предложить еще
один новый вид того же прибора, а именно—с коническим цент-
— 142 —
ральным стержнем (ф и г. 53). Тогда градиент в различных местах
стержня будет различен, и следовательно корона будет обволакивать
электрод на некотором протяжении, начиная от узкого конца и. до
того места, где градиент делается ниже критического. По
протяжению короны может быть определен и потенциал электрода в
отношении к заземленному цилиндру.
г. Весьма высокие напряжения. Б 192Х г. в Питтсфильде, на
заводах Всеобщей Компании Электричества, был установлен
трансформатор мощностью на 1000 кѴА, при 60 периодах в секунду и с
напряжением до 1000 кѴ, т. е. один миллион вольтов. Затем была
организована и специальная лаборатория сверх-высоких напряжении.
В ней были проверены формулы разряда, установленные на
напряжениях сравнительно низких. Точность наблюдений была 5%. Оказалось:
В игольчатом разряднике зависимость между разрядным
напряжением и разрядным расстоянием, при напряжениях 175 ~ 1000 кѴ,
выражается линейно:
(114) ' F=10-j-3,67ft
где Fразрядное напряжение в эффективных киловольтах, h разрядное
расстояние в сантиметрах; при этом зависимость не ^ меняется при
заземлении или пзолировке одного полюса разрядника.
В шаровом разряднике, с изолированными шарами 75 cm
поперечником, результаты удовлетворили формулам шарового разрядника
при меньших напряжениях, но, при заземлении одного из шаров,
поперечники их оказались слишком малыми, когда напряжение
близилось к 1000 кѴ, и потому наблюдения оказались менее точными.
На цилиндрическом проводе коронное напряжение
удовлетворяло формуле
(іі5) (^гід.^гзЛ+^Ші^А.
Тут коронное напряжение между проволокою и нейтралью
выражается в киловольтах. m,t есть коэффициент гладкости провода; ои
равен 1 для провода сплошного и представляется дробным числом для
провода скрученного, г радиус провода, в см., h расстояние между
проводами, а фактор плотности воздуха найден по прежнему (108)
273-fi
41. Проводимость изоляционных веществ. Первоначальное
понятие о проводимости изоляционных материалов возникло из
объединения в один класс различных веществ, у которых при комнатной
температуре удельная проводимость весьма мала и следовательно
удельное сопротивление велико. Вот табличка сопротивлений при
температуре в 22° данная Куртисом :
— 143 —
Вещество
Удельное
сопротивление
в Q; сш3
Вещество
Уделыгое
сонротп-
вяспяе
в Q: cm3
пшфер '.
слоновая кость
фибра
ореховое дерево иараффн-
піфовавпос
красное дерево (махаго-
шіевое) параф фтшровап-
поо
кварц || оси ......
квард X осп
воск
фарфор
сургучиьш лак
1.10S
2.108
1.10»
1.101»
4.101»
1.10"
2.10"
1.10"
3.10'«
1.101й
целлулоид • • -
галЪ.шт ....
клеповое дерево
тюрішгское стекло
стаОп.тит ....
гаоллак ....
парцффпп, . . .
амйропі ....
кап пф ол р. ...
сера
эбоішт
квардевое стекло
нерсзші ....
2.10'»
2.10'»
3.10'»
1.10»
3.10"
І.ІОЮ
1.101В
5.10"
5.10ів
1.10"
1.101S
5.101*
> 5.101S
Кроме малой проводимости, изоляционные вещества
характеризуются быстрым возрастанием ее с температурою.
Но указанных двух признаков далеко еще недостаточно, чтобы
считать эти и другие подобные вещества непременно родственными
по физическому процессу электропроводности. Неоднократно ставился
вопрос о том, к какому именно из типов проводников относятся
диэлектрики твердые, жидкие и газовые, при чем различные
последователи отвечали на него по разному. Вопрос этот ие может считаться
решенным, — не только по недостатку опытных исследований и
теоретических обоснований, но и в силу сложности самого
явления, совмещающего в себе различные процессы
проводимости и4 притом, у различных диэлектриков, — с
преобладанием того или другого процесса токопроведения.
Если в жидком или газовом диэлектрике взвешены мелкие
частицы другого вещества, то, как показывает прямой опыт и как это
естественно ждать в силу закона Кё'на, часть проводимости—э л е к т р о-
сыотического характера. Дым, пыль, водяной,туман — таковы
обычные переносители зарядов в воздухе. Результатом такого
переноса бывает, как известно, очищение атмосферы от этой замутнен-
ностп и осаждение мути на электродах, чем пользуется практика,
например общественная и фабричная гигиена, а в некоторых случаях
также производство (обеспыление, [34]). Б жидких диэлектриках
такими переносителями зарядов бывают твердые частицы, мелкие
капельки других жидкостей, подмешанных к диэлектрику, и пузырьки
газов. Но, повидимоыу, не невозможен конвекционный ток,
переносимый материальными частицами и в диэлектрических средах чистых:
так называемый электрический: ветер из острпй и действие фрап-
клинового колеса—свидетельство тому. Электрический ветер обна-
— 1-1-1 —
ружен и в электрических жидкостях, Электросмотические и элек-
трофоретические процессы мыслимы и в твердых диэлектриках, когда
эти последние имеют каналы, наполненные газом или жидкостью, или
же когда твердое тело есть на самом деле жидкость большой вязкостж
в роде вара.
На ряду с электросмосом, притом двух видов, в диэлектриках
твердых, жидких и газовых бывает и конвекция ионная,
электролитического характера; но заметна она преимущественно в
жидкостях. Некоторые диэлектрики в расплавленном виде подвергаются
весьма сильному электролизу. Наиболее характерно он обнаружен в
силикатах. Нагретое до 300е стекло, по Влрбургу и Тегетмейеру
(1884, 1SS7 гг.), будучи помещено между ртутными электродами,
выделяет на одном из них металлический натрий, при чем сила тока
падает; если же вместо чистой ртути взять на аноде натриевую
амальгаму, то сила тока остается неизменною. Иначе говоря, кремнекислый
натр NajSiOj разлагается, и стекло, обеднев этим электролитом,
делается менее проводящим; еслп же запас электролита пополнять,
вводя в стекло новые натроны, то состав стекла остается неизменным.
Быесто натрия, можно вводить в стекло, по исследованиям Гейдвел-
лерл, Копфермлнл в 1910 г. и Шульцл в 1913 г., другие металлы:
серебро, кобальт, висмут, свинец, олово, железо, медь и проч., причем
сопротивление стекла вообще возрастает,.и только литий и серебро
понижают его. В стекле растворяются таким образом все аноды,,
кроме платинового, угольного и металлоокисного.
Подобна же проводимости стекла и проводимость горного
хрусталя, как выяснили Влрбург и ТегетмеЙер (1SS7, 1S90 гг.);.
тут тоже совершается перенос натрия.
По исследованию Глеерл, Риффл и Фогтл (1908 г.),
электролитического же характера проводимость фарфора; при более низких
температурах тут обслуживают токо-проведение щелочные
элементы, а при более высоких—также силикаты алюминия. По
наблюдениям Піульце в 1914 и 1919 гг., аналогична проводимость иерму-
т и т а,—искусственного цеолита: (Si03)3 N% А13 (ОН,)3 -|-ЗН,0; он
применяется в технике при очистке котельной воды. Вводя электролизом
вместо натрия—серебро, проводимость пермутита можно понизить от
6,5.Ю-4, при температуре 20°, до 4,5.Ю-1; а температурный
коэффициент изменяется при таком замещении от 0,041 до 0,0-15. Другие
твердые соли тоже обнаруживают при высокой температуре, еще
весьма далекой до точки плавления, проводимость электролитическую;,
в частности, таковы галоидные соединения серебра, бария и прочее.
Л. Гольборн склонен считать проводимость всех изоляционных
веществ, например перечисленных в табличке Куртиса,
электролитическою.
Можно ли предполагать у газообразных и жидких диэлектриков
также и конвекцию улектронную, т. е. металлоир.оводиост ь,—
остается нерешенным. -Но что касается до проводимости чрез удар-
ну ю іонізацію, то она имеет в диэлектриках вообще большое
значение, особенно при высоких градиентах, т. е. при близости к
пробою. Возбуждение искусственной ионизации, например помощью J3-,
и у - лучей радия и других возбудителей, в газовых и жпдких
диэлектриках, термионизация накаленных металлов и фотоионизация
металлов и других тел, а равно и другие деятели, повышают
проводимость газовых и жидких сред. При этом ток возрастает быстрее,
нежели электродвижущая сила и обратная величина межьэлектрод-
ного расстояния.
Прохождение тока через жидкие диэлектрики несколько
разъяснено в 1923 г. работою В. Д. Кузнецова. Он исходил из мысли об
аналогичности электрического тока в жидких диэлектриках—току
ионизированных газов. Отсюда следовала возможность накапливания
анионов у катода и катионов у анода, т.-е. возможность возникнуть
положительной объемной плотности у катода и отрицательной—у
анода. Когда же внешнее поле перестанет действовать, накопленные
ионы дадут обратный ток. Это и есть явление остаточного заряда-
Таким образом, нужно ждать нелинейного распределения
потенциала между плоскими электродами конденсатора с
жидким диэлектриком. Опыты действительно показали неравномерное
распределение потенциала в диэлектрике, особенно при токе
насыщения. Исследованы: касторовое масло, толуол, терпентин
технический, очищенная нефть (ректификат] и жидкий вазелин, причем
кривые потенциала, особенно в последнем случае, когда поле было близко
к пробойному, оказались весьма сходными с таковыми же для газов
полученных Зеленовым в 1S9S г. и Чайльдом в 1S9S г. Таким
образом, в жидких диэлектриках электропроводность,- если не сполна,
то хотя частью, действительно имеет газовый характер.
В газах преобладает либо конвекция материальными
частицами, либо ток ионной лавины.
В жидкостях возможно преобладание каждого из четырех
видов проводимости. Жидкий параффин или вазелиновое масло со
взвешенными в них древесными опилками—прпмер электросмоса,
разведенная серная кислота—пример электролиза, ртуть—пример
проводимости металлической, а весьма чистое трансформаторное масло в
сильном поле—пример ионизации ударной.
В твердых диэлектриках конвекция материальными
частицами либо невозможна, либо значительно затруднена; но остальные
три вида проводимости встречаются все, как совместно, так и
каждый отдельно в сравнительно чпстом виде. В диэлектриках весьма
малой проводимости перенос электрических зарядов совершается
преимущественно либо электролитически, либо по типу проводимости
ударно-ионпзационной. Так, многие окислы металлов,
обладая при обыкновенных температурах проводимостью весьма малою,
быстро повышают ее с ростом температуры. Например L и з в е с т ь,
П. Флоренский,—Диэлектрикн. 10
— 146 —
непроводник при обычной температуре, имеет удельное
сопротивление при 490° в 7,25.108, а при 1193° — в 9,67.103; окись, бария
при 34° имеет ту же характеристику в 1.10", а при 224°—в 22,7;
таковы же окислы редких металлов. Штифтик лампы Нернста из смеси
подобных окислов имеет, при комнатной температуре, сопротивление
во много мегомов, а при белом калении—только 220 2. Этот характер
изменения проводимости с температурою уже указывает на
неметаллический характер проводимости; действительно, тут принимает
участие электролиз.
IV. Поверхностная электропроводность..
42. Общее понятие о поверхностной электропроводности. Наряду
с электропроводностью в толще вещества и соответствующего
объемного сопротивления, различается утечка по самой поверхности
диэлектрика и, соответственно, поверхностная электропроводность его.
Процессы электропроводности объемной и электропроводности
поверхностной имеют не только различный порядок величин, но и глубоко
различны по своему механизму. Когда обсуждаются хорошие
проводники значительной толщи, поверхностная проводимость практически
может быть пренебрегаема; но когда эта толща делается ничтожною,
или при ничтожности удельной объемной проводимости диэлектрика,
■поверхностная проводимость делается преобладающею. В некоторых
■случаях проводимость объемная может быть даже пренебрегаем а,
например при влажной поверхности изолятора.
Своеобразная природа поверхностной проводимости мало
сказывается, когда величина поверхности мала сравнительно с объемом
вещества, заключенного внутри' ее. Чем бблее линейные размеры тела
•(когда все три размера—одного. порядка), тем менее сказывается
всяческое влияние поверхности, в том числе—и поверхностной
проводимости. Е пределе, делая тело безконечно-болыпим по всем трем
измерениям, мы вполне аннулировали бы поверхностный эффект
несмотря на бесконечно-большую величину поверхности; такое тело
можно было бы рассматривать просто как сплошную безконечную
•среду, в которой самый вопрос о поверхностном эффекте не имел
■бы смысла. Напротив, уменьшение линейных размеров тела, всех
трех, или хотя двух или одного из них, делает поверхностный эффект
все более заметным, тогда как объемное действие вещества
соответственно скрадывается. Трудность исследования поверхностных
действий и, вообще, тот глубокий мрак, в котором пребывают до сих
пор свойства поверхности тел, быть может, в значительной мере
происходят от невнимания исследователей к телам малых размеро в—
порошкам, нитям, пленкам. Между тем, на границе разделения двух
■сред возникают явления и процессы, качественно отличные от
происходящих в самом объеме взщества: этс—новый физический
чир. А так как физическое взаимодейсівие в природе происходит
— 148 —
главным образом через поверхность теп, путем ли поглощения ею
притекающей энергии, силовых потоков и электронных налетов, или при
непосредственном соприкосновении двух тел, то свойства поверхности:
никак не могут считаться второстепенными, а во
многих случаях они вполне определяют весь ход
физического явления. Нужно ли, например, напоминать о капиллярности
и о поверхностном натяжении тел, не только жидких, но и твердых?'
Или—об оптических особенностях тонких металлических пленок?'
Или—о теплопроводности порошков и пленочных стопках, где
теплопроводность уже перестает быть свойством аддитивным? И т. д. и
т. д. Точно так же, и электрические свойства вещества, коль,
скоро поверхность велика сравнительно с объемом вещества,
отличаются своеобразием. Тут поверхностный эффект выступает в полной
ясности. К этому разряду явлений относится и поверхностная
проводимость.
Величина поверхностной проводимости весьма. изменчива, в
зависимости от природы вещества и окружающей его среды, способа-
обработки этой поверхности, физических и химических условий, в,
которых находится эта поверхность и прилегающая к ней
окружающая среда. Вероятно вследствие прихотливости процессов
поверхностного электропроведения, они почти не изучались, и даже в
обширных курсах физики и, специально, в курсах электричества об
этігх явлениях или не говорится ничего, или даются лишь
отрывочные замечания.
Установка понятия о поверхностной электропроводности сделана
в І913 г. Союзом Немецких Электротехников на основании доклада.
Комиссии по Изоляционным Веществам, работавшей в 1912—1913 гг.
Поверхностная электропроводность определяется здесь как
проводимость плоской поверхности вещества в 10 cm
шириною и 1 ста длиною, между параллельными
электродами-остриями, поставленными перпендикулярно к
испытуемой поверхности и поддерживаемыми под
электрическою разностью в 1000 V. При этом, Союзом предписано
испытывать вещества при нижеследующих четырех условиях: 1°, в
доставленном с фабрики состоянии, но после полировки поверхности;
2°, после 24-х часового нахождения вещества в воде; 3°, после
трехнедельного действия 25%-шш: серной кислоты; и 4°, после
трехнедельного действия аммиачного пара.
Для измерения поверхностной проводимости; на пластинке
испытуемого вещества ставятся в расстоянии l cm друг от друга два
прямые, в 10 cm длиною, электрода; форма их должна быть клином,
с ребром обращеннымФвниз (фиг. 54 и фиг. 55). Эти электроды, при
помощи гуммиарабика склеиваются станиолем. Иногда применяются
электроды, представляющие собою клинья латунные, с тем
расчетом, чтобы они несколько врезывались в поверхность испытуемого
вещества. Но при значительной твердости многих диэлектриков и
— 149 —
затруднительности отшлифовать их вполне плоско, латунные
электроды едва ли дают надежное прикосновение по всей длине, тогда
как сравнительно мягкая станиоль может легче приспособиться к
.поверхностным неровностям.
Сечение AS | '|
Сеѵеини С-Д
Лагуні в
Эеонит s
Латунь
ищ»
і ^Резина
-юо-
7-r_t-f і
А--
■-Ф-
__.4
в$
8
■Фп'г. 5J. Пдаіфі раерезн прибора для намерения поверхлоетпоіі проводимости диэлектриков.
Прттбор нормализовав Союзом Гермапскнх Электротехников в 1913 г. и спова в 1922 году.
Приложенная к электродам разнорть, как указано выше,
требуется в 1000 V. Сила тока измеряется непосредственным
отклонением гальванометра, чувствительность какового должна быть по
^ЯЬВЯНВМГ,
Іічуя
}іИР"
Зеыпя
Ф и ѵ. 55- Схема установки для намерения повврхпостноіі нроводпмостп диэлектриков.
Нормализована Союзом Германских Электротехников в 1913 г, и снова в 1922 году.
меньшей мере ю-3 А на 1 mm отклонения зайчика, при 1 m
расстояния шкалы.
Таким образом, измеряемая величина весьма ничтожна, п потому
шриходптся считаться с утечками тока по изолирующей поверхности
— 150 —
самого прибора, имеющими тот же порядок величины, чтб п ток по*
поверхности испытуемого диэлектрика, а также с необходимо
возникающими токами объемной проводимости. Но в эти последние может быть-
внесена поправка из теоретического подсчета; что же касается до-
тока утечки в самом приборе, то тут ошігбка может быть ослаблена
путем возможного увеличения измеряемого количества и возможиого-
уменыпенпя утечки. То и другое будет достигнуто, если поместить,
на поверхности диэлектрика ряд параллельных ножей-электродов,,
поочередно сообщенных с положительными л с отрицательными полго-
Ф п г. 56. Схематн чески ІІ вид прибора Д. А. Флоропского для испытания поверхностной
проводимости диэлектриков. Прибор дает возможность увеличить измеряемую величину п,.
кроме того, устранить поверхностную утечку в пзолядпп самого прибора. Пластины должны:
быть массивные металлические, воэможво тяжелые, а острая — пз мягкой реэвпы, оклеенной.
станиолем нлн посеребренной.
самп и вовсе не скреплять их между собою (фиг. 56).
Приспособление такого рода строится, но еще не попытано в действии.
Поверхностное сопротивление веществ, как сказано, весьма
меняется с состоянием влажности; по Деыуту, наибольшею устойчив остыо
в этом отношении отличается специальный электротехнический
фарфор, а плавленный кварц оказался вполне негигроскоппчныы.
Несколько числовых данных удельного поверхностного сопротивления;
приводятся далее [45].
Что касается до физической основы обсуждаемых процессов,,
то поверхность тела обладает своеобразною проводимостью по разным
причинам. П е р в а я из нпх—это электросмотические и электрофорети-
ческие процессы возле этой поверхности; вторая—это особое
состояние самого вещества возле поверхности, как со стороны физической
—всегда (поверхностное натяжение, поверхностная плотность,
поверхностная анизотропность п т. д.), так и, весьма нередко,—со сторонік
— 151 —
химической (поверхностное окисление, выветривание и т. д.);
наконец, в третьих, необходимо учитывать везде особое состояние
поверхности рассматриваемого тела и среды, его окружающей
(адсорбция, выпадение коллоидов, фотоэлектрический и термионный
аффекты и т. д.)- Рассмотрим бегло эти факторы чрезвычайно
сложного процесса поверхностной проводимости порознь.
43. Электросиотическая основа поверхностного элентро проведения.
Теоретически некоторые соображения о поверхностной проводимости
высказал Смолуховский (1903, 1905 гг.), основывающийся на Гельм-
гольце-Ламбовской теории электросмотических явлений (см. [52]).
Суть его мысли: если вдоль стенки возникает
конвективный ток, то он должен накладываться на ток
проводимости. Предполагаем, что самостоятельного течения жидкостей
вдоль стенки не имеется; мы можем сказать тогда, что
конвективный ток вдоль поверхности на единицу ширины
равен произведению поверхностной плотности
электричества в двойном слое на скорость переноса этого
заряда конвекцией:
(1І7) /„„,,:= электрическая шотпость X скорость.
* Электрическая плотность двойного слоя равна е (F> — Уп) :4т!і
где /і толщина двойного слоя. А скорость конвекции равна этой же
плотности, помноженной на падение потенциала внешнего поля в
дФ ~"
направлении поверхности -;— и деленной на коэффициент вязкости
ЖИДКОСТИ !?.
Поэтому, в итоге
а отношение этого тока поверхностной конвективнцой проводимости
к току омической проводимости по' самой толще жидкости будет
тл ІП0РСр_ I Ге(7>— Уп) у SP
где Q сечение трубки, a S ее объем. Если потенциал Ф внешнего
поля распределен линейно, то занимающее нас отношение есть
1л**2_ _ Я° \_±£Гі~ Ѵ„) -у *
опутр
а для более сложных случаев дается особая интегральная формула :;:.
Если омическая проводимость жидкости весьма мала, так что р
велико, и при этом хотя бы один линейный размер жидкости
значительно превосходит прочие, так что отношение S:Q велико, то, как
показывает (120), и отношение тока конвекции к току проводимости
может стать весьма значительным. Это значит, что явления
поверхностной проводимости могут быть весьма заметными, коль скоро
(1<>Q) £^!£_ — Аі \.
— 152 —
значительно возрастет поверхность соприкосновения двух
дисперсных фаз. Чтобы более наглядно представить себе, как быстро
возрастает поверхность фазы, дадігы табличку:
Возрастите поверхности кубика ир
десятикратной намельчейш
Ддппа ребра.
1 cm
1 mm
од „
0.01 „
1 г
0,1 „
0,01 „
1 it;t
ОД .
0,01 „
0,001 „
Число кубиков.
"1
1СР
10е
10Э
10«
10«
10«
іоаі
10!"
10"
Юм
и последовательном
вещества.
Обшдя поверхность.
6 cm'
60 „
600 „
6000 „
6 m*
60 „
600 „
6000 „
60 000 „
600000 „
6 km'
Итак, плотный кубик угля с ребром в 1 em, раздробленный
приблизительно до границы микроскопической видимости, дал бы
общую поверхность около 60 квадратных метров, а при
коллоидном раздроблении эта поверхность доходила бы до 600 квадратных
метров. Вольфганг Оствальд отмечает: сахарозаводчик, покупающий
для осветления сахара 1 m 3 костяного угля, получает за свои
деньги адеорбігрущщую поверхность в шесть миллионов квадратных
метров, если поперечник угольных зернышек будет і mm, нв 6
квадратных километров, при зернышках в і [>.. Какова же будет
поверхность при коллоидной изыельченности угля! Вполне понятно,
таким образом, огромное значение поверхностной проводимости, если
бы даже она зависела от одной только конвекции, при измельчении
вещества или при каком-либо ином способе увеличения его поверхности
(надо помнить однако, что не только измельчение ведет сюда).
Изучая проводимость жидкостей с одним и тем же
непроводящим порошком, можно вычислить и толщину двойного слоя. Шток
в 1S12 г. дал таблицу ряда относящихся сюда величин, измерив
проводимость нитро бензола с кварцевым порошком различных
степеней измельчения. Поясним обозначения: »■ радиус кварцевого
зернышка; [iz=Ioa:I0 есть отношение объемных проводимостей
жидкостей с кварцевым порошком п без него; y = (І„ы -(- 7„й): 10 отноше-
— 153 —
нпе полной проводимости жидкости, при наличии в ней кварцевого
порошка, к проводимости ее же—без порошка; р удельное
сопротивление жидкости, aft толщина двойного слоя, вычисленная Штоком. Итак:
г
0,013
0,00065
0,0001
Р
0,2S
0,33
0,40
Т
0,47
Г 1,69
1 4,95
J 8,32
t 18,23
p. 10 -i
3,16
f 2,98
t 10.0
( 4,29
I 10,1 '
h. 101 cm
1,7
f 4,7
I 4,3
j 7,2
I 7,4
Применяя тончайший кварцевый порошок, можно было в 20 раз
повысить проводимость жидкости,—результат вполне неожиданный
на обычный взгляд, потому что проводимость кварца самого по себе
практически равна нулю, и прибавление кварцевого порошка к
жпдкости повидимому должно было бы уменьшить ее проводимость,
но никак не увеличить. При более грубых порошках, эффект этот
гораздо менее, а толщина двойного слоя 4,5.10-'cm, по наиболее
вероятному расчету. Вторичная работа Штока в 1913 г. с кварцевым
песком, падавшим через нитробензол, подтвердила прежние
результаты. Разность потенциалов двойного слоя оценена тут в 0,053 V, а
толщина его—в 4,5.10 ~7 cm.
Электрофорез взвешенных частиц действует так же, как и
электросмос: проводимость достаточно тонко-дисперсной эмульсии
и суспензии должна быть бблыпею, нежели проводимость чистог.о
растворителя, хотя бы суспендированное вещество и обладало, само
по себе, малого проводимостью. Подобным образом можно думать, что
проводимость коллоидных растворов повышается, сравнительно с
чистою водою. Это подтверждено вышеупомянутыми исследованиями
Штока. Что касается других исследовании, то они производились с
коллоидными металлами, главным образом с золотом, при чем
оказалось затруднительным вполне исключить, как это показали Уитней
и Влэк>в 1904 г., следы электролита. Поэтому остается неясным,
чему именно надлежит приписать прирост электропроводности в
этих случаях. Но необходимо учитывать вероятную неприложимость
к металлам обоих правил Кона, а потому ставится под сомнение и
применимость к металлам теории электросмоса.
Тут говорилось преимущественно о веществах измельченных. Но,
как указано, измельчение не есть единственный способ увеличить
поверхность раздела двух сред. Поэтому, с сответственными изменениями
все сказанное относится и ко всем случаям, когда поверхность раздела
становится весьма значительною вследствие каких бы-то на было
причин [44].
— 154 —
44. Поверхностное состояние вещества. Как сказано, при этих
рассуждениях недостаточно ограничиваться только двойным
электрическим елоем. _ Самая поверхность тела, т.е. ближайший к
поверхности слой его, имеет своеобразный вещественный характер и
проводить должна иначе, чем весь объем тела. По мере того, как объем
уменьшается сравнительно с поверхностью, особенности
электрических процессов в этом поверхностном слое должны проявить себя
более заметно. Но конкретных исследований этого поверхностного
слоя имеется пока очень немного.
Дисперсное состояние вещества вообще существенно
характеризуется повышенным поверхностным эффектом; чем выше степень
дисперсности, тем более обнаруживаются особые процессы,
возникающие на границе соприкосновения двух фаз. При этом, такие процессы
могут быть значительными количественно, чрезвычайно
усиливаясь сравнительно с обычным поверхностным эффектом вещества не
дисперсного;' но они могут также, достигнув известной
интенсивности, получить и качественно новый характер. Так, струя
водорода воспламеняется при губчатости платины, тогда как
полированная платина ее не зажжет.
Однако, было бы ошибкою приписывать высокую дисперсность
только веществу, раздробленному на зерна или даже на нити или
пластинки. Высокая дисперсность может быть свойственна веществу
и тогда, когда масса его не раздроблена, а поверхность
представляется весьма незначительною. Мыслимы поверхности вполне гладкие,
и притом не только на невооруженный взгляд, но и
микроскопическому зрению, даже ультра-микроскопическому исследованию
представляющиеся таковыми; мало того, эти поверхности могут представляться
при мысленном опыте гладкими-и в пределе—отвлеченно
мысленному методу исследования, сколь угодно большой остроты. И однако,
это не помешает им иметь площадь вовсе не равную таковой же
согласно обычной ее оценке, или даже превосходящую величину сколь
угодно большую. А если так, то гладкая и небольшая, повидимому,
поверхность может оказать скольу годно большой поверхностный эффект.
Ходячее представление о величине поверхности — как о
пределе поверхности вписанного многогранника, когда■
грани его, беспредельно возрастая в числе, становятся беспредельно
малыми по евоей площади. По Ж. А. Серрэ: „Пусть имеется часть
кривой поверхности, ограниченной контуром С; мы будем называть
плогцадъю этой поверхности предел S, к которому стремится площадь
вписанной многогранной поверхности, образованной из треугольных
граней и ограниченной многоугольным контуром Г, имеющим
пределом контур С. Надо доказать, что предел S существует и что он
не зависит от закона, по которому убывают грани вписанной
многогранной поверхности".
Это или другое равносильное определение общеизвестно; однако
оно далеко не всегда достаточно. Существуют многогранные и кривые
— 155 —
поверхности, которые имеют пределом вовсе ие описанную около них
кривую поверхность, а некоторую иную величину, или превосходят
всякую данную величину. Поясним этот важный физический вопрос
несколькими примерами.
1°. Представим себе плоский квадрат стороны а см. Было бы
ошибкою — без дальнейшего исследования утверждать, что площадь
его есть а3 сша: она может быть равна чему угодно, в зависимости от
микростуктуры или от ультра-микроструктуры поверхности или
ультра-ультрампкроструктуры ее, т. е. от наличия на ней тех или иных
неровностей. Эти шероховатости могут быть за пределами тончайших
методов микроскопии, т. е. размерами менее 0,1 н- (предел
микрофотографии в ультрафиолетовых лучах), даже за пределами ультрами-
кроскопли, т. е. менее 5 щх. Мало того, если обсуждать вопрос чисто
геометрически, эти неровности поверхности могут быть сколь угодно
малы и бесконечно-малы, т. е. даже принципиально, математически
неуловимы никакими исследованиями. Но это,не значит, чтобы они
могли быть преиебрегаемы при учете действующей площадп
обсуждаемой поверхности вещества.
1°. Представим
себе плоскую
поверхность покрытой
полусферическими пупырышками,
расположенными в
шахматном порядке
и касающимися друг
друга (фиг. 57).
Если в стороне
нашего квадрата их
приходится п, то
полное число их
будет «2, а радиус
каждого из них »-=я: 2 п.
Площадь одного квадратика с одного выпуклостью будет
(121) 5, = 2т:г14-[С2г)я — «»•*] = »•" (іг +4).
Следовательно, вся площадь будет
(122) s = e*(J-f-l)
и не зависит от величины пупырышков. Как бы мелки они нн были,
площадь такой пупырчатой поверхности всегда будет более чем
в 1,14 раз превосходит величину, которую мы были бы склонны признать
за нею по внешнему осмотру; причина ошибки может быть з а пределами
скольугодно тонкого исследования, а все таки, при учете площади, мы
ошибемся на более чем 29%- Коллоидные частицы имеют размеры
между 0,1 }і. и 0,001 р.; следовательно, если бы на некоторой идеаль-
' Фи г. 57. Сильпо увеличенное изображение поверхности,
площадь которой на 29<>/в превосходит таковую же по
наглядной оценке, как бы ші былп малы выпуклости на ней.
— 156 —
ной плоскости были полу-сферические выпуклости размера коллоидных
частиц, то, оставаясь за пределами микроскопии, они более че'м
б 1,14 раза увеличили бы поверхностный эффект.
2°. Ясное дело, характер неровностей ведет и к различным
отклонениям площади от привычной оценки. Представіш себе
поверхность квадрата покрытою четырехгранными пирамидками,
как бывает на граненом хрустале или на резных деревянных
изделиях (фиг.58). Пусть высота каждой из пирамидок есть к, число их
б стороне квадрата
есть в. Тогда
совокупная площадь
всего рифленого
вкадрата будет:
(12S) S=a\/a1-j- Ць3п'.
Еслибы высота пира ■
мпдок оставалась
неизменною, при
возрастании- числа
их п\ то площадь эта
тоже возрастала
бы беспределЬ- Фпг.'58- Сплыто увеличенное пзображеппе поверхисстп, пло-
„ „ ттггЯтпп. швдь которой может по сколько угоню рад превосхсщіть таковую
Н 0, ПрИОЛИЖаясЬ ПО ffiEj п0 „а1.дядной Ъцепке, кик бы пп были малы ппраипдкп на пеН.
строению к чему-то
вроде бархата. Но эта площадь может иметь любое значение и при
беспредельном понижении названных пирамидок, в зависимости от
способа, какігм связано уменьшение высоты пирамидки с уменьшением
стороны ее основания. Пусть сторона квадрата равна 1 cm; тогда
площадь рифленой поверхности такого квадрата будет
(124) S = ]/i-\-ih1»'.
Мы можем задать S любое вначение, и тогда необходігмо подобрать
(125)
hnz-'etfS* — 1
ъ 2 'S-
Если мы хотим, чтобы 8 стремилось к бесконечности, то надо
заставить стремиться к бесконечности Ьп, например положить
(126) . h = <fn
Тогда и бесконечно-мало выступающие пирамидки дадут площадь
бесконечно-большую. Положим, мы хотим, чтобы плошадь квадрата
1 cm стороною была 200 000 cm1, т.е. хотим в 200 000 pas увеличить
поверхностный эффект; при этом пусть сторона каждой піграмидки
имеет ультра-микроскопические размеры 0,01, ц,Тогда 2.10е = 2/і. 10*,
почему &=іоа. Это выступы очень большие, но они не покажутся
большими, если сторона квадрата такого рода поверхности будет
весьма велика. Кроме того нужно-помнить, что размеры таких пира-
— 157 —
жидок и вообще выпуклостей на поверхности могут быть порядка
молекулярного: так угольная поверхность обладает селективною
адсорбцией газов, и это обстоятельство
объясняется, по Гётцу (1922 г.),
трудностью молекулам более крупным
проникнуть в пространство, куда легко
проникают молекулы меньшие.
3°. Примеров подобных
поверхностей можно приводить "беспредельное
множество. Один из наиболее
любопытных — поверхность
Швартца,—предел .многогранника представленного на
чертеже (фиг. 59). Она состоит из
равных равнобедренных треугольников,
числом і тп, и представляет собою
многогранник, вписанный в цилиндр; как
бедно из чертежа, она похожа на
«гармоники», складываемые 'из бумаги
детьми. Поверхность описанного около нее
целиидра £, = 2?-тЛ., где г радиус
основания его, a h высота. Поверхность
Фпг. Б9. Гаряоішка, и.ігределе дающая же гармоники Швартца дается равен-
лопѳрхпость Швартца. (По Швартцу).
1 СТВОМ:
(127) 8 = 4 шг sin (^) j/* ,* Зіп< (£) + ( А )'
т и п суть целые числа; т указывает на сколько частей делится
^окружность основания цилиндра, т. е. сколько сгибов параллельных
оси имеет гармоника Швартца; а п указывает, иа сколько частей
делится самая ось &, т.е. сколько сгибов у гармоники,
перпендикулярных к осп. Числа т и п могут возрастать беспредельно и притом
независимо друг от друга. Покуда не установлено то или другое
соотношение между способами, какими возрастают т и п, о пределе S
нельзя сказать ничего определенного; но он может быть любым,
если указанное соотношение будет установлено так или иначе.
Рассмотрим три частных случая:
1) п=ат, где а некоторое определенное чітсло. Тогда пределе
равняется S', и площадь гармоники Швартца стремится к
поверхности описанного цилиндра.
■2) п = ат2; тогда предел S равен 2гъ \/аэт-атг2-J—Л2 .
Очевидно, этот предел не зависит от того, как далеко мы прошли в
умножении граней гармоники; но он зависит от числа а, и
надлежащим выбором его поверхность гармоники В может быть сделана сколь
угодно большою.
— 153 —
3) »=5=я»я3. Тогда площадь S более, чем 8г5 m'sinl — JsiiW -—J.
С возрастанием т, последнее'выражение беспредельно растет, и
следовательно S тем более превышает всякую данную величину.
Итак, если поверхность исследуемого тела ограничена
гармоникою Швартца с чрезвычайно большим числом чрезвычайно малых:
граней, то по внешнему виду тело ничем не будет отличаться
от цилиндра, и, может быть, самый тонкий: микроскопический
анализ н е установит менаду ними никакой разницы. Но истинная площадь
такой поверхности может быть при этом или цилиндрическое, или
некоторой другой конечной или,. наконец, еколь угодно большого.
Вид поверхности во- всех этих трех случаях будет один и тот же,
поверхностный же эффект—существенно различен. А от
поверхностного эффекта будут зависеть и все три фактора поверхностной
электропроводности [42J, из каковых два первые уже рассмотрены, а
третий, адсорбцию, предстоит рассмотреть сейчас.
45. Абсорбционные явления.
А. Определения. Б широком смысле, под абсорбционными явлениями
разумеется поглощение окружающей среды или ее
составных частей твердым или жидким телом. В более узком
сиыеле, под абсорбцией разумеют поглощение газа, а также
жидкостей, всею массою вещества, не соединяющегося с поглощенною
средою химически.От
абсорбции отличают адсорбцию и
окклюзию. Адсорбция
есть приставание,
прилипание газаивообще о к р у-
жающейередык
поверхности тела, с
образованием особой: поверхностной
пленки; окклюзия же
есть поглощение среды
порами тела. На
практике не всегда возможно
точно разграничить эти два
понятия и решить, что
именно представляет данный случай. Кроме того, мыслимы
промежуточные явления, когда насевшая пленка внедряется в вещество, но
на очень небольшую глубину.
Относительно общих закономерностей этого рода явлении известно
немного, хотя уже в 1814 г. де Сосоюр установил, что поглощатель-
ная способность тел падает с ростом температуры. Имеется закон
Генри: поглощенное количество газа пропорционально
давлению. Таким образом поглощательная способность вещества
может быть выражаема одною изотермою поглощения. Но, чем более
-Го~
:_о
'- 0
- я_
• о
~0
о
о
. о
"о""
о
-~0-
——-
О г
■ о-
- О -
■ О.-
■ о-
о
о -
о_.
о -
0_-
о -
—
-О-
о-
OZ
о-
о -
о^
а.
- о о о-о-
^_ —
П л
ѵ — и
kj_ —~
о
°_- о_-—
11
0-0-0=0--О:
О-О-
— О
о -о
'О
О
___о
—— о
о-о-о
d~
Ф п г. 60. Схема адсорбдаш степною дпеперспой
среды, а дпеперспал среда до начала адсорбщш; (?то ;ке,
когда оеождеппе дпетерспоы фавы па стенках уже
произошло. (По Больфгапгу Оствальд»).
— 159 —
выступает адсорбция, тем менее точным оказывается закон Генри
Наиболее изучены этого рода процессы в угле, вообще в одном из
совершенных поглотительных средств.
Поверхность сама по себе еще недостаточна для адсорбции, и
требуется определенный химический состав вещества. Так, по
исследованиям Г. Гербстл в 1921 г., некоторые весьма пористые тела не
обнаружили никакой адсорбции. Кроме того, обыкновенная пористость,
определяемая пикнометром, имеет малое значение для адсорбции; по
исследованиям того же химика, когда пористость разных сортов угля
меняется: от 78,7% до 15,2%, то адсорбтивная активность падает от
73,1% только до бо,0%- Поэтому, на ряду с пористостью различают
ультра-пористость, каковая собственно и признается особенно важной.
Эта ультра-пористость—молекулярного порядка и ведет при известной
величине пор к избирательному поглощению разных газов. Вопросы
этого рода разрабатываются между прочим в физике и технике
высокого вакуума (лампы, пустотные трубки и т. д.), где чрезвычайно
важно иметь возможность удалить последние остатки поглощенных
газов.
б. Адсорбция и натализ. Адсорбция есть ближайшая причина
явлений каталитических. В 1921 г. химические реакции на поверхности
были исследованы Ирвингом Лангмыороы, который рассмотрел
механизм некоторых типичных каталитических процессов на
поверхности и дал возможность истолковать по образцу их некоторые
другие. Уже давно признано, что существенным фактором~~электрических
и химических особенностей поверхности служат тончайшие
адсорбированные пленки водяного пара, уплотненных газов и других
веществ; давно была известна также большая прочность этих пленок.
Но трудно было думать о степени стойкости первого
одно-молекулярного слоя молекул, насевшего на поверхность, от которого, как
оказалось, избавиться чрезвычайно трудно; так обстоит
например со стеклом [56 а 3]. Между тем, эти адсорбированные моно-мо-
лекулярные, пленки чрезвычайно действенны. Так, в электронных
трубках, даже при температуре 1900° К и при давлении кислорода
менее одного бара (т. е. 10""s атма), электронная эмиссия вольфрамового
электрода такою пленкою водяных паров и кислорода была понижена
в нееколькотысячраз. Только при 1300°К эта пленка перестает
быть заметною, так что может быть допущено давление в несколько
баров. И химически, кислородная пленка, раз насевшая, оказывается
чрезвычайно деятельною: источник каталитических реакций.
Подобные пленки состоят из электрически нейтральных дублетов;
толщина же пленок не 100 ^1000 А' (1 A = 10-s cm), как полагали
Нернст, Фикк и другие, а несравненно менее, от 0,3 до 2~зА,
согласно вычислениям Борна и Деная. Этот порядок величины
совпадает с вычислениями Рэлея, подтвержденными Дево, Лабрлнтом и
другими, над масляными пленками: толщина таких пленок была
— 160 —
определена б іоА. К подобным же результатам приводят опыты
Адама 1920 г. и др.
По Ллнгмьюру, механизм адсорбции есть удар газовых молекул
об адсорбирующую поверхность; по Фрпдлендеру же, тут имеет
преимущественное значение различие индуктивиостей
соприкасающихся сред. Лангмьюр дает формулу
где М молекулярный вес пара, R газовая постоянная, р давление-
газа. Если р измерено в барах, К. = 83,15.15-* эрг: градус, то
(129) т = 43,74.10-6
Сложные молекулы могут приставать к поверхности различными
своими сторонами, и тогда, в зависимости от их ориентировки,
каталитическая реакция может'быть различною. Таковы в особенности
молекулы органические. На примере уксусно-кислого этила Лангмьюр
выясняет эти возможности, прп чем устанавливается три различных
типа каталитических реакций.
Каталитические реакции чрезвычайно сложны и в некоторых
отношениях напоминают процессы в живых организмах. В частности,
существуют яды катализаторов, т. е. такие вещества, ничтожными
количествами которых уничтожается действие катализатора; достойно
внимания, что многие из этих ядов, вместе с тем, отравляют и живые
организмы. С другой стороны, существуют ускориѵіели каталитических
реакции. Р. Н. Пиз Г. С. Тэйлор, в 1920 г. собравшие обширные
экспериментальные данные об ускорении каталических реакции,,
различают каталическую активацию и каталитическую коактивагщю.
В первом случае, процесс оживляется веществом относительно
инертным, если применить его в качестве катализатора, а во
втором—катализаторы, будучи смешаны между собою, взаимно усиливают свою
деятельность. Пример активации—ускорение, производимое
нейтральною солью при омылении эфира в присутствии ионов водорода;
пример ко активации— яіелезо-мо ли бден при синтезе аммиака.
в. Адсорбция воды и других веществ. Одним из важнейших видов
адсорбции издавна признавалось осаждение на поверхности тел—
атмосферной влажности. Явление это наиболее заурядно. И
вместе с тем, по большой индуктивности воды и сравнительно
хорошей ее проводимости, оно влечет за собою важные электрические
последствия. Значительная гигроскопичность бумаги и различных
сортов дерева хорошо известны. Крайняя степень такой
гигроскопичности—это распространение капельно-жидкоп воды в пористых
веществах. Л. Люмьер в 1922 г. рассмотрел более внимательно капиллярное
движение воды в сифоне из различных веществ: пропуской бумаги,,
хлопчатой бумаги и т. д., и выяснил, что с удлинением сифона бы-
у/і'.
V Те
— І6І —
етрота капиллярного передвижения возрастает быстро, приближаясь к'
некоторой асимптоте, параллельной оси абсцисс и проходящей для
различных веществ на различной высоте (фиг. 61).
Гигроскопичен также кремнезем и т. д. Слюда, поверхностно
непроводящая при свежем расщепе, через некоторое время
приобретает проводимость, объясняемую насевшею пленкою влаги. Особенно
страдают поверхностной проводимостью от адсорбированной влажности
различные сорта стекла. При этом, осаждение влаги возрастает,
если поверхность тела сделать шероховатою; поэтому маттированное
стекло изолирует гораздо хуя;е полированного, равно как и
шеллаковые янтарные палки и асфальт. Матовая поверхность, кроме
того, подвергается ускоренно- е
!.\
It
Я|
flfl
t>
Э
і
/
'
4
/
'
г
>
/
г
PJ
/
10
^
;•>
л
Г*Г
=17
1 f
7'/
ft
f
l; л f > 'ч л/
й
я
ft
Ш"МИ
і у. *ё г,,
16
«J
si/coгі падения а ст.
Скорость капиллярного истезвдшя
воды в вавяснмостн от иипы капиллярного
спфопа. (По Л. Люмьеру).
му процессу разъедания;, у
некоторых стекол образуются
на поверхности очень
гигроскопические вещества, в роде
углекислого калия, и тогда ?
изоляция надолго делается не- |
годною. Применяемое в конден- |
саторах за свою значительную |
электрическую крепость, твер- $
дое стекло не свободно от ги- |
гроскопичности и потому не
всегда хорошо изолирует. Но фпг 61
есть также наблюдения, что
свеже-полированная пластинка
стеклянная имеет первоначально меньшее поверхностное
сопротивление, нежели спустя некоторое время; Г. Видеманн объясняет это
испарением приставшего в малом количестве к стеклянной
поверхности полирующего средства.
Если вещество не слишком разъедено с поверхности от долгого
пребывания на воздухе, то его поверхностное^сопротивление может
быть вновь весьма повышено умеренным нагревом или сушкою над
фосфорным ангидридом. Так ведут себя, например, очень
гигроскопические минералы, в роде мареканита, обсидиана, дихроита и
других, которые хорошо проводят электричество своею поверхностью
при температуре не ниже 15°, а выше 30°—изолируют; хорошо
просушенный мареканит изолирует и при более низких температурах,
но адсорбируемая влажность весьма скоро им восстанавливается.
В практике чрезвычайно вредными оказываются адсорбтивные
явления на поверхности эбонита. Это вещество нередко применяется
в электрофорных блюдах, в качестве кругов электрофорных машин
или в качестве изоляторов приборов, где возникают электрические
разряды. Тут, следовательно, эбонит подвергается действию озона; тогда
сера, входящая в состав эбонита, образует вместе с адсорбированной
влагою серную кислоту, а эта последняя притягивает новую влагу*
П. Флоренский,—ДналекТрнки.
11
— 162 "—
Следствием этого процесса, бывает ухудшение изоляции,гза которым
может последовать и полное разрушение ее,—пробой. Обычно
рекомендуется очистка эбонитовой поверхности наасдачною бумагою и новая
полировка. Но есть и более простое средство: промывка эбонита
водою со жженою магнезией и последующая тщательная сушка.
Газовая пленка на поверхности стеклянных сосудов
постоянно препятствует, между прочим, установке высокого вакуума, и
устранение ее нагревом сосуда не всегда возмояшо. Старые
наблюдения подтверждены Лангмыором; а именно: каждая температура
нагрева соответствует некоторому строго ограниченному количеству
удаляемого с поверхности газа, так что при более высокой
температуре постоянно выделяются новые порции. Как показал в 1822 г.
Пнранн, газовые массы, насевшие на стекле, отчасти освобождаются
наскакивающими электронами, если уменьшить отрицательный заряд
стеклянной стенки, препятствующий налету электронов; это может
быть сделано положительным ионизованием газового остатка в сосуде
или увеличенною проводимостью стекла, чрез его нагрев. В этих
случаях должно наблюдаться ухудшение вакуума. Пирани указал
средство удалять водную пленку: для этого стенка, бомбардируемая
электронами накаленной нити, промывается парами кипящей ртути,
которые затем отсасываются. Освободившиеся газы тогда удаляются,
а ртуть не пристает к стеклу.
Значение тончайших пленок, насевших на поверхность, ярко
сказывается на выпрямляющем контакте галена и металла. GaMno
себе, гален не обладает выпрямительной способностью, но иногда
попадаются образчики, производящие выпрямление. Оказывается, эти
образчики покрыты тонкою пленкою серы. Б 1913 г. Флориссон нашел
искусственный прием делать гален чувствительным, а именно—нагревая
его в пламени серы. Подобное же действие оказывает на гален селен.
Минимальная толщина осевшего слоя—около 5.10~ь mm.
Чувствительность естественного галена объясняют каталитическим
восстановлением сернистого водорода и образующеюся вследствие того серною
пленкою. Подобным образом, в 1912 г. Р, Годдард показал, что в
случае металлических контактов выпрямление тока возмояшо только
тогда, когда контакт находится в атмосфере кислорода или иного
активного газа. Флориссон уподобляет поэтому серу галенового
контакта химически родственному ей кислороду контакта металлического.
Действие влажности воздуха на поверхностную проводимость
диэлектриков изучалось Шредингером. Каждое вещество подвергалось
двум родам испытаний, разделенных суточными промежутками.
Вещества возрастающей влаго-стойкости, т. е. все большего
электрического сопротивления во влажной атмосфере, расположены
Шредингером в виде ряда:
стеки < эбонит < янтарь < сера < пвраффшг.
Это значит: если взять две изоляции, с равно сопротивляющейся
поверхностью в сухой атмосфере, то бблее сопротивляющимся во влаяс-
— 163 —
ной атмосфере будет тот из них, который стоит дальше в
означенном ряду. Вот таблица испытаний Шрёдингера, приводимых в порядке
их производства; звездочкою отмечены те из них, которые следовали
за испытаниями при бблыпей влажности и потому отличаются от
нормальных.
]. Эбонит полиров.
Обр. 1 сш диаметр.
13,S cm длиною
Отв.
влажн.
в %
82 .
82
86
90
88
91
93
96
100 ■
90*
—
—
—
Сопр. в 10"! Я
1'ряд
пспыт.
85,2
91,5
46,2
8,0
18,8
8,6
3,9
1,1
<0,05
0,2
—
—
—
2 ряд
пспыт,
84,4
84,6
44,1
8,3
18,5
8,6
3,6
1,1
—
—
—
—
—
II. Стекло.
Обр. 1,2 cm диаметр.
10,5 cm длиною
Отн.
влажн.
49
46
56,5
53,5
60
58,6
60
62,5
64,5
55,5*
68,5
56,5*
71,5
55,5*
Сопр.в10|яр
1 ряд
пспыт,
90,3
[177,2)
24,7
22,3
ЗД
5,0
3,3
1,4
0,7
11,1
0,2
5,8
0,1
1,7
2 ряд
пспыт,
86
154
26
22
3
Б
3,3
1,1
0,7
12
—
5
—
1,7
Ш. Янтарь полпр.
Обр. 0,5 сш дпаметр,
2 сш. длиною
Отп.
влажп
77,5
80
82
86
86
88
90
93
82
96
82*
99
82*
100
82*
Сопр. в 10в Q
1 ряд
пспыт.
409
294
204
98
65
40
20
4
198
1,6
94
0,4
42
очень
мало
1.4
2 ряд
пспыт.
—
—
—
—
—
19,3
4,8
—
—
—
—
—
—
IV. Сера. V. Параффпн.
Образцы, соответствующие
I, II, III.
Проводимость = 0
Сопротивление
>3-8Х 10" S
В том же роде измерения Куртеса, давшие фиг. 62.
Наконец, здесь следует упомянуть об исследованиях
диэлектриков гигроскопичных в собственном смысле слова.
Гигроскопичными диэлектриками, естественно, должны быть все те, в которых
есть значительное преобладание поверхности над объемом самого
вещества, и которые притом имеют многочисленные внутренние ходы,
позволяющие влажности Проникать в толщу диэлектрика. Таковы не-
проиитанные .волокнистые вещества, получаемые прессовкою волокон
и имеющие, следовательно, строение более или менее плотного вой-
^ 164 -*
Лока —различные
сорта піілііта,
некоторые картоны, прес-
шпан и т. д.
Сопротивление таких
веществ быстро падает
с содержанием
влажности, и притом
быстрота этого
падения тем более, чем
ниже температура
диэлектрика. На
фиг. 64
представлены графы этой
зависимости для
пилота при разных
температурах,
согласно
исследованию Тбдеши.
При совместном
действии
изменяющихся влажности- и
температуры, ход
'°° ■ кривой сопротивле-
о гноен тельная
влжишость
Ф н г. 62. Логарифм поверхностного сопротивления диэлектриков
в эавиепцости от влажности. Сопротивление выражено в омах
на квадратный сантиметр. {По Куртжсу).
ЛИ
!
§
S
lit
А
1
№
Яг
Кл
¥л
.
J
^
/
7
/
/
la чо бо во 'оо ^ чо /уа
/но"
, Ф п г. 63. Сопротивление хлоп зато бумажной
обмотки в аавпепмостп от температуры п,
'косвенно,—от влажности.' Ветвь А
показывает высушивающее действие тепла, а ветвь
В—непосредственное действие его.
'ния осложняется. Это
наглядно показывает
фиг. 63:
сопротивление
хлопчатобумажной обмотки с повышением
температуры сперва, как видно, растет,
достигает вершины и затем
начинает падать. Восходящая ветвь
кривой обусловлена
преимущественно высушивающим
действием тепла и удалением влаги,, а
нисходящая — собственным
действием на сопротивление уже
сравнительно сухой обмотки—
нагрева ее. Около 80°
сопротивление хлопчатобумажной
изоляции достигает наибольшего
значения.
Электрическое поле, как
известно, изменяет также
капиллярное натяжение воды;
следовательно там, где капиллярным
— 165
изо
сипам принадлежит существенное участие, эта сторона дела может
оказаться весьма значущей. В самом деле, при различной силе
электрического тока происходит перераспределение водных пленок и жилок, и
значит, может заметно измениться также и проводимость. Фиг. 65 дает
граф. этой связи между проводимостью п напряжением поля для пи-
лита, по исследованиям С. ЭвЕРшвда; как видно, проводимость
быстро возрастает,—сперва линейно, а затем обнаруживается стремление
к еще более быстрому подъему.
46. Явление ребуля. В 1920 г. Ж. Ревуль проанализировал одно из
явлений поверхностного электропроведения, которое вероятие) может
сделаться типичным представителем
целого класса родственных, отчасти
уже намеченных при изучении де- т.
текторов и выпрямителей с кристал- ю»Лс
лами [36]. Явление, открытое Ребулем,
состоит в следующем: В коробке
располагается, бромосеребрянным слоем
вверх, фотографическая пластинка,
прикрытая черною бумагою (от
пластинок же), и в бумагу упираются
два электрода, пропущенные через
крышку и изолированные от нее
эбонитом. Электроды эти, в течение су-
•ток или двух, держатся под
напряжением около 1000 V. Проявив
пластинку, Ребуль находит на ней
отпечаток волокон бумаги и грубое
изображение эквипотенциальных линий. При
зернистой бумаге вычертить
эквипотенциальные линии труднее, нежели
при более гладкой. При этом
ясно: указанной разности
потенциалов недостаточно, чтобы
в ней видеть причину таких
отпечатков посредством
образования электрических
искорок или кисточек.
so
I ЮО
£ so
І so
I »
І so
so
to
30
го
10
о
\
\
\
\
\
\
4
V"
0 0
r
V
\
10"
\
\
V
' 6
\
\
^
4
ko
\
\
J 0
4
* с
IS 0
£ 0,
71
*1
—.
s г
■ іівлічінів ibde i rj.
Ф n r.4 64. ;Гіельпое сопротивление пп-
лпта в вавпепмостп от содержаний влаги
прп£раэпых температурах. (По Тёдешп).
790.
С другой стороны,
явление происходит и не от
тока, ответвленного в эмульсию
пластинки: при удалении
бумаги, почернение пластинки
оказывается ограниченным и
возникает лишь по соседству
с электродами. Затем, оно не
происходит и от механиче-
Л96
f S30
|
тпо
/в'*
X
л
/
у
у
У
/
/
-
/
/
S90QP
Ф п г. 65. Проводплсость ппдпта в аавпеп-
мостп от папряжеппя (чреа соучастие в этом
процессе влажпостп). (По С. Эвершкду).
- щ -
ского или химического действия электродов, ибо не наблюдается, когда,
нет электрической разности. Далее, несомненно, что необходим в бумаге
ток, потому что при разрезывании листа и некотором расставлении кусков
его пластинка чернеет опять только поблизости электродов.
Уменьшая проводимость бумаги сушкою, Ребуль почти уничтожал
фотографический эффект, тогда как смачивая бумагу и дав ей подсохнуть
на свободном воздухе, он весьма усиливал почернение. Но с другой
стороны, при хорошей проводимости листа, когда он был заменен
металлическим, явление не наблюдалось. Итак, необходимо, чтобы
испытуемое вещество было проводником, но плохим. Это
условие необходимо,—однако, не достаточно: дерево, фибра, слюда, кварц
не дают никакого результата. Существенно тут строение бумаги:
грубая зернистость дает наибольшее почернение, тогда как глянцевая
бумага остается бездейственною. Следовательно, явление Ребуля
обусловлено поверхностной неоднородностью полу-проводника. Когда она
усилена искусственно насечками бумажного листа, то по соседству с
насечками почернение усиливается. Достаточным условием явления
служат поверхностные нарушения непрерывности, но не разрывающие
самой массы вещества.
Поэтому, обсуждаемое явление можно вызвать или усилить
искусственно двумя способами: или неоднородное тело делая слабо
проводящим, или слабо-проводящее—неоднородным. Пропускная бумага
или тонкая фильтровальная (жозеф) в обычных условиях дает
отпечаток только по соседству с электродами; но если увеличить ее
проводимость погружением в разведенный раствор поташа, серной кислоты
или азотнокислого серебра, то фотографическое действие
обнаруживается. Однако, при слишком большой крепости означенных растворов
проводимость бумаги делается чрезмерною, и разности потенциалов
уже в несколько сотен вольтов дают световые кисточки или искорки
в местах соприкосновения с электродами, отнимающие у опыта его
значение. С другой стороны, глянцевая бумага вызывает
фотографический эффект лишь по соседству с электродами; но поверхностные
надрезы бумаги дают отпечаток вокруг себя. Точно так же—целлулоид,
фибра, дерево, стекло, слюда и кварц, хотя Ребуль полагает, что в
последних трех случаях причина явления может быть особою.
Можно думать, в этих любопытных явлениях выступает значение
поверхности, принимаемой за плоскость, но на самом деле не имеющей
с нею ничего общего. Действующей оказывается тут поверхность с
. большим числом тончайших острий и ребер, на каковых
электрическая плотность должна быть весьма значительною, несмотря на
ничтожность средней ее величины, отнесенной к единице площади.
Это—поверхность (приблизительно говоря) со всюду плотным
множеством особых точек, или заострений, мера которых равна нулю;
следовательно, сколь угодно большая плотность в этих точках не мешает
средней плотности на единицу того, что мы обычно считаем ее
поверхностью, быть хотя бы и очень малой, даже бесконечно малой. Тем не
— 167 —
менее, соприкасаясь е бромосеребряным слоем сравнительно большой
индуктивности, эти особые точки поверхности делаются центрами
электронной эмиссии,—микроскопическими генераторами испусканий
в роде р-н ѵ-лучей, которые и производят соответственное
фотографическое действие. При хорошей проводимости испытуемого вещества,
потенциал этих особых точек относительно земли будет сравнительно
малым, а при очень малой проводимости он может быть мал по
обратной причине. И то и другое препятствует фотографическому
действию.
Явление Ребуля дает уже фактическое побуждение принять в
расчет электрические процессы, связанные с особым строением
поверхности диэлектрика. При больших разностях потенциалов,
электрические силы на микроскопических зазубрпнках и шероховатостях
поверхностей должны делаться особенно значительными, и тогда
поверхность, на внешний осмотр вполне гладкая, может давать место
усиленной газовой ионизации и, следовательно, окутывается покровом
проводящих газов, который может непредвиденно увеличить утечку,
деформировать электрическое поле, подготовить благоприятные
условия короне в воздухе или в масле и, наконец,—пробою.
Еще родственный ряд явлений обследован Ж. Ребулем" и П. Бло
в 1921 г., преимущественно над телами кристаллическими с плохого
проводимостью. Исследователи воспользовались вышеописанным
приспособлением, но на фотографическую пластинку теперь накладывался
слой прозрачного вещества, например, кварцевая пластинка з mm
толщиною. А на прозрачное вещество опирались электроды,
соединенные с электростатическою машиною или с батареей малых
аккумуляторов или, наконец, с румкорфом. Напряжение регулировалось'лро-
межутком в проводе, имевшим несколько миллиметров, а время опыта
изменялось в пределах от нескольких минут до нескольких
часов. Получавшиеся на фотографической пластине изображения,
могут иметь три различных вида:
1°, Вокруг положительного полюса возникает ряд
концентрических равно-отстоящих кругов, числом з~4, а при очень длительной
экспозиции'—числом до 13 (фиг. 66). Эти круги объясняются
последовательными отражениями от сторон лроарачной пластинки
светящейся точки положительного полюса: межкольцевое расстояние
позволяет вычислить угол полного внутреннего отражения и
показатель преломления вещества пластинки, если известна ее толщина.
Следует представлять себе, что центральное пятно возникает от
конуса, с вершиною на верхней стороне пластинки, причем угол конуса
равен углу полного внутреннего отражения. Между прочим, эти кольца
могут служить одним из приемов к легкому измерению показателя
преломления, при чем анод может быть заменен искрою. С другой
стороны, заранее зная показатель преломления пластинки, можно
вычислить и длину волны Ребулевского лучеиспускания. Оно оказалось,
в зависимости от условий опыта, либо принадлежащим к ультрафно-
- 168 -
летовой области Милликэна, с Д = 300~350А, либо—к
ультрафиолетовой же Лимана.
2°, Если увеличить напряжение, то кольца исчезают, но
появляются в точности круглые и хорошо очерченные пятна одного
поперечника, зависящего только от толщины пластинки и показателя ее
преломления. Измерение этого поперечника тоже дает средство
измерить "эту последнюю величину (ф и г. 66).
Фпг. 66. Явление Ребуля. Отпечатки жа фотографических пластинках прп
разных условиях опыта, (По Ж. Peej-z» и П. Бяо),
3°, Вели напряжение еще больше, а пластинка криеталлична, то
возникают фигуры, вид которых определяется кристаллической сим-'
метрией (фиг. 66). Вытянутые части фигур представляют
преимущественные направления электрического разряда.
Итак, когда напряжение слабо, то конец электрода
представляет светящую с я-точку, объясняемую огромным градиентом
потенциала при переходе от хорошо проводящего металла к дурно
проводящему диэлектрику; силовые линии в известном направлении на
острие тесно скучиваются от присутствия вещества значительной
индуктивности и притом подложенного бромо-ееребрянной эмульсией.
Когда напряжение повышается, то возникает несколько
светящихся кистей, с центрами в виде пылинок, служащих вторичными
остриями; эти кисти сильно ионизуют смежный воздух. Наконец,
при еще бблыпем напряжении, возникают разряды, простирающиеся
на некоторое расстояние от электрода; разряды эти направлены
преимущественно в плоскостях, по которым либо проводимость
кристаллической пластинки, либо индуктивность ее имеют наибольшее
значение, или же в которых они дают совместно наибольший
суммарный эффект.
— 169 —
По поводу явления Ребуля следует вспомнить еще кое-что. А
именно, одно из поверхностные электрических явлений есть, вместе
с тем, и одно пз наиболее рано узнанных электрических явлений
вообще-, но это не мешает ему быть одним из явлений наименее
изученных. Здесь имеются в виду лихтенберговы фигуры, в последнее время
вновь обратившие на себя внимание некоторых физиков, в особенности
Усаворо Йошнды (1918 г.) іг Педерзена (1919—1923 г.)
Как явление поверхностной проводимости, лихтенберговы
фигуры или, считающиеся им равносильными, фигуры электрического
разряда на фотографической пластинке распространяются по
поверхности с некоторою скоростью, так что радиус изображения,
положительного и отрицательного, есть некоторая функция времени. Эта
последняя зависит, от амплитуды электрической волны, от природы и
плотности газа, от толщины фотографической пластинки и от других
причин. Задачею Педерзена было определить производную означенной
функции, т. е. скорость распространения изображений іг, в частности,
вычислить предельный размер их чрез бесконечно большое время.
Выяснив эти и другие смежные вопросы, он нашел возможным
воспользоваться лихтенберговыми фигурами для измерения весьма малых
промежутков времени между 1.1<Г9 и 2.10""' сек., т. е. между одной
тысячной и двумя девятыми микросекунды (0,001 >< 0,2 |j.sec).
47. Некоторые электрические явления на поверхности. Имеется
ряд наблюдении над некоторыми электрическими особенностями по-
верхности тел. Как более известные, мы оставим тут без
упоминания контактную разность потенциалов, термоэлектрический
эффект, эффект Пельтье и другие подобные и вкратце упомянем лишь
о некоторых тех, которые имеют особенное значение в телах малой
проводимости.
а. Поверхностный разряд. Общеизвестно стремление искрового
разряда пройти по поверхности диэлектрика, хотя бы и за счет удлин-
нения пути разряда. Но, несмотря на привычность этого явления, оно
обследовано еще весьма недостаточно. Работы Теплера 189S, 1906,
1907 и 1917 гг. наметили кое-что в области «сколъзягцж искр». Теплер
делал опыты со стеклянными пластинками; ударное напряжение
подавалось разрядом конденсатора через сопротивление или через
реактивную катушку. Оказалось возможным различить скользящие
искры первою рода, при омическом сопротивлении, и скользящие
искры шорою рода, при сопротивлении реактивном. Для искр
первого рода установлено эмпирическое соотношение вида:
(130) f=n*c\
где / длина скользящей искры первого рода в сантиметрах; V
приложенное напряжение в киловольтах; С емкость поверхности, постоянная.
Наводка пластинки не имела влияния; следовательно, образование искр
происходит в слое воздуха, прилегающего к пластинке. Кроме того,
— 170 —
заряжение стеклянной поверхности электричеством того же знака, чтб
и исходная точка электрического удара, препятствует образованию
искры первого рода; а заряд противоположного знака ему
благоприятствует. Образование искр второго рода благоприятствует скользящим
искрам первого рода, потому что каждое колебание оставляет после себя
на поверхности хорошо проводящий канал. Но сформулировать
правила искрообразования второго рода Тёшгеру не удалось.
Вышеуказанные каналы деформируют электрическое поле. Поэтому колебания
большой частоты подготовляют совсем иные условия скользящему
разряду, нежели колебания частоты технической. Тёплер считает
ударные разряды особенно опасными для поверхности изоляторов и,
в связи с этим, требует испытания изоляторов также токами высокой
частоты. Так как изоляторы малых размеров особенно легко могут
подвергаться ударам, напряжение которых велико в сравнении со
служебным, то высоко-частотными переменными токами в особенности
должны быть испытываемы именно малые изоляторы. Напротив, мокрое
разрядное напряжение при высоко-частотных - испытаниях не имеет
приписываемой ему важности и в точности равно сухому.
Согласно опытам А. Швайгвра 1922 г., разряд происходит именно
в слое окружающего диэлектрик воздуха, но существенно зависит
от состояния изоляторной поверхности. Швайгер держится того взгляда
на разряд, что пробитое место есть короткое замыкание.
Следовательно, силовое поле при пробое перераспределяется, по мере
последовательного пробивания диэлектрика. Когда разряд проходит
по поверхности диэлектрика, то действующим бывает не вектор поля
целиком (сила поля), а лишь его составляющая, касательная к
поверхности, тогда как нормальная составляющая стремится пробить
самый диэлектрик. Поэтому, чтобы учесть возможность поверхностных
утечек и разрядов вдоль изолятора, необходимо знать в каждой точке
действующую силу, т. е. касательную составляющую вектора поля.
Однако, учет этот может быть весьма затруднен, хотя бы силовое
поле при наличии данных электрических масс п было вполне известно:
проводимость поверхности перераспределяет силовое поле, но учесть,
как именно,—было бы не легко.
Швайгер воспользовался своими работами 1920 г. относительно
распределения электрической силы на поверхности изолятора и изучал
сопротивление поверхности фарфора и некоторых других
диэлектриков— параффина, стекла, гуммилака, карты и дуракса
электрическому разряду в поле как однородном, так и неоднородном. При
этом менялись размеры и формы изоляторов, а также влажность
атмосферы. В однородном поле сопротивление цилиндрических
поверхностей оказалось зависящим не-линейно от высоты цилиндра. Величина
поверхностной электрической крепости (£,, во влажном (00°/0) воздухе
(ізі) ■ е»=^-.
где Ѵ„ приложенное к обкладкам напряжение, a h высота цилиндра.
- 171 -
С&„ ееть функция высоты убывающая. Подобное же выражение, где @=
отнесено к диаметру цилиндра, ееть функция диаметра тоже
убывающая. Общий характер зависимости поверхностного разряда от высоты
цилиндра напоминает таковую же для свободного воздушного
разряда, но'при прочих равных условиях сопротивление разряду
поверхностному значительно нилсе, нежели сопротивление разряду
свободному. Чем более влажен воздух, тем более расходятся' эти
величины, и при этом больший диаметр дает и большее расхождение. Тут
можно заподозрить участие водной пленки на поверхности изолятора.
Наблюдения Куртисл
1921 г. показали [45], что хѴІст,
поверхностное
сопротивление параффннаот
влажности атмосферы
не зависит, "тогда как
таковое же фарфора
падает с~101с до-^ю9
(ф.62), т.е. в м-ион раз.
Между тем, параффи-
новый цилиндр в одно- §
родном поле обнаружил Ч
поверхностное сопро- £;
тивление разряду,
весьма зависящее от
содержания влажности, при
чем характер
зависимости похож на таковой
же фарфора, но кривая
падает еще быстрее.
Это наводит на мысль,
что разряд
совершается в воздухе,
хотя и с измененными
физическими
свойствами возле
диэлектрической поверхности, но
мало зависит от самого
вещества диэлектрика.
Такое заключение подтвердилось опытами с другими диэлектриками.
Итак, в однородном поле поверхностный разряд пмеет все характер-.
ные черты разряда воздушного; в неоднородном же поле результаты
получились аналогичные.
б. Общественная опасность загрязненных ламп накаливания.
Большая зависимость поверхностной проводимости диэлектриков „от
состояния их поверхности может, в известных условиях, делать
изоляцию далее низкого напряжения опасной как в электротехническом,
относительная влажность
Ф п г. 67. Повар па стпое разрядное папрянѵвпне фарфора п
параффппа в зависимости от влажности (по Півлпігрі) .
Кривые а, б, в относятся к фарфоровым пішшдрам
соответственных диаметров 1 cm, 6 am, 10 cm: кривая г к параф,
фпповому цплппдру дпаметра 6,8 ст.
— 172 —
так ж в общественном отношении. В,.частности, таковою оказывается
загрязненная поверхность ламп накаливания.
Несколько лет тому назад в Москве был случай смерти, когда
купавшаяся в ванне женщина-взялась мокрою рукою за горевшую
лампу. Подобный же случай был в Аветрии: женщина, убиравшая
свеже-выбеленную комнату, стояла босиком на мокром полу;
коснувшись рукою забрызганного известкою стеклянного баллона ручной
лампы, она была убита переменным током при 220 V напряжения.
В связи с этим последним случаем, Йеллинек в 1922 г. произвел над
лампами на Венской городской электрической станции ряд опытов,
имевших выяснить, как распределено напряжение на баллоне лампы.
Лампы монтировались цоколем вверх, лнбо в в'исячем положении, либо
в наклонном, под углом 45° к горизонту; там и тут результаты
получились сходные. Один полюе сети постоянного тока в 220 V
присоединялся к цоколю, а другой, через вольтметр,—к различным местам
ламповой поверхности. Контакт либо прижимался непосредственно
к стеклу, либо соединялся с перчаткою, набитою мокрым песком и со
вложенными в нее медными проволоками, т.е.. через' модель руки;
различные способы соединения тоже дали одинаковые результаты.
На поверхности стекла наносилась кисточкою от цоколя до острия
лампы полоска той пли другой жидкости; Обнаружилось, что при всех
жидкостях напряжение возрастало по мере приближения контакта
к цоколю, но быстрота этого роста была при различных жидкостях
различна. Наибольшее напряжение дала свежая моча: 75 V уже при
касании верхушки лампы; результат этот практически весьма важен,
ибо моча вееьма близка по составу к поту, и следовательно лампы,
захватанные потными руками, находятся приблизительно в тех же
условиях. Калийное мыло и известковая вода дают
приблизительно те же результаты, а натронное м ы л о —значительно
меньшие; довольно значительное напряжение дают
физиологический 0,6%-ныЙ раств ор поваренной соли и белое столовое вино.
Водопроводная в о д а в 5 mm от цоколя дает еще 68 V. Матовые лампы
дали напряжения несколько более высокие, вероятно вследствие
лучшего приставания к ним жидкости.
По мере высыхания жидкости, напряжение падает. Так
известковое молоко в расстоянии 5 mm от цоколя давало 200 V сейчас же
после нанесения, 132 У через ю минут, и почти 0 вольтов через
20 минут. Подобные же результаты получились с- мочею; но, подышав
на лампу, уже почти совсем высохшую, можно было получить
напряжение до 36 У. Следовательно, загрязненные лампы во влажных
помещениях или при быстром нагреве помещения, когда они потеют,
могут представлять действительную опасность в установках с
заземленным нулевым проводом или когда получается вследствие каких-
либо недостатков однополюсное заземление.
в. Проводимость порошиов. Поверхностная проводимость тесно
соприкасается с вопросом об электропроводности тел порошкооб-
— і?з —
разных. Металлические, угольные и другие порошки не раз были
предметом внимания, но не исследованы еще достаточно глубоко.
С 189о г. Бранли привлек своим когерером внимание практиков к этим
явлениям. Сопротивление порошков было найдено Ауэрбахом и Леп-
пином обратно пропорциональным поверхности касания между
зернышками и давлению (ф я г. 68). По закону и порядку величины,
температурный коэффициент порошков, как выяснили Штрейнц и Геншан, равен
таковому же сплошного вещества; но только, повышение температуры
часто способствует сближению и более тесному соприкосновению
частичек, вследствие чего сопротивление падает, и температурный
коэффициент может показаться меньшим, нежели сплошного вещества.
г. Сопротивление
пленок. С ним приходится
иметь дело весьма часто,
и во многих случаях оно
имеет существенное
практическое значение. П. Ау-
РЕН В 1903—1904 Г.Г.
ИЗУЧИЛ зависимость
контактного сопротивления R от
давления р и выразил ее
через
(132) В = е.р-»,
где С постоянная.
Один простой опыт
наглядно показывает
зависимость контактного
сопротивления от разных
факторов. Если концы
тонкой золотой или
серебряной цепочки от часов
подвесить на одном
уровне и сообщить концы ее
со слабым источником
напряжения, то ток в десятки и сотни раз усиливается, как только
цепочку эту несколько натянуть. Точно также, он усиливается от
легкого электрического разряда статической машины, пропущенного
через цепочку, и—от слабой иекры, проскочившей на расстоянии
нескольких метров от этого цепочечного детектора. Любопытно, что и
звукопроводность такой цепочки возрастает с натяжением: тикание
карманных часов не доходит до уха через цепочку, если она лежит
или висит свободно, когда на одном конце ее часы, а другой помещен
возле уха. Но стоит натянуть цепочку, как тикание делается слышно.
В 1910 г. Гуллевинь и затем В. Колышоттер нашли некоторые
интересные свойства тончайших металлических осадков, получаемых
ѵр
S
■иг
\\ \
\ \ \
1 а
ѵч
\
1
\
ЩШ
• о
\
\
1л
'
>
і ■>
ч .
і J
^
■/ 0
-._
г
S
nj:o гное 'О
Ф п г. 68. Зависимость логарифма сопротивления ей"
ребриппого порошка, от плотностн его. 13а едпшщу
прппята плотность массивного серебра. Толстая
сплошная линия отпоептся к порошку; она резко изгибается
при плотности 0,1 "^ 0,2, отиесешіой к массивному
серебру. Пунктирная толстая лпппя отпоентс.і к мпого-
кратнопрнмвпявшеиусяпорошку,атопкаяпуиктнрпая—
к порошку уплотненному молотом. (По Агэреаху).
_ 174 —
на стекле распылением катода, Сопротивление их сперва значительно,
потом само собою падает, сперва быстро, затем—медленно; вместе »с
тем падает и отражательная способность. Далее, оно достигает
наименьшего значения, остается некоторое время при нем и затем быстро
возрастает до бесконечности. Так, например, в одном случае было;
В[юмя: Ом.5и.2Ъг.45мЛч.15м.1ч.20м.1ч.35м. 1ч. 37м. 1ч. 42м. 1ч.45м. 1ч. 48м. 1ч. 53н#
Сопротпвл. -Л 2,5 2,3 2,2 2,2 2,4 3 3,3 7 8,9 22 60 oQ
Приложенная электродвижущая сила или нагрев оказывают то же
действие. По исследованиям 19П—1913 гг. Колышоттера, этот
процесс объясняется постепенно происходящим объединением
металлических частиц; иначе говоря, происходит коагуляция коллоидного
раствора металла в воздухе. От этой коагуляции, сопротивление,'при
переходе от частицы к частице, становится все меньше, но между
частицами образуются пробелы, вследствие чего оптически
действующая поверхность убывает. При дальнейшем же возрастании частиц,
слой серебра, в виду ограниченности материала, начинает рваться
в некоторых местах, и сопротивление его сильно возрастает. Этот
процесс несколько напоминает созревание суспензий под действием
света [49г].
Тонкие слои серебра, менее 50\ць, обладают бблыпим удельным
сопротивлением, нежели слои более толстые; Венсан полагает, что у
всех металлов имеется особый слой в 50 jiji толщиною. По указаниям
Патерсона в 1902 г., удельное сопротивление платины и серебра,
начиная со слоя в 100 ічі, возрастает, когда толщина слоя убывает;
при Ющі удельное сопротивление становится очень большим. То же
относительно висмута.
Бевер и Оостергюи осаждали тончайшие однородные
металлические слои помощью металлических паров. Наименьшая толщина слоя,
при которой удельная проводимость была еще измерима,
определялась числами: 1,6 и*, для платины, 0,46 (ц» для вольфрама и 5,4 ^ для
ртути. При более толстых слоях, сопротивление, как функция
толщины слоя, определяется гиперболическим законом, просто
объясняемым электронною теориею. Нагрев этих тонких слоев и
прикосновение к ним воздуха изменяют их сопротивление.
Наконец, весьма важным является вопрос о сопротивлении
тонких воздушных зазоров; вопрос этот уже был рассмотрен [39г].
д; Электростатические притяжения. Нужно думать, по своему
механизму родственно униполярным контактам еще одно явление,
зависящее от поверхностного строения тела. Это именно—эффект Ионсена
и Равека, открытый в 1921 г. и позволивший применить
электростатические притяжения технически. Дело заключается в том, что если
на полюс постоянного тока наложена отполированная пластина
полупроводника, в роде литографского сланца, шифера, агата, гипса или
даже изоляционных материалов в роде галалита и т. п. (например, 4 cm*
— 175 -
поверхности ж 20 mm, толщины), то такая пластина с большою силою
притягивает наложенный на нее металлический электрод,
соединенный с другим полюсом; разность потенциалов может быть при этом
незначительною, например, около 100 V. Если на пути тока
поставить сопротивление человеческого тела или большое
сопротивление 100 000 Я, то эффект не уничтожается (фиг. 69).
Ток, проходящий через всю систему,—порядка 10~6А, а общее
сопротивление сети в описываемом опыте было 2,2.10s Q, Вели
смочить соприкасающиеся поверхности дурно проводящею жидкостью
в роде алкоголя, то сопротивление сильно падает, ток усиливается до
порядка 10~э А, но притяжение сильно ослабевает. G испарением
алкоголя ток ослабевает, а притяжение растет; когда ток доходит до
10~6 А, то притяягение делается порядка пол - килограмма веса
(~1 миллнстэна).
фиг. г39. Схема конденсатора с полупроводником.
А и С обкладкп, не которых поддерживается
постоянная разность, например, 400 У. Так как
сопротивление Ш зазора толщиною h значительно превосходит
сопротивление В полупроводника В, то почти вся
приложенная разность падает на о значенный зазор.
(По П гарсон у).
Ф и г. 70 Схема острпевого
полупроводникового контакта.
Большая часть общего сопротивления
его, а, следовательно, а большая
часть приложенной равпости,
падает па неболыпую область,
очерченную пунктиром. (По Пгарсону).
Э. Пуарсон в 1922 г. подверг это явление некоторому анализу,
отметив чрезвычайную важность в электричестве вопроса о
контактах, до сих пор совсем не обследованного. Объяснение Пуарсона
исходит из мысли, что как бы тщательно ни был отшлифован материал,
он никогда не имеет плоской поверхности, а непременно завершается
Множеством мельчайших острий, На которых собственно и лежит
контакт. Выражаясь математически: поверхность тела хотя и
Непрерывна, но нигде^ или по кр айней мере во всюду
плотном множестве точек, не имеет касательной
плоскости (на ту же мысль наводит.' униполярная проводимость, электро-
оемотнческие явления, эффект Ребуля и проч.). Поэтому, сопротивле-
- 176 —
вне этих пиков чрезвычайно велико, и следовательно почти вся
пущенная в ход разность потенциалов падает на ничтожную толщину
слоя этих острий (фиг. 70). Таким образом, сила притяяіения:
(133)
Sirfe*
где е диэлектрический коэффициент, некоторый средний между
коэффициентом воздуха и примененного полупроводника (например
литографского сланца), Р сила притяжения в абсолютных
электростатических единицах, S притягиваемая поверхность (т. е. предел, к
которому стремится вписанный выпуклый многогранник), V наличная
разность потенциалов, h толщина слоя неровностей. Так'как в
данном приборе величины а, Й, V определенны, то притяжение Р
возрастает обратно пропорционально квадрату весьма малой величины А,
и, следовательно, при данной разности потенциалов V, может быть
сделано надлежащею полировкою сколь угодно велико.
Пуарсон дает теорию точечных электрических контактов,
принимая вышеупомянутые неровности за усеченные круглые конусы
и исходя из известной формулы сопротивления конуса, усеченного
концентрическими сферами, имеющими центр в вершине конуса:.
(134)
М:
-(H)'
где га и г суть расстояния сферических оснований конуса от вершины,
а постоянная, зависящая от угла при вершине, а р удельное
сопротивление вещества. Таким образом учитывается влияние давления,
предельная разность потенциалов, определяемая размягчением или
расплавлением острийи пр. Полученные результаты применяются Пуарсоном
к теории микрофонов, когереров и детекторов.
ж
ІГ.
(d
»
«
ѵг
ГС
Iff
К
м
У
1
/
«■'
U
/■■
'/
ЗОЗ
/
/
'
і»Т
■+ч
*
іл
99.
а*
от
7М
И
1»
3«
Фиг. 71. Зависимость притягивающей
силы от приложенного напряжения.
Пластинка литографского слаіша толщиною
в 20 шш помещена под латуииою
пластинкою 4 сшА Сплошная кривая—опыт-
лая, 'пупктпрпая—вычисленная, в
предположении ненэменпой толщчны
контактного сдоя 1/137 mm, (По К. Роттглрдту).
ю и а чі «»і
л и и» чі да tit м in m іміиінім
Фиг. 72. Зависимое™, притягивающей сч.іы
от приложенного напряжения. Агатовая
пластинка толщиною 3 шш помещена под латун-
иою 4 Ша, (По Роттглрдту).
— 177 —
Аналогичное исследование Роттглрдта в і92і г. дало численные
указания в рассматриваемой области. Толщина воздушного слоя была
найдена им в 1/195 mm при наибольшем примененном напряжении в
350 "V; когда напряжение стремится к нулю, то толщина слоя
стремится к 1/137 mm. Это уменьшение воздушной прослойки на~0,002mm
очевидно объясняется уплощением б-^2 jj. выступов на поверхности
полупроводника при притяжении электрода (фиг. 71).
В 1923 г. Л. Бергманн подверг исследованию, в отношении
эффекта Йонсена-Рабека, ряд веществ: вот сводка его измерений,
причем J означает максимальную силу тока в амперах, проходящего через
диэлектрик при 100 V, h толщину слоя диэлектрика в миллиметрах.
Поперечник круглой диэлектрической пластинки был 50Д mm, a
площадь 20 cm*.
Материал
Притяжение в.
граммах веса при
напряжениях
10ОѴ|і5ОѴ|20ОѴ
[в амперах
V
в
вольтах
h
в
mta
Свойства
поверхности
агат
эолеигофепскыЁ шифер
тнфер обыкновенный
серпентин
серпентин
гранит
гяяс чистый
гипс чистый (нагретый до 30°)
„ с 5% гранита
, * 10°/о
' n n 20°/0 ,
рог : . . .
галалит белый
, чкрныіі
щелочное стекло
боросплнкатнатрнево стекло. .
зеркальное стекло
рубижшое стекло
красное стекло с окраиешшм
слоен
203
165
10
10
44
30
36
220
119
55
64
48
ЬЪ
106
О
О
О
О
О
253
390
35
40
76
45
65
470
■210
105
84
25
142
lft
181
О
О
О
О
О
355
565
87
48
134
75
77
790
302
138
97
50
227
325
278
О
О
О
О
О
3,1.10^*
4,9.10^
2,5.10-?
9,0.10-8
10,8.10-е
0,7.10-5
14,4.10-6
7,2.10-*
9,0.10-*
27,0.10—s
86,4.10-»
7,2.10-*
1,4.10-*
3,6.10-*
90,0.10—'
О
О
ЗДЮ-о
1,8.10-°
1,8.10-»
1670
2920
2070
3350
550
500
, 500
3120
2740
2520
2800
3000
3570
3220
500
1230
1600
2000
2900
1800
6
6
9
12
11
15,5
10
10
10
10
10
10
10
10
10
17
5,5
1,7
2
1,7
полированная
п
маттнроваппая
полированнал
маттироваппая
полированпал
гладкая
полированная
гладкая
D
маттнрованпвл
полированная
к
ѵ
маттироваппая
е. Технические- применения эффекта Йонсена-Рабека. Эффекту
Йонсена-Рабека несомненно предстоит широкое использование в технике;
но уже и в настоящее время радиотелеграфное общество Эрих Ф. Гут,
взявшее на себя коммерческую ѳксплоатацию этого открытия, выпу-
П. Флоренский.—Диэлектрики.
12
— 178 —
екает довольно много различных приспособлений, сконструированных
главным образом директором этого общества К. Роттгардтом и его
помощниками Фольком и Вабером. Роттгардт различает три типа таких
аппаратов: 1°, такие,' у которых соприкасающиеся поверхности
полупроводника и проводника во время работы аппарата находятся в
покое относительно друг друга; 2°, такие, у которых одна поверхность
постоянно скользит по другой поверхности; 3°, такие, у которых
полупроводник ограничен цилиндрическою поверхностью, так что контакт
может значительно изменять свою площадь. Вот беглый обзор этих
аппаратов:
1°. Приборы первого типа. Релэ. Оно обслуживает замыкание
местного тока, например, в вызывающи! звонках и т. п. Слабый,
порядка Ю-" А, ток удерживает пластинку, вращающуюся на рычаге
около оси, в оттянутом
положении, несмотря
на противодействие
пружины; разомкнутне
этого тока освобождает
пластинку, вследствие
чего замыкается
контакт звонковой цепн.
Чтобы получить новую
сигнализацию,
необходимо оттянуть
пластинку или устроить
автоматическое
оттягивание, например, от
тяжести подвешиваемой
телефонной трубки-
Натягивая пружину,
можно регулировать
прибор на уменьшение
разности потенциалов,
от 110 V до любого
значения. Чувствительность релэ не зависит от
сопротивления линии. Прибор требует мощности
всего в 10_1W.
Электроскоп. Он предназначен
определять, есть ли в цепн напряжение относительно
земли, и строится применительно к ходовым
потребностям техники на напряжения от СО V до
700 V. Полупроводник ограничен здесь выпуклою
поверхностью, к которой пристает,
соответственно изгибаясь, тонкая алюминиевая пластинка
(фиг. 73); если снабдить прибор еще контактом с, то электроскоп
может служить и в качестве релэ. Разрез электроскопа показан на
Ф п г. 73. Схема технического
электроскопа с полупроводником.
К полупроводппк: I гибкая
алюминиевая пластппва, соединенная
с землею; II металлпчеекая
обкладка, соедппеппая с испытуемым па
напряжение телом; с
присоединяемое к электроскопу, в случае па-
добностп, релэ. (По роттглрдту).
Ф п г. 74. Осевой разрез
технического электроскопа
с полупроводппквді, с коп-
струнрован но го Иопсвпом
п Рлпеком. Зпачепне букв
то же, что и на фпг. 73.
— 179 —
■чертеже {ф и r.Ji). Прибор имеет вид обычной ручки с запасом чернил.
Приставив острие к испытуемой поверхности и держа его за
металлическую оправу (иначе прибор не действует), наблюдатель видит в
окошечке верхней части электроскопа появление загнутого конца
•блестящей алюминиевой пластинки, если испытуемая поверхность
имеет электрическую разность в отношении металлической оправы
электроскопа, т. е. земли.
Как выяснено прямыми измерениями, ток проходящий через
технический электроскоп при напряжении 100 V, не достигает и Ю-8 А,
а сопротивление электроскопа—более 10е й. Порог чувствительности
зависит от вида напряжения, от направления оси эле:строскопа и, в
случае горизонтальности ее,—от положения алюминиевого листка
относительно вертикальной плоскости, проходящей через ось; но колебание
порога чувствительности невелико. Наибольшая чувствительность—
при горизонтальности прибора, когда при этом алюминиевая пластинка
:над полупроводником или сбоку от него. При малых напряжениях,
у порога, показание прибора не всегда верно, но при напряжениях
более высоких, особенно при разности не ниже 100 V, прибор
действует без отказа при всяких положениях. Униполярности действия
не наблюдается. К постоянному полю прибор чувствительнее, нежели
;к переменному. Нижеследующая табличка показывает испытание
порога чувствительности трех экземпляров (I, II, ІП) электроскопа
Йонсена-Рабека; тут слова «есть,» «нет» и т. д. относятся к показаниям
прибора, а числа—к соответствующему напряжению в вольтах.
положение электроскопа
вертикальное. . . .
горпвоптальпое:
(
алюминиевый листок: і
в) п it д полупроводнике»! 1
6) с б о к у от полупровод..'
в) (і о д полупроводппком .
порог напряжения в вольтах
напряжение постоянное
штифт —
1
30—31
30 ость
20
елегка
30 есть
20 пет
SO пет
[1
~31
20 есть
20
плохо
20 пет
Ш
—35
20 есть,
по пе
верно
20
НЛО КО
20 яет
штифт -f~
1
30—40
30 есть
30 есть
30 пет
[[
25—30
30 есть
25 вет
30 есть
25 пет
35 пет
111
35—45
25 есть
20
слабо
35 есть
20 пет
35 пот
напряж, переменное
шт п ф т —
Г
{5—50
при 40
еле есть
25—30
есть
25—30
есть.
40 пет
11
50—55
при 4С
еле есть
46 есть
40 есть
по пе
верпо.
40 есть
по пе
верно.
55 есть
но не
верпо.
Ill
40—45
40 есть
корошо
%
45 есть
45 пет
2". Приборы второго типа. Вызывной аппарат.
Это—сигнальные часы или релэ медленного действия, которые дают сигнал только
при достаточном сроке действия электродвижущей силы, при чем
•срок действия может быть регулируем. В этом приборе часовой меха-
12*
— ISO —
4 и г. 75. Полупроводящпй контакт с
цилиндрической поверхностью. Сбоку представлен
поперечный разрез. Ш агатовый пилипдр, Л
металлическая оси, М металлическая лепта, Е
вертикальная стоика. & ручка. (По К. Роттгардту).
■рая XI"""
л* ~ - ~ " —— р
О») " - - ■ ■ - ш ш -
_
£w"- — - — — ^ -
1пл_ , _
— *.--_» _|
'
. --?-
* 31.
о и го
j _._ __
;і
/
~ ~ і
::І „
..£
,
:::.і
f _
- -г
_ - 2г
і _
і::.._ :Ц.
: д
_ _.— — — _.—
] __
::!;_:
': "":.::._
д:; _
j ~~и_
г
— -"X
j 4|] 5
т
Ф н г. 76. Зависимость притягивающей
силы .Рот приложенного напряжения
V. Р%& У*. Гибкая металлическая
лепта охватывает агатовый цилипдр,
вращающийся па металлическое оси.
ІІзмерепия произведены помощью
прибора, представленного па фигуре 75»
(По К. Роптардту).
Ф н г. 77. Построение,
разъясняющее кривую фиг. 76. Сплошные
кривые а, Ь, с найдены вы чи
слепнем по формуле плоского
конденсатора, в предположен ни, что
полупроводящий контакт имеет
соответетвеппо зазор в '/м шш,
1/ш mm я 3І2п шш; пупктпрпал
кривая d представляет опьітпо
паЙдсппую зависимость
притягивающей силы от напряжения для
плоского конденсатора с
полупроводником; а жирно-пунктир пал
кривая в—ту же зависимость для
копдепсатора с цилиндрическим
пол упроводп и кои.
(По К. Ротттардту).
Фиг. 78. Схематический вид и разрез громкогово-
рпльппка с полу проводящим вращающимся цплип-
дром. Л металлическая ось, вращающая
полупроводящий пилипдр Ж.Ш гибкая металлическая лепта.
(По К. Роттгардті'),
— 181 —
ннзм вращает металлический диск. К диску прилегает насаженный
на ось вхолостую диск из полупроводника, удерживаемый
пружинкою. При возникновении электрической разности, диск из
полупроводника увлекается металлическим и поворачивает рычаг, который
через некоторое время опрокидывается и замыкает сигнализирующие
контакт. Эторелэ действует при токах 10-6~10-а А и пригодно, между
прочим, для телеграфирования токами высокой частоты или в
радиотелеграфе.
Вибрационный телеграф. Он несколько сходен с морзев-
ским, но пишет быстрее того и требует токов более слабых.
3°. Приборы третьего типа. Действующим органом приборов этого
третьего типа служит агатовый цилиндр с металлическою осью; к
цилиндру примыкает металлическая лента (фиг. 75). Ось и лента
сообщаются с источником напряжения, и тогда скольжение ленты по
каменной поверхности, при вращении цилиндра, весьма затрудняется. Ток
оказывается тут, при разности 220 V, равным Ю-4 А. Приставание ленты
достаточно, чтобы поднять 5 kg. Значит, для удержания груза, имеющего
массу 5 kg, требуется мощность S.10-1 W. На чертеже (фиг.
76)показана зависимость притяжения от разности потенциалов: сила
возрастает здесь почтіг пропорционально 4-ой степени напряжения.
Следовательно, расстояние между поверхностями очень быстро уменьшается,
когда возрастает напряжение. Чертеж (фиг. 77) наглядно показывает
4Т0 изменение между-контактного зазора: пунктирные кривые а, б, в
показывают вычисленную зависимость притяжения обкладок конденсатора
соответственно при неизменных расстояниях-^ ram, -у5„- mm и -^ mm;
сплошная кривая г показывает опытно найденную ту же зависимость
у контакта Йонсена-Рабека с плоскими поверхностями, а толстая
кривая д — ту же зависимость у полупроводящего контакта с
поверхностью цилиндрическою.
Быстро пишущий телеграф или быстро
действующее релэ и прочие приемники электрических
сигналов. Через вращающийся агатовый цилиндр перекинута стальная
лента, один из концов которой прикреплен к штативу посредством
пружины, регулирующей натяжение, а другой сообщается с коленчатым
рычагом. Электрическая разность между лентою и осью цилиндра
заставляет ленту прилипать к агатовой поверхности; тогда она
увлекается вращением цилиндра и приводит в действие рычаг. Понятно,
движением последнего можно воспользоваться для записывания
сигналов приемки, для телеграмм, для релэ и т. п. По Роттгардту, он есть
самое чувствительное из применяемых релу. Механическая инерция
может быть сделана здесь сколь угодно малою, а электромагнитная
(самоиндукция)—отсутствует; поэтому .такие механизмы могут быть
сконструированы сколь угодно быстро действующими. По мнении
изобретателя, легко осуществить запись 5000 слов в минуту. Кроме
того, слабость применяемых токов позволяет значительно экономить
— 182 —
на проводах. Напряжение сигнализации может быть повышаемо до-
желательной величины: трансформаторами, усилительными лампами
и т. п. Но есть и неудобство этих аппаратов с электростатическими
притяжениями: это именно—ничтожность расстояний, на которых
действуют притягивающие силы; там где расстояния не могут быть малы,
полупроводник не заменит электромагнита. Кроме того указывают и
на неустойчивость действия такого релэ в существующей конструкции,
и желательность придумать новую, более устойчивую.—Описанное
релэ применяется в радио-телеграфии, позволяя применять
наименьшее число усилительных ламп, и в частности уже с 1921 г. было
использовано в печатающем буквами радио-телеграфном приемнике
Копенгагенскою станцпею и в морзевских приемниках—другими станциями.
Громкоговорящий телефон. В этом приборе основной
орган остается тот же, но конец металлической ленты прикрепляется
не к рычагам, а к мембране, которая будет воспроизводить все
движения ленты и следовательно колебаться в соответствии с
воспринимающим микрофоном (фиг.- 78). В сконструированном громко
говорильнике мембраною служит дека мандолины. Вследствие своей толщины'
и крепости, она может выдерживать весьма большие колебания, а
следовательно и соответственно усиливать передаваемый звук. В
других случаях, вместо резонансового ящика, применяются особые
гребенки с продуваемым воздухом. Сила тока, требующаяся этому
телефону, равна і.іО-4А.
Усилитель напряжения. Еще одно приложение того же
эффекта сделано в 1922 г. Регенером, который использовал систему
полупроводников с приложенными металлическими пластинами для
производства высоких напряжений.—Схема такого прибора
представлена на ф и г. 79. Полупроводящая
пластина литографского камня В с одной
стороны посеребрена пленкою А, а с
другой—к It приложена медная пластина Сна
изолирующей ручке D. Ввиду тонкости
^и !Ш^^;Ѵг:>?Ш^^;^Йщ-^ зазора между БиО,в 0,005 ~ 0,01 mm,
; ^ емкость такого конденсатора весьма ве-
■„ I - лика. Следовательно, если сообщить А
с одним полюсом, а С—с другим и затем,
Ф и г. 79. Схема усилителя вал ряже- 0ТЪеДИИИВ С, ОТОрваТЬ ПРИТЯНУВШУЮСЯ
Еіія с полупроводником. Л и О об- ■"■ „
кладки, В полудроводшая пластина. ПЛаСТИНКу С, ТО раЗНОСТЬ ЛОТенциаЛОВ
Напряжение^ г подамветсл до к,. АиС увеличится в обратном отношении
уменьшения емкости всей системы. При
полупроводнике толщиною 11 mm и металлической пластине С
толщиною 4mm и поперечником 7 cm, зарядное напряжение ІіОѴ
повышалось настолько, что из диска С можно было извлекать искры в 1 cm
длиною. Приспособление такого же рода использовано, между прочим,
И. Крюгером в 1919 г. в конденсаторном электроскопе: обычный
непроводник заменен здесь тонким полупроводником из бумажного листа..
— 183 —
Е заключение дадим, по К. Б. Гогунцові', некоторое
историческое указание. Как обычно бывает в истории изобретений, и
статическое релэ было уже открыто до Йонеена и Рабека, а именно в
1889 г. Эдисоном и Гаммером, принцип же его был установлен
Эдисоном в 1872 г. и положен в основу прибора, который получил тогда
название приемник лютоіраф, т. е. записывающий движение. В
дальнейшем развитии, прибор приобрел вращающийся
полупроводящий известковый цилиндр, пропитанной щелочным раствором
фосфорнокислого натра, и скользящий платиновый контакт. Мало того,
прибор был применен, чрез присоединение контакта к мембране, к устрой--
ству громкоговорителя, и, по уверению Гаммера, такое
приспособление дает громкость, достаточную для 4000 ~- 5000 слушателей.
48. Поверхностный заряд и физические свойства поверхности.
а. Поверхностная электрическая плотность и капиллярность. По
мнению целого ряда исследователей (Гервига, Ч. М. Смидта, Никольса,
Кларка, Самуэля Дж. Барнета), заряженность жидкой поверхности
изменяет ее капиллярное натяжение, даже уменьшает его,
по Никольеу и Кларку, на 25%- Однако, опыты в этом направлении
были не безупречными. Ф. Мишб, опираясь на закон сохранения
энергии, доказывает, что подобной зависимости быть не может, п
подтверждает такое заключение опытами с различными
электролитами. Потенциал электролитической поверхности достигал у него
Ю 000 V, и чувствительность установки дала бы возможность заметить
изменение поверхностного натяжения и на 1:300 первоначальной
величины; но и такой вариации не обнаружилось. Отсюда он делает
вывод не благоприятствующий ионной теории вообще.
Действительно, поверхностное натяжение крайне чувствительно
ко всякому загрязнению поверхности. Следовательно, если бы
электрические заряды в наэлектризованном теле были связаны с
материальными частицами, то эти последние вместе с зарядами
привлекались бы электрическими силами внешнего поля к поверхности, и
следовательно капиллярное натяжение должно было бы измениться.
Но этого не наблюдается.
На эти соображения Мишо, Г. Гун указывает, что они направлены
не против ионной теории, а против распространенной мысли, будто
электростатический заряд электролитического тела состоит из ионов,
собравшихся, у поверхности. Мысль эта ложна, как показано Гун в
1910 г.; но, кроме того, и постановка опытов Мишо неправильна, потому
что концентрация ионов могла бы здесь измениться лишь на
величину меньшую 1:2000 первоначального значения, а это
обстоятельство не изменило бы заметно капиллярной постоянной. Итак, вопрос
остается нерешенным.
б. Эффект Пернинса. Зависимость сопротивления пленок
от их электризации была предуказана, как теоретический вывод
из электронной теории материи в 1908 г. Дж. Д?к. Томсонл; но экспери-
— 184 —
ментальные попытки в том же смысле Бозе и Поля еще в 1906 г. не
привели к положительным результатам. Зато новые опыты в 1921 г. Пер-
кинса не только установили изменение удельной поверхностной
проводимости тонких пленок от электризации их, но и обнаружили эффект,
в четыре раза превзошедший теоретически предвычиеленный. В виду
крайней важности эффекта Перкинса, опишем эти опыты подробнее:
Основную часть его установки составляет очень тонкий слой
золота на стеклянном диске 7 cm поперечником. Эту пленку Перкннс
готовит так: На указанный диск наносится «понопластическиэ, т.е.
катодным распылением, указанным в 1908 г. Леётгейзером, тончайший
слой золота, который взвешивается на весах Кюри; затем середина
диска прикрывается прямоугольным стеклышком и вновь подвергается
ионопластике, пока золотой слой не нарастится до толщины
практически непрозрачной. Затем, с двух противоположных сторон золото
проскабливается полосками, до краев диска. Таким образом получается
очень тонкий слой: золота, к сторонам которого примыкают два более
толстых слоя, образующие электроды; эта система заключена между
двумя золотыми же пластинками, несущими службу охранных
проводников. На золотые электроды накладывается оловянная фольга, затем
все прикрывается слюдяным диском толщиною 0,05 mm,
далее—латунным диском и подвергается сжатию. Получается конденсатор с
золотою обкладкою, которая вводится в витстонов мостик и помещается
в эксикатор. Одна из оконечностей золотого листка заземляется, а
латунный диск получает заряд от аккумуляторной баттареи, .примерно
до 500 V. Тогда золотой листок йолучает отрицательный заряд,
соответствующий падению потенциала ©—г. io*V: cm, где г=з есть
диэлектрический коэффициент слюды.
Металлическая проводимость обслуживается электронным газом.
* Отрицательная электризация металлической пленки присоединяет к
наличным свободным электронам металла еще электроны
заряда. Следовательно, электр-изация должна увеличить
его проводимость, причем относительный прирост
проводимости (Дк:и) должен равняться относительному приросту числа
электронов (&N:N). Число первоначальных электронов 2\г равно числу
атомов золота, ибо от каждого атома отщепляется по одному
электрону; иначе говоря, это есть т:А, где ш есть масса-всего золотого
сопротивления, а А атомная масса золота. Что касается до прироста
числа электронов ДА', то он равен заряду золотой обкладки
конденсатора, разделенному на заряд электрона е, называемый фарадвем,
(135) Ліу=_!.Т'.І
4 т; Іі е
где V есть напряжение, до которого заряжен конденсатор, 1ъ толщина
конденсаторного диэлектрика. Итак,
(ізо) *И=** =_!?_*.
у. X 4- hm e
— 185 —
Сопротивление слоя в опыте Перкинса было 15,7 Q (в 4 раза более,
чем если бы вычислять его по толщине листка). При заряжении
конденсатора, относительный прирост проводимости оказался в четыре
раза ббльшим вычисленного из соотношения (136). Это значит: если
настаивать на тождестве электронов проводимости и электронов
электростатического заряда, то на каждый атом золота электронов
приходится по крайней мере по четыре.—Еогда смысл конденсаторного
заряда изменялся, то никакого эффекта не было наблюдаемо.
Напротив, эффект оказался обратным, когда опыт был повторен
с тончайшим слоем графитового порошка, натертого на слегка мат-
тированное стекло. Тут отрицательный заряд увеличивал
сопротивление графита, а положительный—его уменьшал. С возрастанием заряда
возрастает д эффект, в линейной зависимости; но возрасташіе от
отрицательной электризации составляет приблизительно 20%
уменьшения от электризации положительной. Выходит, что
отрицательны й заряд тормозит механизм электропроводности
графита, тогда как положительный—облегчает его,—
вопреки обычному представлению электронной теории,—В частности,
можно указать еще, что £-лучи заметно не изменяют сопротивления
золотого листка, т. е. в пределах точности измерения (5 цЙ при золоте
и 10 \ііі при графите).
Такова работа Перкинса. Но ее нельзя считать окончательно.
установившею обсуждаемый эффект изменения электропроводности.
Попытка Ф. Венігера, Н. Л. Формлнл и Р. Р. Линдбергл поставить
опыт Перкинса в иной редакции привела к отрицательному
результату. Эти исследователи пользовались тонкого медиою проволокою
0,08 mm поперечником, образующею изолированную вторичную обмотку
трансформатора. Чувствительный гальванометр, последовательно
соединенный с этою проволокою, давал одни и те же показания, когда
потенциал проволоки был +6000 V и когда он был —6000 V, при
заземленной первичной цепи. Этот отрицательный результат
показывает, что изменение сопротивления, если оно было, оставалось
ниже 10,2 ;j.Q , даже когда градиент потенциала на поверхности
пьгл 15 kV:cm.
49. Фотоэлектрический эффект, а. Общее понятие. Под общим
названием фотоэлектрического оффекта объединяются обычно явления, в
которых световая энергия, падая на поверхность тела, возбуждает в
ней или внутри тела те или иные особенности электрических
процессов, вследствие светового отщепления электронов [17]. Так как световая
энергия при этом поглощается, то фотоэффект затрошвает
преимущественно процессы, связанные с поверхностью тела. Но и этіг
особенности и механизм явления в разпых случаях бывают весьма
различными. Формально можно установить некоторые важнейшие разряды
этого рода явлений, но такая возможность не означает еще, что ѵ. одну
рубрику попали явления действительно родственные физически.
— 186 —
Прежде всего нужно отметить, что наряду с обратимою фоіпо-
поляргш-щіей тела или фото-индутгивностыо, уже обсужденною [17],
мыслима и фото-коіьдуіапивтстъ, когда процесс отщепления н е
оказывается обратимым.
Весьма короткие электромагнитные волны, примерно светового
порядка, падая на поверхность некоторых тел, способствуют
прохождению электрического тока, и притом в двух смыслах: или
тангенциального к элементу поверхности, или—нормального к нему.
И то ж другое явление происходит в тонком поверхностном слое
вещества и, схематически говоря, состоит в высвобождении из атомов
их электронов. Тот и другой эффект известен уже давно н носит
название фотоэлектрическою. Но механизм этих явлении вероятно
различен. При нормальной электронной эмиссии, явление протекает
более чисто, поскольку выделенные электроны уже не
взаимодействуют с веществом. При тангенциальном же передвижении, они
остаются в самом веществе и могут производить вторичное действие.
Нормальная эмиссия электронов от световых и других тогочке порядка
волн возникает преимущественно в металлах. Открытая впервые
на цинке (эффект Герцл и эффект Глльвлксл), она повела в
дальнейшем к устройству фотоэлектрических элементов п
светочувствительные клеток со щелочными металлами. Но такая эмиссия
наблюдается также на твердых и жидких диэлектриках: Следствием ее
бывает увеличение проводимости прилегающего воздуха и потеря
заряженными телами отрицательных электрических зарядов.
С другой стороны, поверхностный слой диэлектриков (серы,
эбонита и др.) тоже увеличивает от действия света свою
проводимость и тем облегчает поверхностное прохождение тока и
перераспределение поля. А. Гольдмлн в 1922 г. обнаружил проникание, от
действия света, зарядов в серу, на глубину до 0,9 mm. Эбонит
оказался обладающим высокой фотоэлектрической чувствительностью,
порядка металлической; при этом ток в поверхностном проводящем
слое при освещении не подчиняется закону Ома.
Фотоэлектрический эффект, как нормальный, так в особенности
тангенциальный, может иметь большое значение в изоляционной
технике, деформируя поля, изменяя проводимости, как самого изолятора,
так и окружающего его воздуха, способствуя утомлению диэлектрика
и т. д.
б. Алмаз и другие кристаллы. Из веществ ничтожной проводимости
особый интерес в отношении фото-электрического эффекта"
представляет алмаз, как тело простое, стойкое и весьма чистое, и
химически и оптически. Проводимость алмаза под действием света
исследовали в 1922-п 1923 гг. Гудден и Р. Поль. Они измеряли отношение
прошедшего через алмаз количества электричества—к количеству
падающей на него световой энергии п вычертили крігвую этой
величины в зависимости от длины}~ волны падающего света. Эта последняя
менялась в пределах 600^190 |іи.; толщина алмазного слоя была 1 mm,
— 187 —
а напряжение электродов держалось 620 V, Оказалось (фиг. 80), что
в пределах Х = 600~250 н-р. кривая означенной зависимости
поднимается, по образцу нормального фото-электрического эффекта, но при
>.—226 jxjj. имеет вершину, после которой быстро спускается.
Кривая а относится к образчикам алмаза чистой воды (два образца),
которые начинали флуоресцировать голубоватым светом при a = 3<>5ij.|i, a
кривая 6 относится к алмазу менее чистому, флуоресцировавшему
при X = 226 пр.; вероятно из за поглощения световой энергии кривая 6
имеет ■ максимум при X = 230 jajj-. Подобным ;тсе образом обследоваваны
теми же лицами и другие чистые кристаллы: сернистый цинк, в виде
цинковой обманки, киноварь, светочувствительность которой
открыта в 1915 г. Фольмнром и др.,—в отношении световых лучей, и
кристаллы группы II (см. [17]), содержащие примеси: хлористого натрия,
углекислого натрия, кремнезема, азотнокислого свинца, сернокислого,
свинца, сернокислого натрия, сернокислого бария. Кроме того, до ник
обследованы были
чувствительность к
рентгеновским лучам: кварца —
'А. Иоффе в 1906 г.,
известкового шпата — Б. К.
Рентгеном в 1907 г.,
каменной солп, сильвина и
плавикового шпата —
Рентгеном же—в 1921 г.,
п-параффина.
в. Селен и подобные
вещества. Наиболее
известна светоэлектрическая
чувствительность
селена. Но, несмотря на
полувековую давность
(явление открыто Майей в
1873 г.) и бесчисленную
литературу, посвященную
селену,
фотоэлектрический эффект его нельзя
назвать ясным, потому что совокупность физических и химических
явлений в селене вообще весьма сложна. Существует несколько
объяснений, отправляющихся от тех или иных химических или
полиморфически превращений селена, но пи одно ии них не сделалось
общепризнанным. В точности известно лишь, что селену свойственно
аллотропическое многообразие: по новейшим исследованиям, нужно
различать, главным образом: 1п, хорошо изолирующую
аморфную разновидность селена Se, красного цвета, стекловидную
красно-черную или в виде тонкого порошка и 2°, проводящую
кристаллическую разновидность серого цвета Sea, Аморфный
Q-ccd
>|1||,
Ф и г. 80. Свстоэ^вктрмческал про води л ост г. алмаза
(вырн;гоппая числом протокшпх кулонов на калории)
падающей световой энергии), в зависимости от длины
волпы падающего света. (По Б, Гѵддипу и Р. Полю),
— 188 —
иелен нечувствителен к свету, а кристаллический—-чувствителен.
Он. существует в разных видах, получающихся из аморфного
прогревом при той: или другой температуре и в течение того или другого
времени. Действие температуры приближает селен к металлу и
сообщает ему большую проводимость. Исследования г. Пелабонл в 1921 г.
показали, что можно получить образчики селена, сопротивление
которых изменяется в пределах между несколькими омами и
несколькими миллионами омов. При этом выяснилось, что серая
разновидность состоит из двух видоизменений, лР, из которых одно во
много раз бблее проводяще. Светочувствительность селена вообще
чрезвычайно зависит от способа изготовления селенового столбика,
состояния его поверхности, примесей к селену и многих других
условий. В некоторых случаях может даже получиться обратная
светочувствительность, т. е. увеличение проводимости при освещении.
Отчасти это объясняется аллотропическими превращениями
селена. Переход селена в разные виды характерно сказывается изменением
его сопротивления с ростом температуры. Так, по Г. Пеллбону (1921 г.),
при точке кипения 690° селен'представлял сопротивление SS й, тогда
как при 390° оно было 76 650 іі, а при 300° проводимость была
наименьшею.—Знать зависимость сопротивления селена от температуры, между
прочим, необходимо и для более точного учета фотоэлектрического
эффекта. В 1921 г. такая работа проделана Снег.шоем Даттою.
Результаты ее: При повышении температуры от 0й до 200°, сопротивление
падает в параболической зависимости от температуры; так, для одного
из образчиков в температурном пнтервалле 0е ~ 170° сопротивление
уменьшилось от 66.10s Q до 2,105 Q. Та часть фотоэлектрического
эффекта, которая может быть приписана нагреву, не достигает и 0,04
полного изменения. Важно отметить, что в момент изменения
проводимости от нагрева кристалл селена изменяет и свой цвет.
Глубина слоя селена) изменяющего от света евого проводимость,
определена Ф. Ч. Броуном в 1914 г. приблизительно в 0,014 mm;
следовательно, у селена имеется типичная поверхностная проводимость.
Что касается до порядка вариаций проводимости, то сопротивление
неосвещенного селена было определено в 1914, 1915 г.г. Э. Д. Дит-
рнхом, как<-ѵЛОвѲ, а при освещении уменьшилось в 5 раз. Для
величины относительного прироста АН сопротивления селена в
зависимости от освещенности его J, давались различные соотношения:
(138) — — G.J'- (Россе, Адамг, Берндт);
Jo
.,,... АЕ ТѴ. (Сюігснс 1Я74 г. и
(Ш) - #=*.» Гшшт, 1!Ю41,0
(ПО) _?£__Cij-.i где « вообще шічтол-іго ■ (М. ДІПЕІШШ, 1908 Г.)
]t
(141) J*— Ьѵ.(у. — л) (АтАНлоилдиг, 1930 г.)
Я этих формулах АН есть.прпрост сопротивления в процентах, a J шли
евг'та. Н. Гвзехус в 1KS3—1906 г.г. теоретически обосновал и точно
— 189 —
развернул формулу Сименса (139), дав степенной ряд со многими;
постоянными.
. Фотоэлектрическое действие селена запаздывает, равно каіс
запаздывает и возвращение селена к первоначальной проводимости.
М. ШпЕРЛЕНг и Никольо в 1907 г. дали зависимость запаздывания в виде:
(142) /*оевеіа —"темя ) а ~ = постояппая (при истечении 40 сек.).
Весьма важное обстоятельство: светочувствительность селена возрастает
с напряжением поля. Если обозначить чрез St сопротивление селена
при разности 1 вольт, сопротивление селена при V вольтах чрез Еу,.
то по Э. Фурнье д'Альбу (1912 г.):
(143) (Д, - By): f== li, log V , (f= ОД ^ 0,5)
где f есть постоянная, меняющаяся для различных селеновых
столбиков. Эта формула исследована при температурах от —182° и до -|-100°
и при напряжении до 100 V.
Аналогичный селеновому эффект установлен у многих других
веществ: у сурмяного блеска (антимонит)] серы (здесь он
считается связанным с образованием сернистого ангидрида SO,), у фос-
форно-кислых щелочей, у галоидов серебра, у оки-ск
меди и меди йодистой, у жидкого серного ангидрида и
пр. Исследована также изменчивость светочувствительности селена и
других веществ от периода падающих на них волн.
В 1918 г. было предварительное сообщение о работах В. Казл,.
наблюдавшего ряд веществ при постоянной разности 110 V.
Фотоэлектрический эффект установлен у минералов: висмутита (Ві3 S3),
аргентита (AgsS), галена (PbS), аиантита (AgsS), пеарцеита (AgBAsS6),
миаргирита (Ag SbaSa), жамесонита (Pbs Sba Ss), бурнонита (Cus Pba Sba S6),
буланжерита Pb3 Sb4 Su) и т. д. Наиболее привлекли внимание
сернистый висмут и двойное сернистое соединение сурьмы и свинца.
Так, один образчик последнего вещества 1 mm х Ю mm, при переходе
от полного солнечного света к темноте изменил свое сопротивление
на 50007fl. Между прочим, двойное сернистое соединение сурьмы и
свинца, в отличие от селена, имеет выгодное свойство не утомляться
и заметно изменять свое сопротивление также и при слабых
колебаниях яркости света.
Тангенциальное изменение проводимости искали также у
металлов. Но в толстых слоях металлы, при их большой проводимости, не
позволяют конечно и надеяться заметить фотоэлектрический прирост
поверхностной проводимости, хотя бы он и происходил на самом деле.
Но не обнаружено такого прироста (с точностью до rt 0,002%) и в
тонких металлических пленках (Бедекер, ]903 г.), вопреки
утверждению А. Анцеля (1903 г.).
г. Действие света на суспензии. Фотоэлектрический эффект с его
последствиями должен иметь особое значение там, где поверхностт
весьма велика сравнительно с массою тела. Поэтому, заранее еле-
— 190 —
довало ждать интересных наблюдений над действием света на среды
высокой дисперсности. С ]901 г. было известно, по
наблюдениям Квинке и Эрингдфта, что суспензии имеют иногда
положительную, иногда отрицательную фототропцю. Б 1922 г. Р. Одюбер изучил
этого рода явление систематически, преимущественно на суспензиях
серы. Итоги его таковы: свет оказывает действие на процесс
созревания серных суспензий, как полученных химически, так и физически;
равным образом он действует на адсорбционное равновесие различных
ионов (водород, алюминий, барий, магний, таллий и калий) с зернами
гуммигута и мастики. Созревание серной суспензии изучалось со
стороны оптической абсорбции, электропроводности, величины зерен
и их подвижности. Поглощение указанных ионов зернами мастики и
гуммигута изменяется действием света, на протяжении видимой части
спектра, двояко: одни радиации ускоряют процесс, другие
же—замедляют его. Зерна серы в фиолетовом свете растут быстрее, нежели в
темноте, а в темноте быстрее, нежели в свете красном. Точно также,
волны малых длин увеличивают адсорбцию ионов зернами мастики и
гуммигута, тогда как более длинные ее уменьшают. Между этими
двумя видами радиации есть радиация бездейственная; измерения
показали, что всякий раз это есть та самая радиацпя, которая
наименее поглощается суспензией.
Согласно выведенной в 1871 г. формуле лорда Рэлея,
коэффициент световой передачи, т.е. отношение интенсивности J
пропущенного средою света к интенсивности падающего J~„, есть
Т -Л
(1«) ~=в >■"",
где 1 длина волны, А функция концентрации среды и диаметра
частиц, п показатель, характеризующий рассеивающую способность
среды, причем Лжп суть функции времени (ф и г. 81 и ф и г. 82). Теперь,
вр£мя в ѵ-гсях
Ф и г. 8J. Интенсивность пропускаемого серною суспопапего света в зависимости
от времени^ созревания суспензии от действия света же. Сплошная кривая отпо-
■сится к действию красного света (А = 0.644/*), а пунктирная—голубого (А =»
= 0,498(11). (По Р. Одюнеіѵ).
— 1И —
если м>0, то среда поглощает преимущественно волны
короткие; она—на просвет красная;
если и = 0, то среда поглощает одинаково все волны; она — на
просвет белая;
если и<0, то среда поглощает преимущественно волны
длинные; она—на просвет голубая; .
У сред с весьма малыми частицами м^-|-4 (небесная синева).
У сред со сравнительно большими частицами «^ — 2.
Если вычертить кривую п в зависимости от времени (фиг. 82), то
минимум ее приходится на том моменте, когда начинается
створаживание суспензии. Восходящая ветвь
после этого момента представляет
уже мало интереса. Наиболее же
интересная, нисходящая, ветвь
кривой может быть выражена функцией
іь
+ 1
{145) log (и„ — п)— постоянная-f-log';
ИЛИ
(146)
, — п — К. ъ?
2.
в
-1
а.
Г I F Г
'о ги
»-
время в ча. с^ х
ів
Фиг. 82, Графы яввіісгеиостц показателям в
(144) от времепіі. Кривая а отпосптся к
красному свет;', а 5 к годубоцу. (По Р. Одюверу).
Здесь п„ есть начальное значение
показателя п, р есть характерная
постоянная, не зависящая от
условий изготовления суспензии, тогда
как коэффициент 1С изменяется
вместе с ними-
Микроскопический анализ показывает, что зернышки серы точно
сферичны и имеют все почти одинаковый поперечник. С течением
времени этот поперечник растет, сперва быстро, затем медленнее;
наконец зернышки перестают расти, но склеиваются попарно, далее'
•склеиваются между собою эти пары, суспензия створаживается, и
образуются хлопья. Закон возрастания поперечника частиц выражается
соотношением:
(147) й—Ъ = Л(\-се-ъ*) .
А для малых значений ? закон сводится к
(148) d = d0-\-bn ,
где d0 есть поперечник частицы в нулевой момент времени, a d
поперечник ее в момент ■:. Оба эти закона легко выводятся теоретически.
Явления абсорбции вещества не мгновенны и обычно
представляются соотношением:
(149)
и=иЛ1-е
-Вт
где U есть количество вещества, поглощенного единицею поверхности
от нулевого момента времени до момента ?, а Р"оо есть полное
количество вещества, которое моясет поглотить данная поверхность.
Теоретический анализ, приводящий, как и опыт, к соотношению (14S),
— 192 —
показывает, что угловой коэффициент Ь независим от условий
образования суспензии и зависит только от природы ядра, тогда как
свободный член й"„ есть функция способа образования. Как указано,.
ВРЕМЯ
ЧАСАХ
Фяг. 83. Грифы зависимости показателя я от времени. Сплошная толстая кривая
•тносится в совреванню суспензии под действием красного света, пунктирная—
к созреваппю под действием голубого, а топкая сплошная— к созреванию
контрольной вмульсин в темноте, (По Р. Одтовиру).
> ., зерна суспензии под действием коротких,
волн растут быстрее, нежели под действием,
волн длинных. Вязкость суспензии от
созревания не изменяется.
Заранее должно предвидеть, что
созревание суспензии, изменяя состав междуядер-
нон жидкости и степень дисперсности среды,
должно изменять и проводимость ее с течением
времени (фиг. 84). Если суспензия в 1 cm8
содержит If зереи объема ? и с зарядом е,
имеющих в жидкости подвижность и; если,
далее, междуядерная жидкость обладает
проводимостью хх, то проводимость суспензии
1
ч?
*,
4
V.
U
ч
t
5
ь
^
а.
с
■
і
ѵ
\ J,
\ j
\ f
\ /
\ /
\ь^/
ЧДр^
і г. з ч s- e
врепя а чае.а.х
Фяг. 84. Проводимость серпом
суспевзип в зависимости от
времени. {По Р. Одюеерг).
дается формулою:
(150) х = Л-/2 +ѵ
у.хЩ,
где хи есть проводимость отдельного зерна. За недостатком точных
данных проверить эту формулу численно невозможно. Но опыт пока-
— 193 —
fM
зывает что: 1", проводимость суспензии, т. е. самых зерен, как функция
времени, остается в точности неизменною; 2°, проводимость
междуядерной жидкости быстро убывает, проходит через четко выделенный
минимум и затем медленно растет, асимптотически стремясь к
предельной величине. Существование этого минимума несомненно связано с
максимумом, через который проходит полная поверхность зерен; тогда
концентрация растворенной серы делается малою, осаждение ее на
зернах почти прекращается, а зерна начинают склеиваться между собою.
Этому максимуму поверхности зерен должна соответствовать и
максимальная ионная абсорбция.
Действие света на
проводимость
междуядерной ясидкости выражается
следующим течением
кривых \ = f(т): касательная
в начале к этим кривым
наиболее наклонна у
суспензий, подвергающихся
действию коротких волн
и менее наклонна при
действии волн большей
длины; контрольная же
кривая суспензии, держи-
мой в темноте,
располагается между двумя
предыдущими (фпг. 85).
Минимум достигается,
соответственно наклону ка-
еатёльной.проводимостыо
суспензии контрольной
прежде, нежели
суспензии в голубых лучах, а
пров одимо стыст" суспензии
в кр асных лучах — бы-
ВРЕПЯ
ЧЯ.СЛК
Ф и г. 85. Проводимость ыеждуядѳрпоіі жидкости от
серной емульспн в зависимости от времени. Сплошная
толстая кривая относится к созреванию эмульсин под
действием крпспого света, пунктирная — к созреванию
под действием света голубого, а тонкая сплошная —
к созреванию эмульсин контрольной в темноте.
(По Р. Одюберг)
етрее, нежели суспензии контрольной. Объяснение этого процесса, по
Одюберу, состоит в том, что короткие волны увеличивают скорость
возрастания поверхности зерен и потому в обратном смысле изменяют
проводимость междуядерной жидкости; красные же волны действуют
обратно.
П А. Флоренсинй.~Диэлектрики.
IS
V- Диэлектрическое рассеяние энергии.
50. Аномалии диэлектриков. Первоначальное понятие о
диэлектрике характеризует его единственным признаком —
индуктивностью, и ток через конденсатор е таким диэлектриком оно считает
чистым емкостным током. Такой диэлектрик можно назвать
схематическим или отвлеченным. Если конденсатор с таким диэлектриком
совершенно разрядить, в течение долгого времени держа его обкладки
заземленными, а затем одну из них внезапно сообщить с источником
постоянного потенциала У"0, то возникает емкостный ток <Гг (-),
называемый нормальным, который удовлетворяет уравнению
гдр Е сопротивление провода, L его самоиндукция, а С емкость
конденсатора. Как известно, этот ток Jx будет быстро убывать,
стремясь к нулю, или простым нисхождением (если Ls—jCR<0), или
затухающими волнами (если L1 — і СЙ>0). Через время т = со ,^="0,
а заряд конденсатора Q = CVQ. Подобные же явления возникнут при
разряде конденсатора (ток Ji = 0).
Наряду с этим устанавливается более сложное понятие
диэлектрика, учитывающее также его кондуктивность; в таком
диэлектрике ток слагается из вышеупомянутого кратковременного тока
смещения Jt и тока проводимости aL. Такой диэлектрик- называется
идеальным или совершенным, а ток через него — нормальным заря-
эісающим током, Тг (^). Этот последний слагается из нормального
емкостного тока Jr и нормального тока проводимости aL.
(152) 'iW^W + o,-
Газы при небольших градиентах поля могут быть с некоторым
приближением подводимы под понятие схематического диэлектрика, тогда
как некоторые твердые диэлектрики, преимущественно пара ф-
ф и и, отчасти удовлетворяют понятию диэлектрика совершенного.
Однако" большинство твердых и жидких диэлектриков
обнаруживают свойства, не укладывающиеся ни в то, ни в другое понятие
диэлектрика. При зарядке конденсатора, потенциал обкладки устана-
— 195 —
ВР£МЯ
вливается не сразу (туг имеется'в виду не вышеупомянутое
кратковременное явление установки емкостного тока); через конденсатор
проходит ток, убывающий со временем и называемый аномальным за-
■ряжающиль шоком, 1"г (-). Можно представлять себе смещение
диэлектрика 3) состоящим из двух слагаемых, из которых одно фо;,
устанавливается практически мгновенно, а другое фг имеет отрицательное
значение и асимптотически убывает до нуля (фит. 86). Если же пользоваться
нашими прежними
обозначениями, то тогда придется
сказать: аномальный зарядный ток
■слагается из трех токов, двух
вышеупомянутых нормальных
ті одного аномального:
О 63)/г С) = Л <*) + «!+*,(*
При разряжении конденсатора
тоже возникают некоторые
сравнительно длительные
процессы. Так как потенциалы
■обкладок тут равны, то
нормального тока проводимости
теперь не будет, и следовательно
054) Л(,)=[/)(т)_1_Уі(т).
Аномальный разрядный ток Уг (т) может протекать различно. В одних
случаях,,аномальный зарядный ток оказывается необратимым, и тока
обратного и равного ему по величине не возникает;, тогда не
получается обратного переноса
электрических масс и
соответственного выдел ешгя
энергии. В других
случаях, зарядный
аномальный ток обратим; тогда
возникает нечто вроде
электрического
последействия, с обратным
переносом электрических
зарядов, хотя и при ином
обороте энергии, поскольку
нет электродвижущей
■силы источника.
Фиг. 81і. Диэлектрическое еаещенпе ® как
разность предельного слеідеіпш Фсо и убывающего
со временем ©! (г). (По К. В. Влгперг).
- ■ - .—. . ■ ■ ^—*; — — '—— "
—_ . — І % 5
Ягеия ві чаііяь.
Ф и ѵ. 87. Обратный шіо.ч&лышіі ток г пластинке
серы, ионизованной радием. Зав йен но ста силы токи,
(По 1. Ф. Кязобржискому).
от времени.
На фиг. is? и фиг. 8s представлены графы аномальных токов
в сере и в известковом шпате, по наблюдениям Ч. Ф. Бялобржеского
п А. Ф. Иоффе).
Понятно, в первом случае всякое новое возбуждение
диэлектрика находит его в том же состоянии, что и предыдущее (предполагаем
13"
— 196 —
so
50
Я0
3D
го
№
я
20
JO
so
60
L.
^
\
4
V-
» югозо'Ш&т'/озозоюогюи
усотц
*»
)
/
■
1
H*
у
1л
Ф h г. 88. Прямой и обратный ток в кристалле
известкового шпата. (По А. Ф. Поффе).
достаточное охлаждение диэлектрика); диэлектрик не имеет «памяти»
своего прошлого, и потому .электрические силы не сталкиваются с
его «электрическою историею». Такое смещение может быть названо
вязким; соответственно с этим, и гистерезис в нем носит название
вязкою гистерезиса. Необратимый аномальный ток, в его зависимости
от времени, может быть выражен эмпирическою формулою
(155) Yt(i)=S.^,
где Б и т
постоянные.-—Необратимые токи
свойственны главным образом
диэлектрикам жидким и
пористым пли волокнистым
диэлектрикам твердым;
такова бумага. Вероятно здесь
ведут к необратимости тока—
жидкости, пропитывающие
такие тела, в частности влага.
Во втором случае, при токе
аномальном обратимом,
всякое новое диэлектрическое
возбуждение имеет дело ■ с
диэлектриком не в первоначальном его виде, а уже с измененным, и
следовательно имеет пред собою факт прошлой электрической истории
диэлектрика, принципиально говоря — с момента его изготовления или
возникновения. Такой диэлектрик похож на упругое тело.Основной
закон, характеризующий обратимые аномальные токи, опытно
установлен Дж. Гопкинсоиом в 1876г. и Ж. Кюри в 1889 г.; это—так
называемый закон наложения или принцип суперпозиции. Он заключается в
независимости друг от друга действий разных причин,
вызывающих аномальные токи. Иначе говоря: если на
диэлектрик наложено несколько электродвижущих сил, каждая в свое время
(снятие некоторой электродвижущей силы может рассматриваться как
наложение равной, но противоположной ей по смыслу), из которых
каждая вызывает в нем аномальный ток, то каждый из аномальных
токов проходит, изменяясь со временем т&к же, как если бы других
аномальных токов вовсе не было; результирующая сила всех
аномальных токов в каждый момент времени равна алгебраической
сумме всех токов, какими они* были бы, каждый порознь, в данный
момент, если бы в свое время была наложена только одна
электродвижущая сила, возбуждающая данный ток.
-Графически, закон наложения наглядно поясняется чертежом
(фиг. 89). Пусть в некоторый момент -=^^0 возникла
электродвижущая сила. Тогда появляется аномальный прямой ток, падающий со
временем; зависимость силы его от времени представлена кривою I.
Пусть теперь в момент т = тА появилась новая электродвижущая сила
— 197 —
возбуждающая второй аномальный прямой ток, графически
представленный кривою И; при этом мы предполагаем, что первой злектро-
двнжущей силы и первого тока вовсе не было. Закон наложения
гласит о том, что при совместном действии тех же двух
электродвижущих сил, возникших в соответственные же моменты времени, сила
полного тока, возбужденного при таких условиях, выражается
кривою Ш, ордината которой в каждый момент времени получается
простым сложением ординат обеих кривых I и II в данный момент. .
BFitm.
Фиг. 89. Диаграмма, поясняющая закон наложения обратных аномальных токов.
Кривая I показывает течение аномального тока F, . Кривая II—таковое же
тока F3 , если бы он возник самостоятельно в момент ік . А крпвая III
покапывает течение совокупного аномального тока; он равен У] -f- У2 .
Все сказанное относится не к двум только, а к любому числу
накладываемых в различные моменты электродвижущих сил.
Изменение аномального тока со временем не зависит от других
электродвижущих сил и выражается всегда одним и тем же законом
<156) Г=р.С.Р.т(т),
где р материальная постоянная, характеризующая вещество
диэлектрика, О емкость конденсатора, V электродвижущая сила;
следовательно величина СУ характеризует емкостный ток, а аномальный
пропорционален емкостному. Зависимость аномального тока от времени
для всех диэлектриков, по этому закону, одна и та же; но время
всякий раз должно отсчитываться от того момента -^., когда к
начальной электродвижущей силе прибавился некоторый прирост ее AtV.
Следовательно полный аномальный ток в каждый момент выражается
суммою
(157) Г, = Р(.) = рО{Г0?Сх) + \ГвСт—tl) + ijr?(x-Ts)+ }
или
(158) Г3 = р С V, ф (т) + р С]>> Д, Г 9 (х - Ч) ■
— 198 —
й Если электродвижущая сила меняется непрерывно, как функция
аргумента «, под которым разумеем начальный момент действия
некоторого прироста ее, то сумма правой части (157) обращается в
соответственный интеграл:
(159) Ts=pcJi^-?(T-«)dn
—со
Полный же ток получится чрез присоединение к аномальному току
еще соответственного тока проводимости ■/. V (т) и тока емкости С -■= - ?
почему в каждый данный момент т полный ток I
(160) /T = KF(t) + ci^-+^f?-¥,W+f-^-Pfr-?('-'*)d«.
Так выраженный, он есть все же лишь приближение к
действительности, потому что при непрерывности изменения электродвижущей,
силы необходимо считаться еще с токами самоиндукции. Формула
(160) есть интегральное уравнение, которое позволяет определить
функцию о, если известны из опыта V ъ I, как функции времени т, илте
наоборот—определить V, если известны I и ?.
Решаемая вполне строго, хотя бы даже и в упрощении,
даваемом уравнением (160), эта задача была бы весьма трудна, поскольку
диэлектрический коэффициент г, а следовательно и емкость С, равно
как и проводимость у-, зависят от V п, кроме того, завися от темпе ■
ратуры, являются функциями I. Но, практически, их принимают за
величины постоянные; кроме того, V чаще всего принимается сину-
соидным:
(161) 7=Г(,8ІП^=Т^8ІПшті *
где шесть угловая скорость, пли пулъсагьия. Все это несколько
упрощает дело*.
Вопрос о виде функции » (напоминаем, что она относится лишь к
обратимому току) обсуждался неоднократно. Ряд исследователей (Коль-
рлуш, Гопкинсон, Гизе, Ж. Кюри, фон-Швпйдогер, Иордан и др.) считал
возможным применить здесь степенную ■одночленную функцию-
(162) ?(,) = Ъ,-т И ■
Эта формула удобна для проверки; нанося опытно-найденные
величины » и х на логарифмическую сетку, мы должны полунить
прямую вида
(163) log ср (т) zz: постоянная—m. log" ,
что в значительной мере подтверждено опытом. При этом, с
повышением температуры эти прямые смещаются параллельно себе, вверх.
Предлагались также иные зависимости, более удовлетворяющие
данным опыта. Таковы:
(164) ?[-z) = ae~bz" Ш) (Ж. Кжи'Ю
— 199 —
(165)
(166)
,(т).
Я
?м=ь+-*+е
(III) (Ж. Кюри, фон Шві'Ж-
длкр, Г. А. Вильсон).
(IV) (Троутон и Ресс).
Диэлектрический пгстерезис должен сказываться в тех случаях,
когда силовое коле в отношении диэлектрика изменяется; это
изменение может быть или по координате времени, когда изменяется
напряженность электрического поля, или по координатам
пространства, когда имеется относительное движение диэлектрика и
силового поля. При этом, и то и другое изменение могут произойти
либо внезапно, либо быть дліг тельным и. Важный практически
случай длительного изменения—это изменение периодическое. Таким
образом возникает классификация явления гистерезиса:
Характер н з-
м е іі е л п я поля.
Внезапное.
Непрерывное.
Периодическое.
Изменение поля во
времен іі.
Резкое палоікеппе или снятие
электрода к ;к у щей силы.
Интенсивность поля есть некая
непрерывная функция времелп.
Интенсивность ноля есть
периодическая функция времени (в
частном случае еннусопдная).
II з м е п е іі и с поля в
пространстве.
Резкий сдвиг диэлектрика в
силовой поле нэп силового ноля —
относительно диэлектрика.
Диэлектрик двнл;етсп в ноле
или поле движется и диэлектрике.
Диэлектрик периодически
движется в поле пли поле
периодически движется в диэлектрике (в
частпом случае—вращается).
При синусоидном периодическом изменении поля, в
диэлектрике возникает периодический ток, который может быть
представлен как геометрическая сумма и двух периодических токов — тока
индуктивности и тока кондуктивности. Периоды их те же, что и —
электродвижущей силы, т. е. Т, но фазы разнятся на ~, ггбо ток смещения
наиболее силен при наименьшем значении электродвижущей силы,
а ток проводігмости—прп наибольшем. Следовательно, один ток
выражается синусоидою, а другой — косинусоидою. Амплитуды
колебания их, вообще говоря, будут различны, Ж и N. Итак;
(167) І(Т):
Если положить
■М cos
2ігт
-.Wsin
т
(168)
I
(169)
ТО
М— .Гц cos о и ІѴ = 7U sin о ,
(170)
tgS =
2L
— 200 —
2к?
■ Ія sin S sin
2*-c
-Jncos
2т.~
..).
Следовательно
(171) I(-c)=:I0eosScos—rp— |---„.««»«,«- ™ —*0™B.--jp-
Иначе говоря, мы можем считать, что амплитуда полного тока
осталась неизменною, но фаза сместилась на угол S. Это есть угол ди-
электрических потерь. Если электропроводность
диэлектрика—нормальная, т. е. подчиняется закону Ома, то можно полояотгь
(172)
(178)
М^Щ-С.Ѵ,
Л =
СУЛ
амплитуда тока смешении
амплитуда тока проводимости
2Т*
1
27
т
Поэтому
(174) tg3 =
где Т есть релаксация [18].
Следовательно, при периодическом поле, в диэлектрике с
обратимым током, работа сил поля за один цикл есть
(П6)
АТ = \ rW.IW^=-2-re7eT8inB=^Foa Су Г
т.е. пропорциональна квадрату максимальной
электродвижущей силы и обратно пропорциональна
релаксации; кроме того она
пропорциональна емкости примененного конденсатора.
Наконец, ради полноты обзора
требуется упомянуть еще о двух
аномальных явлениях диэлектрика, а именно о
дисперсии и об абсорбции
диэлектрическою средою коротких электромагнитных
волн; но этот вопрос уместнее
рассматривать в теории быстро-переменных
полей, нежели при обсуждении
диэлектриков. Однако, необходимо иметь в виду и
техническую небезразличность этих
явлений; так, собственные периоды
колебания диэлектрика могут при известных
частотах колебания контура вызвать
особенности, обычно не учитываемыя [596,62]
Аномальные явления диэлектрика,
объяснялись различно; но до сих пор
нет еще прочно установившейся теории
этих явлений. Нужно думать, факторов
аномального поведения диэлектриков
много, и в разных случаях на первый
план выступают то одни, то другие.
Наиболее разработан тот взгляд, по которому
аномальное явление причиняется не-
Ф fi г. 90. Векторная диаграмма диэ-
іектрнческнх потерь. JE вектор прн-
іожеішого напряжения. Іа вектор
соответственного емкостного тока в
схематическом конденсаторе. Jn ток
поел едействпя, отстающий от.Г„ па угол
о. I ток, получающийся от
совместного действия Ів и 7м, опережающий
вектор напряжения Е на угол ір; 3
есть угол дналектрнческон потери.
It, ток проводимости, совпадающий по
фазе с _#, J, тОк от совокупного
действия всех факторов, отстающий от
емкости на угол &%. Ток последействия
1и разлагается на слагающую 1с,
увеличивающую ток емкости, и
слагающую Ту, увеличивающую тоі;
проводимости. (По Л. Швапгерг).
— 201 —
однородностью строения диэлектрика, когда он слоист (ли
стоват), волокнист или зернист. Теория гистерезиса в диэлектриках,
отправляющаяся от такого объяснения, развивалась многократно:
Млксвеллем в ч 1873 г., фон Швейдлером в 1900 г., К. В. Вагнером в
1917г. и другими, но, несыотря^навнимательные и достаточно
громоздкие математические анализы этих процессов, тут требуется
дальнейшая работа.—Другое объяснение обращается к аномалиям
проводимости и, наконец, третье имеет в виду аномалии
индуктивности. Указывалась необходимость принять во внимание
ионную проводимость; этот подход разработанДелафильдом дю Буа
в 1922'г. иГранье в 1924 г. [62].—Наконец, недостаточно учтено еще
значение в этих процессах электрических диполей.
51. Расширенное понятие емкости. В схематическом конденсаторе
развиваются процессы одной только индукции, п вполне отсутствует
кондукцпя; поэтому электрическое смещение в точности совпадает
с вызывающей ее причиною—электрическим напряжением, и
следовательно емкость однозначно определяется как отношение заряда Q
к соответственному напряжению У. Правда, нужно было бы
учитывать и инерцию смещаемых электрических масс, каковая может
вызвать некоторое запаздывание зарядки, сравнительно с полем. Но
самые массы эти-очень невелики (1 кулон имеет массу в 6.10~10
граммов), как чрезвычайно малы и перемещения их, в пределах молекулы
или даже атома; поэтому запаздывание зарядки должно быть весьма
ничтожно, и считаться с ним вероятно пришлось бы лишь при
колебаниях порядка светового.
Но в существующих конденсаторах (фиг. 91 IV)' всегда имеется
кондуктивность, которая может быть мыслима в двух видах:
как утечка конденсатора и как его вязкость. В первом случае,
конденсатор может быть заменен моделью из идеального конденсатора
чистой индуктивности и параллельно приключенного к нему
сопротивления (фиг. 90 I); во втором случае, модель состоит тоже из
идеального конденсатора, но соединенного с сопротивлением
последовательно (фиг. 91 П); наконец', можно представить себе модель
комбинированную (ф и г. 92 Ш).
Относительно конденсатора, или этих трех моделей его,
возникает вопрос, что же собственно называть емкостью такого
конденсатора? и, соответственно,—что диэлектрическим коэффициентом его
диэлектрика? Тут однозначное определение той и
другой величины уже невозможно: емкостыг индуктивность
бесконечно многозначащи. Если изменения электродвижущей силы
происходят в некоторой произвольной зависимости от времени, то
понятие о емкости, с обычной точки зрения определяемой как
отношение заряда к разности потенциалов обкладок, теряет смысл и под
обычным углом зрения вообще не может быть установлено иначе,
как вполне произвольно.
— 202 —
В самом деле, если на чертеже (ф и г. 92) зависимость заряда Q от
влектродвижущей снлы V на плоскости Q выражается кривою q, то
вид этой кривой q сам тзави сито вида кривой ѵ, связывающей на
I
ПШШ1Л
•чи-
с.
у~л l>
Л
-V
ДТ і.
О *"■ 7>*
Ж
4f
Фиг. 91. Схемы основных шдов конденсатора е проводим остью. (По й. ПТотгп.
плоскости V переменную электродвижущую силу У со временем -
(фиг. 92). Как говорится, Q есть функция линии ѵ. Следовательно
пока не определен вид кривой ѵ, отношенпе ординаты Q к абсциссе У
Ф і[ г. 92. Плоскость V переменного напряжения V, в ого вавпснмоетп от
времени г; и плоскость Q, переменного заряда некоторого конденсатора Q, прпчеж
Q в каждый момент і зависит от способа, но которому па плоскости V иямепи-
ется со временем напряжение Іг.
есть величина вполне неопределенная. Но если даже из
бесчисленного множества кривых ѵ [v1,v1,vz и т.д.) по каким-либо
мотивам выбрана некоторая определенная кривая ѵ, то опять остается
— 203 —
неопределенным, отношение какой именно из ординат Q кривой q к
соответствующей абсцисеие V следует принять за меру емкости.
Ясное депо, отношение Q : V даже и при избранном виде. кривой ѵ
может быть каким угодно, от —со до-}-ео.
Практически наиболее важен синусоидный вид кривой л, которому
соответствует эллиптичность кривой q (ф и г. 93). Это ставит, конечно,
задачу более определенно, хотя и искусственно.
л.Ѵ
Ф п г. 93. Эллиптические никлы диэлектрического гнстѳрѳапса при сппусопднои
папргакеппн для различных углов потерь. (Зыінсішость заряда конденсатора Q
от соответственного спиусопдного напряжения V прп различных углах
диэлектрической потери). (По Пордлпі).
Из бесчисленного множества различных значений емкости тут
можно выделить несколько. Важнейшие виды емкости (фиг. 94):
1°, мгновенная емкость.
Это—отношение <Эі : У, т. е. заряда, полученнного
от очень кратковременного действия
разности потенциалов V. Это время зарядки
чаще всего стараются иметь малым,
порядка величины быстрых герпевских
колебаний.
а
9.0
максимальная емкость при по-
)
<
■а
ГО
Оу*0*^
.Дѵ
1 і\
V
Нг-ПРЯЖЕНИЕ
стоянном токе. Она определяется
отношением Qz'.V, наибольшего заряда,
получаемого конденсатором При Весьма Фиг. 94. Цикл диэлектрического гнете-
длительном действии постоянной разно- резпса пр" «"■ковд'ои,. папряже-
" 'ц " « іѵ ^ ч« нии^ опредедятопиш важнейшие видь:
СТИ V, К ЭТОЙ раЗНОСТИ. емкости конденсатора. {По Грлш.е).
3", емкость в данное мгновение. Если на конденсатор действует
напряжение переменнпое, то заряд его QT в данный момент - зави-
— 204 —
висит не только от напряжения в этот момент Ѵх , и отношение QT ; -Vt ■
может получать всевозможные значения от —оо до -у-00 > в зависимости
от \. Поэтому величина Q- : FT не характеризует еще
несовершенного конденсатора.
4°, емкость при -переменном токе. Она определяется как
отношение Qt: 7S, т. е. максимального заряда, получаемого конденсатором
при данном цикле, к максимальному напряжению цикла.
5°, активная («ваттная») составляющая емкости при переменном
токе. Это—отношение ф3 : Уь, т. е. заряда конденсатора Q3, когда цикл
проходит через напряжение нулевое,—к наибольшему напряжению
цикла Ѵ6.
6°, реактивная {«безваттная») еогіпавллзощая емкости при
переменном токе. Она определяется как-отношение Qs: У&, т.е. заряда Qs
при наибольшем напряжении цикла,—к этому напряжению Ѵ5.
При измерении емкости нередко пользуются мостиком Соути
(фиг. 95), которым приводятся в равновесие при помощи двух сопро-
А ' Л
Фдг. 95. Мостик Соути. Фиг. 96. Мостнк ІГкрпста.
Ф я г. 97. Мостик Впал. Ф іі г. 98. Мостив і'рлш.к.
На фигурах 05, 96 9/, С есть исследуемая емкость, а С воззушиыіі конденсатор.
тивлений R и Е1 две отвлеченные емкости С н С". Когда
сопротивления подобраны соответственно, то емкостные токи уравновешивают
токи проводимости, и телефон молчит, а баллистический
гальванометр не отклоняется. Но реальный конденсатор ни при каких
условиях не даст электрического равновесия в мостике, п для такового
необходима поправка в виде некоторого проводника. Этот проводник
может быть присоединен к воздушному конденсатору: либо
параллельно (мостик Hep нота) (фиг. 96), либо последовательно (мостик
Б и и а) (фиг. 97). Однако, в реальном конденсаторе совмещаются более'
— 205 —
или менее обе модели, т. е., иначе говоря, в нем происходят и утечки
и вязкие потери (ф и г. 9ІШ). Мостик Нернста при изучении потерь
учитывает только утечки, поскольку противопоставляет испытуемому
конденсатору идеальный конденсатор с сопротивлением параллельным.
Напротив, мостик Вина противопоставляет испытуемому
конденсатору—идеальный, с последовательным сопротивлением, и
следовательно учитывает потери через вязкость. Наконец, баллистический
метод Грлнье суммарно учитывает полную величину потерь, не
принуждая делать какую-нибудь определенную гипотезу. Суть этого
метода—в совместном заряжении одним и тем же переменным
током двух конденсаторов, одного отвлеченного и другого—реального,
который подвергается испытанию (фиг. 98). Эти конденсаторы
разряжаются, один за другим, через баллистический гальванометр, при
одном и том же значении синусоидного напряжения. Отклонение
гальванометра пропорционально, в первом случае, наличному в момент
разрыва цепи заряду исследуемого конденсатора, а во втором—заряду
в тот же момент конденсатора чистой емкости, а этот заряд
пропорционален напряжению. Таким образом первое отклонение дает ординату
(176) - G = f (F),
а второе—абсциссу. Кривая эта вычерчивается. Будучи эллипсом, она
нуждается для своей определенности лишь в пяти парных
наблюдениях.
Ясное дело, эти три приема исследования не дадут одних и
тех же результатов; но сравнение их между собою возможно. Если
сдвиг фазы есть <р, то для конденсатора с вязкостью, но без утечек?
, _, емкость, определенная баллпстпчсскпм методом 1
* ' емкость, определенная методом Нерп ста. БІП <р
...„-, емкость, определеппая бэллпстпческпм методом 1
* ^ емкость, о предел сп пал методом Впшь ЗІцг м "
Другие .случаи могут быть рассмотрены без труда, коль скоро цикл
гистерезиса имеется.
Гранье пользуется преимущественно придуманною им схемою
баллистического исследования, в котором гальванометр-получает
особую чувствительность, но контролирует результаты двумя другими
приемами. Площадь кривой гистерезиса, очевидно, выражает
полную величину диэлектрических потерь и может быть вычислена
как площадь эллипса; если же напряжение н е синусоУдно, то
и кривая гистерезиса не эллиптична, а площадь ее может быть
вымерена планиметром.
Остановимся на первом случае. Пусть V максимальное
напряжение поля, I сила тока, смещенного относительно напряжения на
угол <э. Тогда потерянная мощность
)179) 17=1 VI cos ю.
— "200 —
Так как
(180) I=Q»a
то
(181) W=~2 VQvCQSv.
Следовательно, если испытание производится при максимальном
постоянном напряжении, то потеря на один цикл пропорциональна
Q cos а», п эта величина может быть легко определена по кривой
цикла. Это.есть заряд при нулевом напряжении или, иначе говоря,
начальная ордината. A cos '■? есть отношение этой ординаты к
максимальной ординате цикла.
52. Комплексный диэлектрический коэффициент. Таким образом,
несовершенный диэлектрик может быть рассматриваем двояко: либо
как определяемый двумя независимыми друг от друга
коэффициентами, индуктивностью и кондуктивностыо, при чем обе величины
отличны от находимых непосредственным измерением, л и б о,—как и
диэлектрик отвлеченный, одним только коэффициентом, который мы
не без основания можем условиться называть коэффициентом
диэлектрическим, [но конечно в расширенном смысле термина. В первом
случае, каждый из коэффициентов, сам по себе, 'будет многообразием
одномерным, но зато множество диэлектриков в целом—многообразием
двухмерным. Во втором случае, эта двукраты-протяженная область
диэлектрика должна быть вобрана в единую его характеристику, и
следовательно эта последняя сама должна быть двухмерною.
Следовательно, диэлектрический коэффициент несовершенного диэлектрика
есть число комплексное, как указано в 1922 г. А. Прессом.
* В самом деле, будем, держась основного определения
диэлектрического коэффициента, писать и для переменного напряжения, что е
есть отношение заряда конденсатора в данный момент т, Q„ к
произведению из его геометрической емкости Са на разность потенциалов его
обкладок в'данный момент Ѵ^.
<182> •=&■ ■
Но, согласно векторной диаграмме, при сииусоидном напряжении
поля
<І88) Т^—е
Вследствие диэлектрического гистерезиса, зарядный ток I. отстает
от напряжения на угол 3. Следовательно
І (чі- — в)
(184) /, = Qe
Следовательно *
(185) QT=j С„е К й~ = Сье
Итак, -°°
(136) z-=e —cos о — г sin й —я—Ьи "
— 207 —
Итак, при этом способе представления диэлектрический коэффициент
должен считаться числом комплексным. Другими словами,
циклический гистерезис диэлектрика ведет к новому понятию:-о
комплексном диэлектрпческоit коэффициенте, в отличпе от
рассматриваемого обычно |7]. При изучении конденсатора требуется,
следовательно, знать не только его геометрическую емкость, но и обе
слагающие его индуктивности, а и Ъ. В некоторых случаях выгодно
иметь дело непосредственно с обеими слагающими емкости CL и Сг,
согласно соотношению
(187) C=s C„^Cl-Cs і.
Таким представлением воспользовался между прочим Пресс, обсуждая
кабель с диэлектричесщгм гистерезисом.
Но представление о комплексном диэлектрическом коэффициенте—
отнюдь не новость, по крайней мере в электромагнитной теории света,
и не чуждо уже Френелю. С комплексною индуктивностью
приходится встречаться всякий раз,' когда уравнения волн в идеальном
(то, что названо у нас схематическим) диэлектрике переносятся на
диэлектрики реальные, поглощающие волновую энергию, а также и
в некоторых других случаях, обусловленных действием
материальных сред. Дальнейшие подробности по этому вопросу можно
прочесть в седьмой главе 2-й половины 4-го тома „Курса физики"
0. Д. Хвольсона,—в главе, составленной Д. С. Рождкственским
(Петроград, 1915 г., Стр. 47Я—183, 502—506 И Др.).
53. Понятие о диэлектрическом рассеянии. После этих формальных
соображений обращаемся к физической стороне дела. Остановимся на
модели Максвелля, исходящей из неоднородностей в диэлектриках.
Неоднородности эти обусловливают некоторое расслоение процесса
установки в них электрического поля: разные форменные элементы,
обладая различною релаксацией, ведут себя несогласованно, п потому
могут тормозить друг друга. Электр окондуктивность разных мест
вещества, вообще говоря, непропорциональна электроиндуктпвности их же.
Вследствие этого, поле сначала устанавливается на основе одной
только электроиндуктивности, а затем переустанавливается электро-
кондуктивностыо. Между тем, если на установку поля требуется затрата
энергии, то и на переустановку его тоже требуется своя энергия.
Когда же электрические силы поля прекратили свое действие, то
первая идет, далее, на произведение переменных магнитных полей,
в конечном счете поглощаемых окружающими проводниками.
Следовательно, она обращается в тепло, нагревающее эти проводники. Что
касается второй, то часть ее тратится на джаулевское тепло в
самом диэлектрике, другая же часть—на переменные магнитные поля,
в конечном счете поглощаемые окружающими проводниками и тоже
обращаемые в тепло. Энергия этого перераспределения полей в
неоднородном диэлектрике и носит название диэлектрических потерь или
энергии диэлектрического рассеяния, а также т&шты Сименса. Основное
208 —
явление заключается в нагревании диэлектрика,
поляризуемого прерывистым или переменнымэлектриче ским
полем. При прочих равных условиях, это нагревание возрастает с
числом перерывов или перемен, с напряжением поля, с емкостью
электрической системы и с температурою диэлектрической среды ее.
Рассеяние энергии называют также диэлетпричестм гистерезисом
(Штейнметц 1892 г., Клейнер 1893 г., Бузон 1919 г. и др.), хотя такой
термин не раз вызывал против себя резкие возражения (Арио 1892 г.,
Болар 1900 г., Маккароне 1901 г., Корбино 1905 г. и др.). В то время,
как для одних это явление аналогично магнитным потерям через
гистерезис, т. е. зависит от обусловленности состояния диэлектрика
предыдущей электрической историей его,—другие отвергают
значение этой истории и полагают, что поляризация всецело
определяется наличным действием сил, т. е. что вещество не обладает
никакого электрическою памятью, так что речь может итти только о са:
моіуоятельном в каждый данный момент пассивном противодействии
среды, или о вязкости. Между этими двумя крайними взглядами
существует ряд дромежуточных, когда говорится о гистерезисе
более или менее вязком. Новейшие исследования подтверждают
существование потерь всех трех типов.
В порядке микроструктуры, повидимому, и то и другое
представление может быть правильным, в зависимости от величины,
отчасти формы и, главное, степенп электропроводности зернистых,
волокнистых или слоистых включений в веществе диэлектрика.
Повторяем: Если эта электропроводность при данной величине зерен
сравнительно мала, и время одной перемены недостаточно для
переноса электрических масс по всей толще зерна, то, ясное дело, вновь
возбужденному полю придется распространяться в среде, зерна
которой еще не установили нового распределения электрических масс.
Иначе говоря, силы поля встретятся с живой еще электрической
историей каждого зерна, и характер этой встречи будет весьма
зависеть от смысла вновь возбужденного поля и от частоты
поля. Тогда явление будет напоминать магнитный гистерезис. Но,
вследствие незначительной электропроводности зерен оно не может быть
интенсивным и потому сравнительно трудно' будет уловимо опытом.
Гораздо заметнее будут диэлектрические потери при
значительной электропроводности зерен. Но тогда и краткое время
действия поля достаточно для установки электрического состояния зерна.
Время этой установки будет весьма мало сравнительно со временем
одной перемены поля, и, практически говоря, силы поля и е будут
замечать истории каждого зерна. Тогда среда представится совершенно
пассивною, хотя электрическое ее состояние и будет устанавливаться
трехтактно. Такую среду можно называть вязкою. Каждая перемена
будет при таких условиях заставать среду вполне готовою к воспри-
нятиго новой поляризации, и следовательно потери в ней будут
пропорциональны числу перемен.
— 209 —
В отношении технпческп-применяемых диэлектриков, до сих пор
опит приводил преимущественно к установке потерь характера
вязкого, а технология диэлектриков обнаружила чрезвычайную важность
самой тщательной просушки изоляционных материалов и пзделий и
заполнения всех пор веществом диэлектрическим. Вода, своими
микроскопическими
включениями, и
мельчайшие воздушные
поры на практике яв:
лятотся источником
больших
диэлектрических потерь, как
выяснили Кюри, Мейер,
Бюльтемлн и другие,—
результат не
неожиданный;, если принять во
внимание всеобщую
распространенность
обоих этих веществ. А
если так,то понятен и
вязкий характер наблюдаемых потерь, обусловленных зернами
проводящей воды п проводящего же ионизируемого воздуха [62]. Строение
таких диэлектриков представлено на фиг. 99.
54. Феноменологический анализ диэлектрического рассеяния.
Явление диэлектрических потерь практически чрезвычайно важно, поскольку
современная электротехника пользуется почти исключительно полями
переменными. Как видно из дальнейшего, диэлектрические потери
подготовляют, и притом с разных сторон, пробой изоляционных сред.
Но ни опытное, пи теоретическое изучение вопроса о потерях ие
может почитаться законченным, хотя имеется чрезвычайно большое
число попыток и в том и в другом направлении, п среди
них—математические работы фон ШвЕЙдлкРл, в 1913 г. и К. В. Вагнегл, в 1914 г.
В виду этого полезно проанализировать это явление п разобрать в
порядке общего феноменологического подхода, не делая никаких
специальных предположений об атомном, молекулярном и
ультрамолекулярном сложении рассматриваемых тел. Как ни вероятны эти
гипотезы п как ни победно шествие электронной теории, все таки
феноменологическая установка основных понятий в этой спорной и
тгререкаемой области должна быть желанною всем тем, кто прямой
физический опыт ие смешивает со вспомогательными понятиями,
обращая их в своего рода физическую метафизику.
Занимающий нас подход может опереться на соображения
Р. Бузонл. Для этого надлежит рассмотреть кривые, представляющие
функциональную связь между деформирующей силою и
соответственною деформацией; но как термин сила, так и термин
П. Флоренский,—Диэле'кірннн. 14
Ф п ѵ. 99. Сівма коидспсатора с длэзектрпкоіг, содержащий
зернистую неоднородность.
— 210 —
деформация мы будем разуметь здесь не в механическом, а в
общефеноменологическом смысле. Так же будем разуметь и понятие
упругости.
Если в среде, подверженной переменной деформации,
обнаружится потеря энергии, то мы будетд таковую называть потерею чрез
гистерезис, не придавая этому термину никакого особого смысла.
Итак: если эта среда упруга, то потеря чрез гистерезис равна
нулю. Потеря возникает, когда упругость перестает быть
совершенною; чем хуже упругость, тем больше потеря. Б пределе, при
упругости нулевой, среда характеризуется одною только вязкостью; тогда
потеря максимальна, а вся доставляемая за переменный цикл
энергия—поглощается. Это—общее начало бесчисленного множества
физических процессов. Потеря чрез гиетерезис может быть вызвана
причиною механическою (гистерезис пружины), деформацией
магнитного (гистерезис электромагнита), силою электрическою
(диэлектрический гистерезис); во всех случаях энергия деградирует,
переходя в тепло. Чтобы согнуть пружину, мы затрачиваем энергию.
Запасенная в пружине, эта энергия была бы возвращена ею вся
. целиком, если бы пружина была совершенная; практически энергия
всегда восстанавливается, но уменьшенная на потерю чрез
гистерезис. О намагничивании куска железа, о заряжении конденсатора
следует сказать соответственно то же; и тут везде мы иыеем свой
гистерезис. Причину его видят в трении; но внутреннее трение среды
должно понимать феноменологически, сточки зрения рода
той деформации, которой подвержено данное тело. Мы, говорим о
«роде деформации»/ ибо одно и то же тело может иметь весьма
различную упругость в отношении разных
деформаций; так например, при превосходной механической упругости,
магнитная упругость может быть ничтожною, или наоборот. Железо
(упругое 'магнитно, вязкое механически) и еталь (вязкая магнитно
и упругая механически)—вот примеры сказанному расхождению
упругостей различного рода, тогда как воздух и в отношении
диэлектрического гистерезиса и в отношении гистерезиса
механического, ведет себя одинаково: как тело почти совершенной упругости.
Если упругость тела равна нулю, то трение максимально; тогда
тело уже только вязко, и потеря энергии, которая будет в нем
сопровождать переменную деформацию, будет потерею чрез вязкость.
Свинец и сливочное масло в отношении деформаций
механических, металлы в отношении деформаций электрических [20],
относятся к рассматриваемому случаю.
Станем вычерчивать на основании опытного исследования
кривую деформации в зависимости от производящего ее усилия. Вообще
говоря, эта кривая, с завершением цикла деформирующего усилия,
замкнет собою некоторую часть поверхности, и площадь замкнутой
части будет выражать энергию усилия, потерянную чрез гистерезис.
— 211 —
Как можно предвидеть, нам представится тут четыре типических
случая, и соответственно им следует рассмотреть четыре возможных
типа начерченной кривой; а именно:
1°, кривую гистерезиса среды совершенно упругой;
2°, кривую гистерезиса среды исключительно вязкой;
3°, кривую гистерезиса среды очень мало упругой;
4°, кривую гистерезиса среды весьма упругой.
1°. Среда совершенно упругая. Кривая гистерезиса такой среды
<фиг. 99) есть кривая одиночная; деформация среды—точно в фазе с
приложенною силою. Эта кривая может и не быть прямою, а
претерпевать например ход CD,
на чертеже—пунктирный.
Но во всех случаях она
■будет одиночного;
замыкаемая ею площадь, а
следовательно и потеря чрез
гистерезис, будут
нулевыми.
2°. Среда вязкая. За
недостатком опытных
данных, вычертим кривую .
гистерезиса среды,
лишенной упругости и еле- £
довательно
исключительно вязкой,—на основании
одних только раесужде-
ний. Пусть abedef есть
«инуеоида приложенного
Фиг. 100, Одпгачпые кривые гігстерозпаа. среды
совершезно упруго». (По і'. Бгаопг).
.усилия по переменному циклу. Деформирующее усилие на фиг. 100
представлено ординатою синусоиды. Рассмотрим, каким образом будет
деформироваться таким усилием вязкая среда. Для этого надо обсудить
пять последовательных промежутков времени rL,z3, т3,г^т5 {фиг. 101).
Первое время ті : ордината синусоиды, начішая от а п
включительно до Ь, возрастает, и притом в положительную
сторону; линия кривой гистерезиса представляет тогда на чертеже
(фиг. 101) производимую деформацию среды в функции усилия.
Второе время тг: ордината усилия убывает в
положительном значении от b к с; усилию при этом нбчего побеждать
противодействующую упругую еплу, среда оказывает только
пассивное сопротивление, ведя себя каждое мгновение так, как если
бы данное усилие было приложено к пен впервые; поэтому
направление деформации остается в каждый момент
направлением приложенного усилия; это справедливо как тогда, когда
усилие возрастает, так и тогда, когда оно убывает, и какова бы
н*
— 212 —
ип была его величина; в данном случае, пока усилие не станет
нулевым, деформация от него представляется линией АС.
Третье время т3: ордината усилия меняет знак и
возрастает по отрицательной величине от с к d; тогда
соответствующая деформация убывает по СЕ.
Четвертое время г4: ордината усилия
убывает по отрицательной величине, начиная от d,
чтобы достичь нуля в е; деформация продолжает1
убывать по линии ЕО, до начального положения в (К
V
Ш и г. 101. Сипусомдішіі вид переменного напряжения,
приложенного к влзкоіі среде. (По Р. ііузоні).
Л
тКСИГШЛЬНОЕ
оіриц. ижпрят.
Фиг. 102. Цикл деформации при переменном папрнжеппп
сіснусопдиого типа; среда плзкаіі, (По Р. Бузоііѵ),
Пятое время т,: цикл
усилий возобновляется, а деформация
следует тому же пути, что и ранее.
Углы в О, Л, О, Е могут быть на самом
деле закруглены, по общая форма
кривой деформации и
ее положение
относительно
координатных осей остается
в общих чертах
теми же, что и на
фиг. 102. Что
кривая замкнется в О, а
не станет съезжать
вниз при
последовательных циклах
деформации, это видно
из следующего:
высота аЬ есть функция
произведения
совокупности усилий во
время ru на это вре-
ІЮЛОНІ. НЗ.ПРЯЩ.
— 213
Ш( ті; высота Ъс есть функция произведения совокупности усилии во
время г5 на это время т%; то не должно сказать о высотах ck п dc. Но
как усилия, в силу симметричности кривой усилия, так п времена
^іі тз> ^ тл Р^бны между собою, п следовательно равны п произведения
их. Таким образом равны отрезки: аЪ=-Ъс = сс1 = <!е, равны и углы:
/^CGA~/_OCA=^OCE~i/fiGE и, значит, после первого цикла кривая
.замыкается в О. Представленная диаграмма гистерезиса вязкой среды
позволяет нам уяснить себе п значение длительности цикла, при
-одной и той же величине наибольшего деформирующего усилия.
В самом деле, если деформирующей силе противостоит только
пассивное сопротивление (вязкое сопротивление, трение), то
произведенное смещение есть функция длительности приложения силы;
а если той же
самой силе
противодействует
сопротивление упругое, то
смещение
прекращается, раз только
достигнуто
равновесие между силою
действующей и
силой упругою; иначе
говоря, первый
случай включает в себя
развитие явления во
времени, а второй—
в пространстве.
Следовательно, в нашем
■случае, т. е. среды
вязкой, высота ОС
будет зависеть от
длительности цикла,
а площадь,
замыкаемая кривою
гистерезиса, т. е. величина
потери'энергии в
■один цикл, будет пропорциональна высоте (фиг. 103}. Итак, площадь
цикла гистерезиса в вязкой среде есть функция длительности цикла.
Отсюда выводится весьма важное последствие; а именно: в случае
вязкой среды потеря в единицу времени непропорциональна числу
циклов, ибо, чем более многочисленны циклы в единицу времени,
тем кратковреыеинее каждый из них порознь, и следовательно
площадь потери па каждый из циклов—тоже менее, хотя быть может ц
но в отношении обратной пропорциональности числу циклов.
Можно даже представить себе случаи такой среды, в которой
потеря чрез гистерезис была бы постоянною, независящею от чиста
отриц. нглряж.
/ча.ксима.льно£
полож. няпряж..
Ф и г. 103. Дшаы аеформщіш одаоН я то!і же визкоіі среды
при двух еяп ряжениях епвусопдиого типа, по разной
частоты. (По Р. Бузову).
— 214 —
перемен в единицу времени; для этого требуется, чтобы высота на
фиг. 101 и фиг. 102 была обратно пропорциональною числу
перемен—циклов в единицу времени, т. е. прямо пропорциональною
длительности одного цикла. Если бы при измерениях электрического
гистерезиса такой случай представился, то соответствующий диэлектрик
можно было бы оценить как имеющий одну только вязкость. Бузон
в своих опытах таких диэлектриков не встречал; напротив, по его-
данным, потеря оказывалась пропорциональною частоте
перемен—свойство сред упругих, в которых потеря не зависит от
длительности цикла, но—лишь, при неизменности амплитуды усилия, ог
самого наличия цикла и, значит,—от числа циклов в единицу времени*
Итак, неосновательно утверждение, считающее все диэлектрики
исключительно вязкими; однако отсюда не следует и того, что нужно-
заранее отвергать существование таковых.
По поводу кривых гистерезиса на представленных чертежах
Сфпг. 100 и фиг. 101) уместно здесь высказать еще одно
соображение,—которого Бузон, впрочем, не делает. А именно, можно спросить
себя, почему в случае вязкой среды вся кривая располагается над.
осью усилий, а не симметрично относительно начала координат.
Аналитически этот факт означает, что деформация всегда
положительна. А это так—потому, что при среде вязкой, где есть только
пассивное сопротивление, нет ни повода, ни основания говорить о
направлении деформации, ибо всякая деформация прикладывается
не к уже имеющейся деформации, как таковой, а—к наличному
состоянию среды, которое по существу не отличается от начального состояния
среды. Исходя из этих соображений, мы можем спросить себя: А чтб бы
значило, если бы вся кривая располагалась ниже оси усилий?—Это
значило бы, что деформация всегда отрицательна, т. е. что всегда
есть активное неподдавание среды производимому над нею усилию.
Среда ровно настолько отходит от наличного своего состояния в
сторону, противоположную деформации, насколько она отошла бы в
сторону обратную, если бы была вполне вязкою. Это—среда
отрицательной рязкостщ 'противопоставляющая всякому усилию над нею свое,
изнутри ее происходящее, изменение в сторону обратную. Такая среда,
если применить термин психопатологии, отличается шгапшвизяюм. Это,
как сказано,—отрицательная вязкость, подобно тому, как можно
вообразить отрицательную упругость. Диаграмма отрицательной
упругости изобразится на ф и г. 100 прямою А'ОИ' или кривою СОЛ', подобною
COD на том же чертеже, но с одною разницею: кривая пойдет не в
четвертях I и III, а в четвертях II и IV. Соотношение кривых гистерезиса
вязкого представлено на фиг. 104, причем более толстою чертою
проведена линия ОАСЕО, соответствующая вязкости
положительной, а более тонкою—линия ОА'С'Е'О, соответствующая вязкости
отрицательной. Эта последняя линия есть зеркальное отражение
первой в оси усилий, и потому площадь гистерезиса обходится здесь
в направлении, обратном направлению первой, так что гистерезис
—'215 —
здесь получает значение отрицательное. Формально
математически это было бы возможно при мнимости усилия,'вызывающего
мнимую деформацию. Деформируемая среда тогда ие поглощает
работу, а напротив, сама ее производит, т. е. тратит запасенную
энергию и, значит, деградируется. Среда упругая, положительной
или отрицательной упругости, стоит между средою положительной
вязкостгг и средою вязкости отрицательной: в самом деле, среда
упругая—в одну
половину цикла запасает
энергию (если ее
упругость
положительна; а если
отрицательна — то
тратит), а в другую
половину
цикла—тратит {а при
отрицательной упругости—
запасает), так что за
один цикл
энергетический баланс равен
нулю. Среда же
вязкая не имеет
нулевого баланса
энергии, и
он—противоположного знака при
противоположных
знаках вязкости.
Итак, при
отрицательной вязкости
всякое
деформирующее усилие, незав'и- ,„ ,., „
'і1 п г, 104. Цикли хеформаііпц звук вязки* сред при одном и
СИМО- ОТ Своего На- том а;е напряжении еппусопдпого тппа. Одно срода положи-
правленИЯ И ОТ быв- тельной вяакостп, а другая—отрицательной.
ших уже деформаций, заставляет среду отдать часть своей энергии.
Нами рассмотрены два крайних случая; обратимся теперь к двум
промежуточным.
3°. Среда очень мало упругая. Как ранее, установим при помощи
рассуждений общий вид кривой гистерезиса в среде очень мало
упругой (фиг. 105).
Первое время: усилие возрастает, начиная от нуля, в
положительную сторону; деформация производится
приблизительно так же, как при соответственном возрастании усилия,
действующего на среду вязкую, и изображается линией 0.1.
Второе время: усилие убывает до нуля, оставаясь
положительным; деформация продолжает возрастать, покуда не
установится равновесие между упругим противодействием п деп-
— 218 -
ствующим усилием; это произойдет в точке В, ранее, чел усилие
достигнет нуля, ибо в противном случае наша среда оказалась
бы вязкого; начиная с В деформация начнет убывать.
Третье время: усилие, уже прошедшее через нуль,
возрастает в отрицательном направлении, чтобы вернуться к нулю;
деформация следует тому же закону, как и во второе время, а
именно: сперва продолжает убывать, затем проходит через нуль,
далее возрастает в отрицательном направлении; затем, когда
упругое действие
уравновешено,
убывает в
отрицательном направлении, но
в это, четвертое,
время через нуль
пройти не успевает
■ н делает это лишь
при
продолжающемся убывании по
отрицательному
направлению в
последующее пятое
время, т. е. в новый цикл.
■_, ь» Существенная хара-
Я. при лот. ^
'ніпыяияиЕ ктерпсттіка, вводимая в
среду упругостью, как бы
ни была мала эта
упругость, — именно та, что
кривая гистерезиса в
циклах, последующих за
первым, уже более не
проходит никогда черев
свою исходную точку, но
с каждым новым циклом
опускается все ниже,
асимптотически подходя
к симметрии
относительно этой исходное точки. Длительность цикла еще имеет значение в
разбираемом случае, но меньшее, нежели в случае чистой вязкости;
тем не менее и тут, в случае среды мало упругой, потеря через
гистерезис не пропорциональна частоте.
4°. Среда весьма упругая (фиг. 306).
Первое время: усилие, начиная с нуля, возрастает в
положительном направлении до вершины своей синусоиды;
упругая среда деформируется, п деформация идет, возрастая до
точки Л, где сила упругости уравновешивает силу
деформирующую.
Ф п г. 105. йвліенешіе деформации в функции
приложенного еппусопдпого напряжении для среды очепь мало
упругой. (По'Р. Сувою-).
— 217 —
Второе время: как только синусоида усилия спадает,
упругая сила берет перевес, и кривая гистерезиса, внезапно
меняя направление, образует в Л угол.
Третье время: усилие, которое в конце второго времени
прошло через нуль, возрастает в отрицательном направлешш;
деформация продолжает убывать, проходит через нуль, затем
возрастает в отрицательном направлении, покуда усилие не
достигнет своего отрицательного максимума.
Четвертое время:
по той же причине, как и
во второе время, в точке
■1! происходит внезапный
поворот касательной к
кривой, и кривая ломается
под углом; далее кривая
восходит к точке Л, не
проходя однако через
исходную точку О и
обходя ее низом.
Последующие
времена: кривая
возвращается к уже
пройденным точкам, покрывая
себя каждым новым
циклом, но за исключением
части ОЛ, площадь, его
охватываемая, представляет потерю энергии за один цикл.
В рассматриваемом случае, упругое противодействие среды
и деформирующая сила уравновешиваются; поэтому деформация
ограниченна, и длительность цикла уже не имеет значения для
величины площади потерн, каковая площадь, при определенности
максимального усилия, зависит теперь только от наличия самого цикла.
Следовательно, общая величина потерь чрез гистерезис будет в
рассматриваемом случае пропорциональна числу циклов и, значит,—
пропорциональна числу перемен.
Б итоге приведенных здесь рассуждении могут Сыть
формулированы следующие общие два закона Бузона:
Первый закон: Всякий раз, как упругая сила среды достаточна,
чтобы установить равновесие с наибольшим напряжением
деформирующего усилия, которое наложено на нее циклически, площадь
полученное кривой гистерезиса постоянна, какова бы
пи была частота, а рассеянная гистерезисом энергия в единицу
времени — пропорциональна частоте.
■ Второй закон: Всякий раз, как з'пругая сила среды не
достаточна, чтобы дать равновесие с наибольшим напряжением
деформирующего усилия, которое на среду наложено циклически, пло-
Фнг- 10G. Цпы деформации среды очень упругой
и функции приложенного спнѵоопдного напржкепня.
(По Р. Буэоні).
— 218 —
щадь полученной кривой гистерезиса меняется с
частотою, а рассеянная в" единицу времени гистерезисом ѳнер
г и я — не пропорциональна частоте.
55. Значение диэлектрических потерь в технике. Вопрос о
диэлектрических потерях еще сравнительно недавно имел значение лишь
теоретическое, и потому теплота Сименса не занимала техников. Но
практика заставила считаться с этим, казавшимся ничтожным
эффектом. Пробой кабеля, прп прочих равных условиях, определяется,
как известно, температурою его изоляции. Лет восемь тому назад
факторами, определяющими температуру кабеля, признавались джоулев-
ский эффект в проводах и теплопроводность окружающих их сред. ■
Однако практика показывала такие случаи пробоя, которые не могли
быть объяснены вышеуказанными причинами; а внимательное
рассмотрение подобных случаев обнаружило области местного перегрева,
не имеющего никакой внешней причины. Оказалось, эти неожиданные
перегревы могут быть отнесены за счет диэлектрического рассеяния
энергии. Исследованиями многих электротехников установлено, далее,
что диэлектрические потери даже в нормальных условиях службы
могут делаться настолько значительны, что доводят диэлектрик до
критической температуры. Аналогичные явления пришлось
проанализировать и в других установках: например, диэлектрическое
рассеяние в конденсаторах, меняя их температуру, изменяет тем и
емкость, а следовательно расстраивает волновую настройку. С другой
стороны практика показала радииста'м, что необходимо считаться с
потерями в деревянных мачтах и т. д.
Коэффициент мощности диэлектрических потерь сам по себе не
очень велик. Так в трехжильных кабелях, по исследованиям Фармера
в 1918 г., он прп средних температурах не превышает 4^-5%; в этих
исследованиях, разность потенциалов между жилами изменилась от
200 V до 30 000 V. По нзследовашіям Бузона, в различных
изоляционных материалах рассматриваемая энергия составляет от 1% до 6% всей
энергии и чаще всего бывает несколько ниже 2,5%- По Скииеру, даже
при напряжениях в 100 кѴ, экспериментальные исследования редко
приводят к потерям большим, чем в 10 W, при коэффициенте
мощности около э%. Незначительность этих величин в лаборатории есть даже
источник трудности для экспериментатора, Но в практике эти
сравнительно малые величины суммируются, а кроме тога они вовлекают
диэлектрик в неустойчивое равновесие, потому что увеличивают
действие других факторов, ведущих к дальнейшему нагреву и тем, в свой
черед, увеличивающих потери.
Раз учтенное, как важный фактор в технике, диэлектрическое
рассеяние было толчком к многочисленным экспериментальным
работам электротехнического характера, которые пошли параллельно с
физическими исследованиями того же предмета. Но, несмотря иа
большое число опытных данных и преемственно разработанную рядом
— 219 —
теоретиков .{лксвелль, Гопнкпсон, Ж. Кюри, Йордан, фон Швейдлер,
БяловржескЙІ, К. В. Вагнер, Р. Бузое, Грлнье, Э. Шотт и др.)
математическую теорию рассеяния энергии, новейшие исследователи признают,
что это явление изучено весьма недостаточно.
56. Зависимость диэлектрического рассеяния от состава,
состояния и строения вещества. Рассеяние энергии диэлектрика очевидно
должно заметно изменяться в зависимости от всех факторов,
меняющих проводимость или индуктивность форменных элементов
диэлектрика (т. е. неоднородностей, включений и т. д. и—основной среды).
Но, кроме1 того, оно должно меняться и с изменением структуры
вещества, например с возрастанием величины зерен и прочих
включений, их взаимных расстояний, направления их осей и т. д., хотя бы
удельная индуктивность и удельная кондуктивность дисперсных фаз
диэлектрика и не менялись сами по себе. Электротехнику, особенно в
производстве и в изобретении диэлектриков, конечно важно уметь
учитывать этого рода зависимости. Однако, в настоящее время эта
работа далеко не закончена. Приведем важнейшее из найденного.
а. Зависимость рассеяния от химического состава диэлектрика,
помимо непосредственной зависимости индуктивности и
индуктивности от состава, может ожидаться также и вследствие связанного
с. составом структурного изменения вещества. Где мы имеем дело
со средами дисперсными—застывшими коллоидами, твердыми
растворами, веществами псевдо-изотропными и т. д., там непременно
следует ждать внутренних неоднородностей, а следовательно —и
заметных диэлектрических потерь. Таковы сплавы диэлектриков; таковы
искусственные диэлектрики с наполнениями; таковы силикаты:
фарфоры и стекла. Изменения состава, даже примеси в
незначительных количествах, способны иногда существенно изменить
структуру- а следовательно — и величину диэлектрических потерь. Но
кроме того, уже небольшие примеси могут значительно изменять
проводимость вещества и значит—опять вести к большим потерям.
В этом направлении имеется обстоятельная, хотя еще и не
законченная, работа Эриха Шоттл от 1921 г.; поводом к ней был
слюдяной голод в Германии вследствие войны, при усилившейся
потребности в слюде для радпо-конденсаторов. В виду такой потребности,
иенскиЕ стекольный завод ІПотта занялся выработкою специального
стекла, заменяющего слюду; потребное стекло было найдено ж
поступило в электротехнику под названием «Minos», как идущее
специально на конденсаторы, и притом в установках весьма
чувствительных к постоянству и определенности. Это стекло должно было
быть хорошо разученным, со стороны своей индуктивности и
рассеивающей способности. Шотт изучил 27 сортов стекла с переменит:
содержанием кремния, свинца, бария, алюминия п т. д. — с одной
стороны, и калия, натрия, алюминия—с другой; на стр. 110 его работы
дается сводка значений показателя преломлений, диэлектрического
— 220 —
ТТ
коэффициента и угла потери этих сортов стекла (ср. фі ' 107 и 103).
Угол потери не есть, как в естественно ждать, свойство"" аддитивное.
Формулировать со стороны количественной—закономерности,
связывающие угол потери вещества с его составом, Шотту не удалось; и
нужно предвидеть, это не может быть делом простым, поскольку даже
с небольшим изменением в составе строение псевдо-изотропных и
коллоидных сред, к
каковым і относятся стекла,
чрезвычайно меняется.
Но Шоттом все же
указано несколько
примечательных наблюдений
качественного характера. А
именно:
Iй, слишком высокое
содержание в стекле щ е-
лочеи повндимому
ведет .к особенно
значительным диалектическим
потерям.
2°, глинозем по-
видігмому имеет в смысле
. энергетического
рассеяния влияние
нежелательное; напротив,
баритовые стекла, свободные
от щелочей, равно как
и свницово-борпое
стекло с 0% глшнозема,
принадлежат в рассыа-
1Ю
210
Its
по
по
110
-to
tso
по
110
110
'10
90
70
JO
-L-
1
;
;
■
■
~
—
*
■
*
■
-і
,р
і
ч'
~
!
f
І
*
і
-
:
;
'•
•
•1
CL
Ьн
.*
^
_,
-
_£
У;
' //•
іі
-■
—
Ч
■1
■ 1
V
iff
'
■
м
S
та
fit.
Ш
Ш
/#'
//
ЩІН
/У///
ш
**1-' і
■• 1 ..1:
-t'P
-
1!
і
/*
**
^
гч
{
•
,-
s
г*
?
■■}
'?•
1.
1
'
S
-
L
1
/
г
/
/
'
?
г
2
71
/
J
a
04
1
~1
t*r
Ij-
l-J
4f
A\
Jl±-
j_
f
f
If
if
V
:.'
1
I
\
,
/
/
J-
T
ft
.
T
,'
!
t
1
1
1
1
I
t
r
/
E
h
К
-t
-г
/
t
1
1
1
f
»
3&.&Ht*riO(Tb
УЛлл. "arfp-j, Й
1 1 1 II 1
-30ЧИ ■■* '# ■** M W *J
<v **■» ійр/&жі&02*л2ле1язоо}іояоз&зіе
Ф п r. J07. Угол днмектрпуссши потерь В
{выраженный в минутах) в зависим ости от температуры. Раз-
ли'цше стеііла. (По Э. Шотту).
триваемом отношении к сортам наилучшим, т. е. с наименьшим
диэлектрическим рассеянием. Это замечательное стекло занимает
совсем особое место: оно не содержит ни кремнезема, ни щелочей.
3°, особенно интересно влияние тяжелых металлов: свинца,
бария и сурьмы. Все стекла с малым углом потери содержат
большое количество этих веществ, при чем угол потери повидпмому
убывает с возрастающим содержанием тяжелых металлов: декремент
затухания от 0,340 до 0,198 (при 70% перекиси свинца).
Эти результаты указывают на связь рассеяния с явлениями
ионной проводимости. В самом деле, уже в 1884 г. Варвург показал,
что электролиз стекла происходит ниже точки его плавления и
выделяет то же количество натрия, что должно было бы выделиться
электролизом по закону Фарадея. Значит, проводимость обслуживается
натриевым ионом и определяется, следовательно, концентрацией его
и подвижностью. — Кстати сказать, в 1922 г. М. Пирлни и Э. Ллко
воспользовались этим странствованием по стеклу натрпона, чтобы
— 221 —
освободить поверхность стекла от адсорбированной его водно-воз-
душно-углекпслой пленки. Выходя через стекло в пустоту, натрпоны
дают в ней характерную спектральную линию, а стеклянная
поверхность оказывается очищенного. Между тем, даже нагрев стекла до
размягчения, как
показали работы Буызена . и
Лангмыора в 1915 и 1918
гг., недостаточен для
полного удаления
означенной пленкп.
В том же 1884 г. ДовБи
и Грей нашли ту же
зависимость проводимости
стекла от его состава, как
Щотт—зависимость угла
потери от состава:
проводимость стекла
понижается барием
н свинцом и
повышается щелочами.
Замечательно,
это'правило остается
справедливым и при высоких
температурах, хотя
свинцовые стекла принадлежат
к раннее всех
размягчающимся, так что,
следовательно, естественно
было бы ждать у них,
вследствие размягчения,
особенно большой
проводимости.
4°, сопоставление
некоторых неорганических
диэлектриков с
органическими показывает, что,
вообще говоря, лучшая проводимость пе есть признак
и большего рассеяния. Так:
1 X "
нь — ■ —' -
ч$ — 1—
VI ■
цJ —J-
#J — — -3 —L
*f — ——
y£ _——
J 9 „ _ __ __—r-—
и —'
3? • —
j0
Ji -F -A—
jB _j— _
a — '
л —L-
3! — ■ -L
N —L- — —\
x— —1 t—
jtf — ■ — —L-
jf— —1—L_ .
Д,
jj
^ -
7j |
Ji — *—\ —
1
* 1
Г~ '
st ,—4—p
il\—■> --г— ■
lb —\ ■ '
ts —| ■
;+■ г—
/j —i -—■
я —i—l,-L
tf —
'■■
J
4 —— 1—- —
Г l^~
i j —i -—
*
>- t
г ~ ( .. ,
^ 1—' [—~
;
i
L
?*
t!
—4f
jS _i_
SL
3l ^
"• EL
J _
\
1
i
.s; ~
^ _ t:
ir
1
-=Pnl 4 :
- 1 I -
- ? f -
. _I г _
_ I
--hP-t
— 4-iff
. _t-3t-p
HXfl _
_ l_ г _
~^Г 1 T
t-4 +-
Ml! i.
- '-if -V
_зйс *
1 Г';--.1 ч
/ J: / **' "
(W /-Ц- 't
ri '^T-- Tf
DM i'
^Шн ^-
■1 1 t I i 'U
> 1 ■ !.J Ul-'l ! -P-
jr :rp т±щш_] i
i Г ■ - ;._J;L(_/. i .iL
_, i T" J. J_4
■ | ■ : • іЛ
i'lr ! "ft
IiJilul. °r«? _i
n^ ! ; i Гі'аш..*?.
"Г i i Г
1' 1 1 J. j ■'
; 1 l i ■
T "l X1"
or ' L ;1__
? i . ; 1! ■
1
i "_J
i "^/"
1
Ш_ i^
- / L_ ' '' •*
7 Л П7Т;
//г^ ■ 'П-Г
/7J. jy/
.///// :-i. ";ii=*«-
7//// ' ! Pfi-
/j пец*ъ ^ 4*r r^fflW ////-/■
hP ' Я г 1 / '
?< PJ.tWa< ASF f*l /ijf/ £S : $£./$
JtHY"PIA СТ£ЯА* ^//'''tf
^г™ f/£W
J_L_L^^-
і^З^І^
Ш
Ж-йг
#Ji±b
1 1
Фдг. 108. Угол диэлектрических потерь 3 (в минутах)
в зависимости от твмивратуры. Различные сорта
стекол. (По Э. Шотту и отчасти но Кону).
проводил оегь *. = 10 —и
И С Щ С С Т В 0
горный хрусталь ....
іі.іавлсшшн горный хру-
у г о л и о-
т а р it S
0,4'
0,6'
0,4'
проводимость ѵ. = 2.10 —15
вещества
угол и о-
т с р и Ъ
17,0'
29,1'
■ 01,7'
— 222 —
б. Зависимость рассеяния'от физического состояния диэлектрика.
Поскольку речь идет о веществах очищенных, диэлектрическое
рассеяние производится лишь твердыми диэлектриками. Это должно
быть понятно само собою, раз газы и жидкости, будучи вполне
очищены, не имеют неоднородностей. Газовый конденсатор есть
конденсатор почти схематический, это общеизвестно. Но обыкновенно
не оговаривается условие: чистота газа. Еели бы в воздухе,
например, были рассеяны взвешенные в нем мельчайшие проводящие
твердые частицы и капельки, то совершенность газового
конденсатора была бы нарушена, и возникало бы рассеяние энергии.
Точно так же, жидкие диэлектрики рассеивают энергию, если в
объеме жидкости разбросаны неоднородные с нею включения,
например капельки воды в трансформаторном масле- (по измерениям Р. М.
Фризе'в 1922 г., поперечник их ~ 10 ]>■), Но в электрическом поле такая
жидкость не может быть в равновесии неопределенно долго, н фазы
ее, как и всякой дисперсной жидкой среды, со временем
разделяются. Поэтому жидкостям, в качестве постоянной
характеристики, не без основания приписывается неспособность рассеивать
анергию. Чистые изоляционные масла не обнаруживают заметных
потерь. Опыты Пунгсл и Тлнкл в1916 г. показали, что потери энергии
(различных видов, подсчитываемые суммарно) в совершенно чистых
жидкостях не изменяются с частотою. Отсюда сделан вывод о
несуществовании у таких жидкостей диэлектрического рассеяния, поскольку
потери кондуктивности от частоты не зависят, а потери
диэлектрическим последействием возрастают с частотою. Впрочем, этот вывод
из указанных опытов не безусловно обязателен: опыты говорят лишь об
отсутствии электрической упругости жидкости, но не устраняют
предположения о рассеянии средою электрически вполне вязкою; тут, как
известно, возможен и такой случай, когда потери независимы от
.частоты.
■Переход от жидкого состояния к твердому должен обнаруживать
быстрое изменение рассеивающей способности диэлектрика, в иных
случаях может быть и скачком. Пунгс исследовал величину
диэлектрических потерь в сплаве канифоли н воска, давая ему постепенно
охлаждаться от 100° до комнатной температуры. При 100° смесь'совсем
жидка, при 57° густеет, прп 50° твердеет (точка плавления), при 43"
тягуча, а при 30° хрупка. Потери измерялись в этом веществе при
различных температурах, причем возбуждалось каждый раз поле двух
различных частот, но одного градиента 10,2 kV: cm. Кроме того,
измерялась сила тока. На фиг. юэ линия I выражает зависимость тока
от температуры прп частоте 60 пер.: сек. и указанном выше-градиенте.
Кривыми И и III представлена зависимость от температуры
удельных потерь в ваттах на куб. сантиметр, при чем кривая II относится
к частоте 60 пер.: сек., а кривая III—к частоте 25 пер.: сек. Как видно
из чертежа, при температурах от 77° до 57° суммарные потери
уменьшаются весьма быстро, и обе кривые вполне совпадают; это значит
— 223 —
указываемые потери не зависят от частоты. По толкованию Пунгса и
Швайгера, эти потери вызваны исключительно проводимостью; точнее
же сказать, они не вызваны упругим диэлектрическим последействием.
Когда, с 57°, смесь густеет, то кривые II и III расходятся, обнаруживая
зависимость потерь от частоты. При 43° потери минимальны, а
при 30°, когда диэлектрик делается хрупким, имеют максимум и,
вместе с тем, наибольшее расхождение. Нужно думать, при 30°
неоднородность диэлектрика в
отношении релаксации тоже
максимальна: возможно, какие-
нибудь составные части
подходят при 30° к точке своего
плавления и делаются
особенно проводящими, тогда как
другие сохраняют еще свои
характеристики неизменными.
Естественно, и проводимость
всей массы должна здесь
ускорить свой подъем, что
выражается усилением тока. При
более высокой температуре в
40°, подходят к этим ранее
расплавившимся зернышкам и
еще много других;
следовательно, проводимость
диэлектрика возрастает, ток
повышается, а степень
неоднородности падает, почему и кривая
потерь быстро опускается. Эти
результаты опытов Пунгса
подтверждаются исследованиями К. Б. Вагнера и других.
в. Зависимость диэлектрического рассеяния от строения вещества.
Указанный пример весьма поучителен как доказательство, что
удельное рассеяние вещества может быть использовано в качестве одного из
острых критериев при распознавании его
микроструктуры. Весьма возможно, в дальнейшем этот критерий позволит
проникнуть и в ультрампкроструктуру, уже недоступную прямому
микроскопическому изучению.
Кроме того, характер диэлектрического рассеяния может быть
весьма различен; как говорит Бузон, ссылаясь на свои, еще не
опубликованные исследования, „гамма классификации диэлектрика с
точки зрения потерь очень обширна". Характер рассеяния позволяет
судить об электрической природе и, возможно, о геометрическом
виде и расположении форменных элементов диэлектрика, Скиннкр
снял с помощью своих сотрудников несколько сотен кривых
диэлектрической потери. После довольно затруднительноп регулировки и
о то го зо w so so 7o ao'Ceis'
Ф п г. 109. Графы последовали?! Пптгсл ті Швайгера
іш сплавом капнфалп с воском. I выражает
зависимость силы тока от температуры при частоте
60 пер: сек., П — вавпспыость диэлектрических
потерь от температуры при той лее частоте 60
пер.: сек., a III —ту же зависимость, что и II, по
при частоте 25 пер.: сок.
— 224 —
эталонннровки его приборов, дело было поставлено так, что один из
помощников производил вычисление и вычерчивал кривую
испытуемого образца, в то время как другой помощник налаживал новое
испытание, — что требовало около 12 минут. По общему выводу
Скиннера, „измерение потерь остается всегда наилучшим критерием
для суждения о качестве изолятора"-.
В веществах неизотропных, проводимость и пробойность
зависят от направления поля: несомненно, а удельное рассеяние
энергии не может тогда быть по разным направлениям одинаково.
Если бы проводящие включения в основной массе имела удлиненную
форму ігліт были бы в виде тонких, сравнительно с прочими двумя
размерами, пластин или бляшек, и если бы некоторое направление
наибольшей оси, в первом случае, или наименьшее—во втором, было
вероятнеёншм, то это вероятнейшее направление было бы также
осью наибольшего и наименьшего удельного
расселин я. Можно представить, себе наавероятнеёшпмн не одно, а
несколько направлении: тогда было бы в диэлектрике п
соответственное число осей наибольших или наименьших потерь. Эта модель
могла бы быть осуществлена в опыте. Но существование осп
рассеяния в диэлектрике возможно и при полной
центральной.симметрии включений диэлектрика, если эти включения, например
шарообразные и непзотропные, имеют соответственные осп параллельными
между собою или ориентированными в отиошенпн некоторого веро-
ятнейшего направления. Если бы в однородной среде были разбро-
санн, например, шарики кристаллического кварца с параллельно
направленными осями, то, вследствие различия проводимостей кварца,
осевой и перпендикулярной к оси, удельное рассеяние такой
диэлектрической среды в направлении оси кристаллов было бы
отличным от такового же—в направлениях перпендикулярных.
Большинство диэлектриков считается псевдо-изотропиыми. Но
действие силы тяжести и других односторонних факторов
при отливке, штамповке, прессовке, навивке и т. п. таких изоляций
дает повод подозревать, пе следует ли об этой псевдо-пзотропностп
изоляционных веществ говорить с большою осторожностью: если в
веществе и нет определенных осей его форменных элементов, то
может быть однако преобладание того или другого направления.
Тогда с этими напвероятнейшими направлениями нельзя ие считаться,
коль скоро вообще принимаются во внимание диэлектрические потери.
Материалы волокнистые, слоистые, диэлектрики с
наполнениями из удлиненных частиц и вещества с
кристаллическими зернышками или из кристаллических зернышек, в
особенности когда они фабрикуются прессовкою, относятся к указанному роду
сред не вполне псевдо-пзотропных. В этом смысле, понятно значение
обработки диэлектрика. Точно также слюда, нередко содержащая
тончайшие прослойки проводящих веществ, должна обладать совсем
различными удельными рассеяниями, в зависимости от того, кйк
— 225 —
направлено поле. Правда, технически это различие может и не быть
важным, поскольку листоватая слюда применяется в технике лишь
при плоскостях спайности, перпендикулярных силовым линиям. Но
диэлектрики со слюдяною пудрою содержат мельчайшие листочке
пудры различно расположенными, и тут, при прессовке, может
оказаться преобладающим направление иное, нежели вышеуказанное;
тогда поставленный вопрос будет в силе. К сожалению, различие
удельных диэлектрических потерь по разным направлениям до сих
пор не только не разъяснено, но и не подвергалось исследованию.
Вышеприведенные соображения не следует однако рассматривать,
как отвлеченные физические возможности. Исследования 1920 и 1922 гг.
От Прокопию, 1921 г. — Элигу Томсона, Грея и Спикмэна, Тиети и др.
установили, что в газовых и жидких средах мельчайшие частицы могут
получать ориентировку действием силовых полей — тяготения,
электричества или магнетизма, и поэтому такие ($&ды обнаруживают
оптическое двупреломление и дихроизм, т. е. оказываются явно
анизотропными. При обсуждении диэлектриков особенно важны наблюдения
с электрическими полями. Искусственный дым делался
преимущественно помощью хлористого' аммония в воздухе, в жидкостях же
взбалтываларь тонкая металическая пыль. При действии
электрического поля, эти среды делались двупреломляющими и дихроичныыи,
т. е. по разным направлениям—разного цвета. Явление оказалось
зависящим от силы поля, времени действия его, протекшего от образования
дисперсной среды, длины волны пропускаемого света и, конечно,—от
природы дисперсной среды. Микроскоп показал постепеннное
образование в среде тонких нитей: иначе говоря дисперсная фаза
створаживается в электрическом поле анизотропно.
Нет сомнения, среды такого рода должны обладать различною
по разным направлениям индуктивностью, кондуктивностыо,
рассеивающею способностью и пробойностью. Технологически такие процессы
должны быть весьма (важными и подлежат самому внимательному
исследованию в производстве диэлектрических материалов и в работе
изолятора.
Наконец, следует, в связи с установленным существованием
униполярной проводимости и принципиально намечающейся возможности
униполярной индуктивности, поставить на обсуждение понятие об
униполярных потерях. Это—такого рода рассеяние энергпп в
переменном поле и, следовательно, такого рода диэлектрическое
последействие, которое зависит не только отнаправленпяв диэлектрике,
но п от смысла этого направления.
57. Зависимость диэлектрического рассеяния от обработни
вещества.
а. Зависимость от гигроскопичности и содержания влаги должна
предусматриваться хотя бы по одному тому, что весьма большая
индуктивность воды, '80, раздробленной в диэлектрической среде, на-
П. Флоренский,—Диалектрики. 15
— 226 —
столько превосходит индуктивность всех технически применяемых
диэлектриков, что заранее следует предвидеть существенную
неоднородность диэлектриков, содержащих воду; а
следовательно, и удельное рассеяние таких веществ должно быть велико.
Действительно, значительность диэлектрических потерь в
веществах сырых подтверждена многими исследованиями; при этом,
диэлектрические потери опять являются чувствительным признаком
состояния вещества. Так, Скиннер исследовал на потери пропитанный
маслом пресшпан немедленно после пропитки и затем—через
десять дней после этого. Скиннер замечает, что следы влаги,
поглощенные пресшпаном при таких условиях, настолько
незначительны, что обычными приемами испытания диэлектрика не могли бы
быть обнаружены. Но рассеяние энергии оказывается различным в
том и другом случае. Скиннер вычерчивает кривые зависимости
рассеяния, как функции
пущенной в оборот
мощности. Такие
кривые строятся им для
двух температур, при
чем на чертеже (фиг.
110) нужно сравнивать
попарно кривую
сплошную с кривою
пунктирного для одной ж той же
температуры;
пунктирная относится к прес-
шпану ев
еже-пропитанному, а сплошная—
к нему же, через десять ■
дней после пропитки.
Аналогичны
результаты и других
исследователей. Так
Гранье в 1924 г.
подтвердил, что
диэлектрическая вязкость,
равно как иутечки,
в диэлектриках,
особенно пористых, после сушки значительно убывают, и притом строго
в одном и том же отношении. Например, образчик параффинированной
бумаги, долго лежавшей в лаборатории, имел при частоте 900 пер.: сек.
угол потерь 2° 15' и изолирующее сопротивление 1040 MQ, а после ■
сушки эти величины соответственно стали 0°ІО' и 17000 MS.
б. Зависимость от обработки обследована тем же Скиннером. На
чертежах (фиг. ill и фиг. 112) показано действие специальной
обработки на микарту, при чем пунктирные крнвыя относятся к
cm л л поля.
1)0
ftVicm,
Фиг. 110. Кривые коѳффипиентов мощности (К. Ж.) и ват-
тов ва cm3 в фупкдип силы поля для куска в 60 cm X
X вО cm X 320 cm прѳсшпана, насыщенного маслом. Пупк-
тпрные кривые указывают на испытание, пропввЬдеппое
немедленно после насыщения маслом, а сплошные—на таковое
же испытанве через 10 дней после пребывания вресшпапа
в масле. (По Скепперу).
— 227 —
сорту микарты п° 39, а оплошные—к сорту п° 44. Для каждого из двух
образчиков этого диэлектрика сделаны измерения при четырех
различных температурах,
и притом дважды,
т. е. до обработки и
после обработки.
Следовательно, для
уяснения себе
действия обработки на
микарту надо
сравнивать попарно ход
кривых, одной на
чертеже Ш и дру- у
гой на чертеже 112, і£
конечно при соот- Ь
ветственно одинако- 5
вых температурах, и 5
при том пунктирную 4
с пунктирной и
сп л о ш ну ю — с о
сплошною. Из этого
сопоставления
кривых станет очевидно,
насколько менее
быстро возрастают
потери при
возрастании мощности, в том
случае, если микар-
та подвергнута
специальной обработке.
Наконец, нижние
кривые черточкамп
вычерчены для
температуры -25е, когда
диэлектриком была
та же самая микарта
■л° 39, в одном
случае д о, а в другом—
после обработки, но
вполне
просушенная; сопоставляя ход
сплошной кривой е
. ходом пунктирной,
■самой нижней из
кривых пунктирных
на том же самом
■ с/п.
КІГ
сила, ло^гл.
Ф п г- 111 п 112. Кривые диэлектрических потерь н W : cm3
п коэффициентов мощности, оспосяипеся к двум плалтнпкам
микарты п0 39 (пупктпрпьш кривые) п rfii.4. (сплошные кривые).
Из ппх пластинка первая получила специальную обработку.
Нижняя пупктпрпая кривая показывает взмспсипе, произведенное в
этой пдастппке полпоюпросушкою- Потерп и коэффициент
мощности выражены в функции сизы поля. (По Скшшері).
■15*
— 22S —
сила поля.
jo уд so 4О7аа0гелѵ
КѴ-ст.
чертеже; мы видим, кЕьк много значит в уменьшении потерь них
сравнительной
устойчивости сухость
диэлектрика.
Вычерчивал
кривые потерь па
логарифмической бумаге,
т. е. заменяя величину
потерь п напряжения
в каждом случае их
логарифмами, мы
получим весьма наглядное
изображение того, кік
Диэлектрик подходит к
своему
диэлектрическому состоянию, когда
он уже неспособен
выдерживать
возбужденную разность
потенциалов. На чертеже
(фиг. 113) так именно
Перечерчены кривые
предыдущих чертежей
(фиг. 111 и 112). Крп-
выя переходят тогда в
прямыя, прп чем
прямолинейные частп
соответствуют формуле
(188) W— &V* ,
где \W есть потеря в
ваттах на см.*, V
приложенная разность, се
коэффициент,
зависящий от температуры к
Частоты, ѣ показатель,
который зависит от
углового
коэффициента выпрямившейся
крішой в системе
логарифмических
координат. Как видно из
чертежа, прп температуре
в 53° прямая начинает
искривляться, что
соответствует изменению
Фпг, 113. Прямые, получеппые Скпппером прп папесе-
пеп па оріипагак логарифмов коэффициента аощпостп
п дпэлектрпческой потерп, а па абсцпссах—логарифмов
соответствующих пм напряжении, выраженных в
киловольтах.
Wcm1
ол
%
'".і
Л І
t '
о1
ч
о.
п
"А
• Iе
- 1
°%
1 1 1 1 ■
Л\
і V '/ V
і(іі
і г і t
Jk»
о в га. б о г мл
Ф п г. 111. Кривая, делающая пагэядпым, как меняется
ведпчппа дпэдектрпческой потерп в пластппке от рода
чередующпхея обработок вещества. (По Скппиерг).
229 —
диэлектрика; при длительном напряжении пластинка была бы пробпта.
Таким образом, критическая точка пробития легко выводится
построением логарифмических кривых потери.
Интересен чертеяс (фиг. 114), наглядно показывающий, какие
изменения претерпевает диэлектрическая' потеря при
последовательных обработках диэлектрика. При каждом звене
вычерченной .ломаной поставлено обозначение фактора, на диэлектрик
действовавшего: Ш означает, нагревание в печи, С сушку в пустоте, Л
постарение диэлектрика в воздухе, длительность какового отмечена
числом, приставленным к букве Л. После многих обработок наконец
достигают сведения потерь к 0,03 W : cm3. Общий итог исследований,
к которому пришел Скпннер, выражается в следующих словах:
„Свойства изолятора зависят в высокой-степени от обработок, которым
он был подвергнут. Вообще говоря, можно сказать, что изолятор—тем
лучше, чем менее потери и коэффициент мощности и чем выше
сопротивление изолятора; нужно также, чтобы его индуктивная способность
была невелика, но это правильно не во всех применениях". Точно
так же Бетнлн отмечает, что „угол диэлектрической потери может
служить мерою степени несовершенства диэлектрика", и даже
думает сделать из этого угла критерий разделения веществ на
„диэлектрики и проводники", в зависимости от того, больше или меньше
он 45°; предложение Бетмаиа уже было обсуждено ранее [20].
в. Зависимость потерь от времени службы диэлектрика. В
литературе имеется указание на еще одну зависимость потерь, а именно
от времени службы изоляции. Оказывается, некоторые
диэлектрики переменным
электрическим полем, как говорят,
«фор-шруются», т. е. получают
большую диэлектрическую
однородность, вследствие чего
диэлектрик обслуженный
рассеивает энергию поля меньше,
чем диэлектрик только что
вышедший из производства. Но
кроме этой зависимости от
времени в собственном смысле
существует еще одна, несобственная.
Представленные на фиг. 115
кривые, найденные 3. Рум-
пом, относятся к микафолию и
показывают зависимость от
времени действия поля —
диэлектрических потерь, тока и
температуры; последняя кривая, как.
видно из [58] объясняет и подъем
двух первых.
80
70
60
50
40
30
20
10
. Ф п г. 115. Диэлектрические потерн, ток п
температура диэлектрика в зависимости от
времени. Лзоллцпоппая трубка пв мпкафолпя, при
толщине стопок 1,5 шш. Прплол;епо 15 кѴ.
1. Потери в ваттах. 9. Ток в мпллпалперах,
отпесспный к площади 110 cm3. 3. Температура
диэлектрика в ОЦ. і. Коэффициент мощности.
5. Температура окружающего пространства в »Ц.
. СТТп 1 -Dr...„.l
W
14
12
10
8
6
02 4
ОД 2
0
ТІ
2
/
і
\
\—
~\-
-
■
1
ч
<;
і
4.
і
І^_
'
.
/
И
1
1
А
/
'
У
_
_і
/
*— ■
/
h -4
— 230 —
Если обозначить чрез Q заряд полученный конденсатором при
зарядке, Q' заряд отдаваемый конденсатором яри разрядке, V напря-
Q—Q'
жение зарядки, a t время ее, то величина -^~— выражает
проводимость конденсатора в отношении утечек. Опыт показывает, что в
некоторых случаях эта величина, при несколько-часовых: зарядках
большими напряжениями, медленно убывает. Q возрастает медленнее и
медленнее, Q' растет очень мало и даже может убывать. Диэлектрик
очищается длительным действием тока. Происходит электролиз и
может быть электросмос посторонних примесей; потери от утечки и
потери вязкие уменьшаются одновременно. Так формируется, например,
по наблюдениям Гранье, пропитанная бумага [62].
г. Зависимость потерь от рода обкладок конденсатора.
Исследованием Гранье 1924 г. установлена еще одна важная зависимость угла
потерь,—от тесноты прилегания к диэлектрику обкладок. Воздушным
зазором уменьшается и емкость конденсатора и угол потери; иногда
же, напротив, этот последний увеличивается присутствием зазора; это
именно—когда диэлектрик обладает поверхностною проводимостью,
например от прикосновения пальцами или от следов окисления,
предоставляющих заряду последовательно распространяться по
поверхности из некоторых точек соприкосновения с обкладками. Вот пример:
дпэлсктрщ:
промасленное полотно
П It
» й
обкдадкп
плоские алюмішлевые лпсты, слегка
оловянная бумага, цодстпдающая алю;
оловязпая бумага, тщательпо
проглаженная пальцами для тесного прпмыка-
ипя к полотну н зажатая между алюми-
дпэдектрш; плавает па ртути, а
другая обкладка—то;ке пв слоя ртути. . . .
угол
потери 3
1°0"
1°45'
245'
2°50'
емкость
в m,u.F
0,32
0,68
0,82
0,94
58. Зависимость диэлектрического рассеяния от температуры
вещества. Как проводимость, так и индуктивность вещества изменяется
с температурою, и притом та и другая—не одинаково. Быстрота этого
изменения, особенно проводимости, наводит на мысль о быстром
увеличении диэлектрической неоднородности вещества—с ростом
температуры. Естественно предполагать, что н удельные потери в
переменном поле возрастают с температурою. Действительно, из
многочисленных наблюдений уже давно было известно, что рассеян и е
— 231 —
энергии, вообще говоря, возрастает с температурою, за
исключением конечно тех случаев, когда температура ведет к
новому состоянию тела (к
аллотропии, изомерии, плавлению,
испарению, разложению), с
образованием в диэлектрической
среде неоднородностей. В этих
случаях, диэлектрические потери
имеют весьма сложную
зависимость от температуры, пытаться
уловить которую теоретически—
пока было бы преждевременно.
Даже опытных данных пока
немного. На фнг. 116 представлена
по Д. В. Роперу зависимость от
температуры диэлектрических
потерь , в разных кабелях, а на
фиг. 117—подобная же
зависимость, по 3. Румпу, в
изоляционных трубках из слюды.
В частности, практически
важный вопрос о
диэлектрических потерях в конденсаторах
слюдяных, твердобумаж-
иых и стеклянных был
обследован М. Грюнбергом в 1911 г.,
как со стороны зависимости от
температуры, так и от других
факторов. В отношении температуры им было найдено (фиг. 118),
что, с возрастанием температуры, потери у конденсаторов:
стеклянных возрастают очень быстро, при чем этот
рост от частоты не зависит;
твердо-бумажных и слюдяных ■ возрастают еще
быстрее, и при температуре 60° угол потери увеличивается в
10 раз; но, в конце исследованной области температуры, рост
потерь замедляется.
Вопрос о потерях в конденсаторах был более расчленение
поставлен В. ШтеЙигаузом в 1921 г. Он обратил внимание на заливку
конденсаторов, предупреждающую боковую утечку в конденсаторе, и
показал, что это именно она ведет к чрезмерно большому
декременту затухания. Далее, Штейнгаузу нужно было ответить на три
вопроса:
1°, возрастают ли потери с возрастанием температуры
конденсатора?
2°, участвует ли в этом стекло?
Ф и г. 116. Кривые диэлектрических потерь в
вавпсішости от температуры. Кабели па 12 kY.
Коэффициенты мощности наиболее
значительные у кабелей, пропптаииых веществом со
смолистыми маслами [І'ІшІІв de resine).
Наименьшие коэффициенты потерь—у кабелей,
пропитанных веществом с мішерааьпыы маслом.
Промежуточные кривые относятся к пропиткам
смесями обоих веществ. (По Д.' В. Роперг).
— 232 —
8°, может ли быть найдена заливка более удобная, нежели
обычно применяющаяся?
. О величине потерь он судит по декременту затухания <р, т. е. по
натуральному логарифму отношения двух последующих амплитуд,
причем S равен половине коэффициента мощности и равен ittgo.
W/стЭ
1,0
0.8
0.6
0,4
0,2
*
*ъ
/
■DL_—
\
/
б
/
к
У
X
^г~~
: 4 t
/
А1
J
/4
'
У
/
У
,
А
10
20
30
40
50
60
70
80 °С
Ф п г. 117. Диэлектрические потери в зависимости от те.чпературы. Различима пэоляшюппые
трубки со стенками толщиною 1,5 mm ■%j 2 mm. Приложенный градиент поля 80 kV : cm.
(По 3. Рмшг).
1. Трубка пз микафолия (точкп Д). 3. Трубка из чистой слюды (точки ©).
2. „ из 70~80°/о-пон слю.ж (точкп . ). 4. „ пз . „ (точки х).
5. Труби us мпкартафолпя (точка 0 ).
На первый вопрос отвечает табличка:
'температура копдепсатора
18»
33»
4.4°
декремент запхания
0.О03О
0,0055
0,0037
Ответ на второй вопрос дается табличкою:
температура конденсатора
18»
77»
106"
декремент затухания
0,0023
0,0023
0.0042
Табличка эта относится к конденсатору без заливки, прЕ
напряжении 900 V. Она показывает, что, -несмотря на значительное
повышение температуры стекла, декремент затухания изменился весьма
немного, так что практически рост декремента с температурою
должен быть признан весьма несущественным. Поверка этого результата:
Все пространство между металлическими пластинками конденсатора
— 233 —
было заполнено сплавом канифоли с воском, точка плавления какового
сплава — при 65°. Тогда:
температура
копдепсатора
18»
-12*
60»
77*
'116»
123»
декрсж:пт
эатухапия
0,012
0,038
0,097
0,061
0,027
0,016
0,010
Декремент быстро
повышается с ростом до 60°, а затем
начинает падать, очевидно в
связи сплавлением
заполняющей среды [54 б].
Отсюда во всяком случае
следует, что при построении
конденсаторов заливка должна
быть возможно ограниченной,
а для этого стеклянные
пластинки должны быть возможно
более плоскими. Иенскойфирме
Шотта удалось довести
декремент конденсаторов до 0,0030.
После полуторачасового
радиотелеграфного пользования и
So'
Ф п г. 118. Сила токи в 10 ампера,
коэффициент диэлектрических потерь в ваттах па сш3
и коснпус угла потерь, как функции
температуры слюдипых копдепсаторов (производства
Реііпп гае, Гевее ft нІПдлль), при различных
числах перемен поля і. Исследованы четыре
копдепсатора емкостью от 28 000 cm до 30 000 ст.
(По Гріонберіт).
полуторачасовой крайней нагрузки, декремент' такого конденсатора н и-
сколько не изменяется. Еще менее (0,0026) декремент у
испытательных конденсаторов с пластинами, вышлифованными из толстых кусков
Наконец, нижеследующие таблицы показывают поведение раз-'
личных' заливок:
1. Канифоль
(точка плаллення > lOOOj.
темп, копіепс.
18»
JS*
77»
39°
декремент затух.
0,002
0,004
0,027
0,0101
111. Боен
[точка плавлеппя "
тейп, копдепс.
.18*
S3*
77»
- 70*).
декрете пт затух.
fill
— 234 —
II. Канифоль с 10^/,; параффша
(точка ялавлошш .—■ 90°).
IV. Кірнаубский воск
(точка плавлонпя ■-■'80»).
темп, копдепс.
18°
4СР
5S0
82»
114"
131»
V. Параффин
[точка плавления -
темп, копдепс.
18"
39»
50»
70»
декремент ватух.
0,003
0,007
0,048
0,103
0,030
0,112
-35").
декремент аатух.
0,002
0,002
0,002
0,003
темп, копдепс.
18°
450.
65»
77"
т
84°
VI. Озокерит
декремѳпт затух.
0,020
0,050
0,076
0,104
0,084
0,013
точка плавлен пл ^^ 50»).
темп, копденс.
18»
41»
50»
72е
декремент аатух.
0,003
0,003
0,003
0,004
Результаты этих измерений рад веществами I, II, Ш в IV
сопоставлены на чертеже (фиг. 119). Как видно из приведенных
таблиц, дочти идеальным веществом был бы параффин, а за ним—озо-
кериѵесли бы не низкая точка их плавления, делающая их
непригодными, С другой стороны, вещества Щ и IV тоже неприменимы
вследствие большого декремента затухания и, к тому же,
сравнительно невысокой температуры плавления. Таким образом, остается
-выбрать между канифолью и канифолью с параффином. Первое
вещество было бы более желательно по своим электрическим свойствам,
но оно слишком хрупко, и потому остается лишь канифоль-параффин.
Э. Шотт исследовал зависимость удельного рассеяния различных
стекол от температуры и дал кривые (ф и г. 107 и ф и г. 108) этой
зависимости экспоненциального вида. Угол потерь оказался возрастающим
с температурою чрезвычайно быстро. Наиболее высокая температура
была 400", и тут потери объясняются одною только проводимостью.
Работа 1922 г. 0. Фригона устанавливает, наконец, и аналитическую
зависимость потерь от температуры, наряду со многими другими
зависимостями. Фригон сделал опыты над материалами кабельной
изоляции: бумагою, пропитанной вазелином, и резиною. А чтобы устранить
утечки, он сворачивал эти материалы в трубки, получая цилпндри-
— 235 —
ческий конденсатор длиною 40 cm" и поперечником 20 mm. При таких
условиях, ошибка измеряемых потерь, привносимая утечками, не
превышает 3%'^4Ѵаі когда напряжение 20 кѴ. Потери не оказались
строго постоянными относительно времени и иногда' расходятся при
ГЕМПЕРатіГра. 8°Ц
Фиг. 119. Декрѳывпт затухании п завпспмостп от температуры. Стекиппые
копдепеаторы с различшмп зашшкамп: I капнфоль, II каппфоль с 10% параф-
фппа, III воск, IV карпаубскпйЧюск. (По Б. Дітецпглгзу).
тождественных условиях на 10%- Джоулевским эффектом можно
пренебречь сравнительно с потерями циклическими (рассеянием), при
всех температурах (от 0° до 125°) и при всех напряжениях (от б кѴ до
26 кѴ). Тогда, по Фригону:
Зависимость потерь от температуры может быть выражена,
внутри иавестного температурного промеягутка, функциею вида
(189)
W= m t".
где t температура в градусах Ц, а »і ж я суть величины, тоже
зависящие от температуры, но изменяющиеся сравнительно медленно; так,
в пределах t
0°~25°
70» ~ 125»
п
—0,3
3,6
W
a. <-°,з
b. t 3,*
При 40° потери минимальны. Коэффициент мощности изменяется
с температурою так же, к&к іг потери. При градиенте 20 kV : mm,
— 236 —
промежуток (
00 — ИБО
70° ~ 120°
cos ь
—0,3
St М
Обсуждая зависимость потерь от температуры диэлектрика,
Гранье в 1924 г. признал невозможным формулировать общий
закон этой зависимости: температура очень многообразно изменяет
свойства диэлектриков. Когда изучаемое тело, в данном
температурном промежутке, не способно разлагаться или плавиться, то потери
с ростом температуры растут правильно, и остается применимою
зависимость (189). Таково, например, стекло.—Но большинство лро-
мыпіленно-прпменяемых диэлектриков неоднородно, и смеси эти при
нагреве более или менее размягчаются или даже плавятся. В таких
случаях сказать что-нибудь о виде зависимости потерь от
температуры уже не удается. Так, кабели с каучукового нзоляциею при
обычной температуре оказывают минимум потерь, а в кабелях
изолированных пропитанною бумагою этот минимум достигается при
температуре несколько высшей. Тестообразность часто имеет
следствием значительное возрастание всяких потерь, которые при явном
плавлении диэлектрика переходят в утечки.
59. Зависимость диэлектрического рассеяния от напряжения и
частоты. С ростом напряжения поля изменяется, как известно,
проводимость диэлектриков и, нужно думать, изменяется также
индуктивность. С другой стороны, с возрастанием частоты переменного
поля у диэлектриков безусловно меняется индуктивность и, следует
полагать, получает новые значения кондуктнвность. Таким образом,
и напряжение поля ж частота его, изменяя степень электрической
неоднородности сред, бывших не вполне однородными, служат
факторами изменения удельных потерь.
а. Зависимость от напряжения. Опыты Бузона, преимущественно
над материалами кабельной изоляции(лросмоленнымхолстом, листовою
резиною и т. п.), привели его. к заключению, что потерн в точности
пропорциональны напряягению поля и что следовательно
коэффициент мощности независим от напряжения. Он пришел
также к выводу о независимости этого коэффициента от
частоты перемен поля. Следовательно, -полагал Бузон,
коэффициент мощности, т. е. удельные потери, вполне характеризует
диэлектрик при данной температуре. А это указывало бы на
упругий характер электрических деформаций в диэлектрике.
Однако, интервалы напряжения 300 Ѵ~600Ѵ и частбты, которые
могли бы быть допущены установкою Бузона, были недостаточны для
таких заключений, тем более, что Бузон работал большими часто-
— 237 —
таыи порядка 300 000 ~ 600 000 периодов в секунду, при которых трудно
ожидать больших вариаций коэффициента мощности. Поспешно
убеждение Бузона, будто результат его исследования имеет
приложимость и далеко за пределами обследованных им интервалов
напряжения и частоты. К тому же, метод Бузона, практичный при
сравнительной легкости установки и требующий весьма малых образчиков
испытуемого вещества, недостаточно точен, когда требуются тонкие
измерения. Но тем не менее, и числовые данные Бузона на самом
деле н е говорят за независимость коэффициента мощности от
напряжения и частоты. Так, листовая резина дала:
папряжешіс
420 V
540,,
580,,
коэффициент мощности
2,2%
5.35%
В. Штейнглуз, исследуя слюдяной конденсатор Лоренца емкостью
в 2560 cm методом резонансовой кривой, обнаружил несомненный рост
рассеяния—с напряжением; вот числовые данные:
напряжение
900 ?
1000 „
1300 „ 1
1600 „ і
2000 „ '
2600 „
декрелент затухания
0,0007
0,0011
0,0016
0,0018
0,0300
0,0066
На фиг. 120 представлены кривые диэлектрических потерь п тока
в микафолие, [как функции приложенного напряжения; кривые эти
даны 3. Румпом.
Бетман в своих исследованиях применяет частоту
незначительную, 60 пер.: сек., и напряжение большое, которое могло быть к тому
же значительно меняемо; градиент потенциала был у него, например,
131,5 кѴ: ст. Оказалось тогда, что угол диэлектрической потери
изменяется с прилаженным напряжением, при чем может быть функцией)
и возроетагощеи п убывающей. Поэтому, потеря энергии не
пропорциональна квадрату приложенного напряжения, но возрастает в одних
случаях быстрее этой величины, в других — медленнее. Потерянная
энергия в ваттах определяется выражением
(190) TF— V2 w О cos 3 sin а і о7 = 4- Vs «в С sin 2 3 Ю\
— 238 —
где О есть геометрическая емкость изучаемого конденсатора, V
приложенное напряжение, <л частота, S угол диэлектрической потери.
Бетман находит, что емкость конденсатора и е зависит или, точнее,
практически может быть принимаема независимою от напряжения.
'Следовательно, потери отступают от пропорциональности величине Vя,
д в зависимости от вида
функции sin 2 8, каковая может
иметь с возрастанием 5
течение различное. В частности,
потери могут быть нулевыми:
либо когда 3 = 0, либо когда
8=——. В первом случае, кон-
денсатор заполнен
диэлектриком, названным нами
схематическим, а во
втором—совершенным проводником нулевого
сопротивления или же
диэлектриком
бесконечно-большой индуктивности. Но какова
бы нн была зависимость угла
потерь о от напряжения V,
функция sin 2 8 при 3 = -|-
получает значение
максимальное; потуипо другую
сторону этого утла диэлектрик
менее рассеивает энергию,
нежели при значении 3 в 45°,
хотя и по разным причинам.
w
б
4
■costp
■0,3 3
1
1 р
1,'
и
V
1 '
V
V
о.
0.
0.
о;
—
—
5 ,
5
J
Л
-і
■, /
f
А
s
~'
4
г
j
J
'/
*—
V*
/
7
/
/
/
/
/
^
1
/
'
—А
*-,
0
/
'
/
?,
/
J/
*^
А
>
f
_і
/
/
/
.
/
V
і
/
/
/
/
/
5
■
/
■
/
I
1
/
1
/
J
к
-
V 21
0,2
0.1
Ф п г. 120- Диэлектрические потери п ток в
зависимости от напряжения. Изоляционная трубка пз
микафолия, прп толщине стенок 1,5 mm. Все
результаты отнесены к площадп в 110 cm2.
Измерения, произведен,
после тек, что пред-,
ставлены па фпг. 114.
4.
5.
Измерения,
произведенные до тек, что
представлены па фиг. Ц4.
1. Потери в ваттах
2. Ток в миллиамперах
3. Коэффициент мощности 6.
(Но 3. Руыпу).
Более точные измерения Фригона. позволили установить до
известной;; степени некоторое подобие аналитической зависимости потерь от
напряжения. А именно:
(191) TF=mF",
при чем как т, так и п, меняются с напряжением (и температурою),
но сравнительно медленно. Например, при градиентах потенциала
бблыпих 3,5 kV: mm и температуре 56°,
(192) W=cV^.
Когда температура меняется от 15° до 120°, то п меняется от 2,7
ДО 1,9.
Для более наглядного представления о рассеянии вышеуказанным
конденсатором (поперечник 20 mm, диэлектрик % mm толщиною) [58],
Фригон указывает величину потерь на 1 метр длины: это 0,2 W при
температуре 40° и градиенте 2,5 kV: em.
— 239 —
Для температур, меньших 100°, коэффициент
мощности возрастает пропорционально напряжению поля.
Для температур бблее высоких, он убывает, чаще всего изменяясь
в обратном отношении с напряжением. Иногда же он'рао-
тет или имеет минимум. Тут следует отметить еще несколько
наблюдений Фригона. Когда толщина диэлектрика убывает,
а напряжение остается постоянным, то потери
возрастают; если же постоянным остается градиент, то потери
убывают. Существует наивыго днейша[я толщина, при
которой диэлектрик наименее рассеивает энергию, каково бы ни было
ДС-с
ЧАСТОТА. "^-Т,
Фиг. 121. Теоретически вычисленные графы, выражающие зависимость емкости от частоты
шслвдствпе диэлектрического последействия. Ъ есть плотность распределения постоянной
времени около значения вероятнейшего. (По К. В. Вагперг}.
кг сготл
Ф иг. 122. Теоретически вычисленные графы, выражающие зависимость угла диэлектрически1
потерь от частоты. Значение Ь укавано в подппсп к фиг. 121. (По К. В. Вагпвгт).
напряжение. Увеличение радиуса кривизны цилиндрического
конденсатора (или поперечника его) ведет сперва к убыли, а затем—к в о з-
р'а|станиго потерь; при достаточно большом радиусе, потери
достигают максимума, но из доклада Фригона не ясно, наблюдал ли он на
самом деле, при дальнейшем увеличении радиуса, уменьшение потерь.
Наконец, работа Гранье 1924 г. снова делает перестановку
вопроса о зависимости потерь от напряжения и от толщины диэлектрика.
-А именно, до Гранье, угол потерь независим от напряжения п от
— 240 —
толщены, а рассеянная энергия пропорциональна квадрату
напряжения и обратно пропорциональна толщине; но все это-^при условии:
потери должны быть малы ж не повышать температуру диэлектрика;
соприкосновение обкладок диэлектриком должно быть совершенно;
наконец, истечений не должно возникать.
150. .
100.
'50.
•и-0,3
ы=0£
Ф п г. 123. Циклы диэлектрической вявкостп параффппв-
ровашюй буиагп для различных частот (в радЕапт.; сек.}.
(По Гранье).
б. Зависимость
рассеяния от частоты.
Значение частоты при
рассеянии энергии теоретически
рассматривалосьмногими,
в том числе Г, Иорданом,
Э. фоН-ШвЕЙДЛЕРОМ И К. В.
Вагнером; они исходили
из пластинчатой модели
диэлектрика. На ф ц г. 121
представлены
теоретические кривые Вагнера,
дао выражающие зависимость
емкости пластинчатого
диэлектрика от частоты,
а на фиг. 122—подобную
зависимость угла
диэлектрических потерь. Наиболее тонко обследована зависимость
рассеяния от частоты Гранье в 1922 г., помощью баллистического
метода и вычерчивания циклов вязкости. Частота менялась в широких
пределах. Обследовано было много конденсаторов, при чем наиболее
показательные результаты получились с пар аффинированною бумагою
(конденсатор А), с вощенною бумагою (конденсатор .В) и т. д.,
сравниваемыми со слюдяным конденсатором-эталоном, в 1 [lF. Под 5
разумеется угол потери, т. е сдвиг фазы заряда относительно напряжения;
угол 8 дополнителен к углу <в, сдвигу фазы тока относительно
напряжения. Чертеж (фиг. 123) показывает, как сильно изменяется вид
кривой цикла при различных частотах. Вот сводка таблиц, данных
Гранье и полученных помощью баллистического метода:
пульсация <я (в радиант.: сек.)
| кОЕіаиеатор А
емкость 0 (в |iF) . і
\ копдеЕсатор В
угол потерпи (в / кОЕдепсатор ^....
ПИВДО") \ копдепсатор*....
ЕоглопшЕпая ігощ-f копдеЕсаторА....
Е0Сть1Г(вЭрг:Сек^ ювхтятрВ„шш
0,06
2,9
9,83
55
90
1,4
5,9
0,3
1,8
3,85
55
90
4,3
11,5
0,8
1,3
3,10
45
43
7,3
17
4
0,56
2,30
26
20
9,6
32
36
0,4
1,42
17
6
39
51
74
0,26
1,35
16
22030'
52
40Ѵ
195
0,175
1,30
11
2
65
2D0
980
0,097
1,30
4
1
67
265
— 241 —
Сравнительное обследование конденсатора А методом Вина дало:
Пульсация ш
Емкость О
Угол потерп В в град.
Поглощен, мощность W
1,8
1,02
36
8,35
10,5
0,54
24
29,5
26,2
0,39
20
32,6
44,5
0,35
17
43
90,5
0,26
17
67
222
0,18
13
97
340
0,175
12
120
1020
0,142
8010'
205
1620
0,136
6
230
2980
0,133
5025'
385
5610
0,127
4050'
600
Чтобы распространить результаты евоего исследования на
большие частоты, Гранье измерял угол потери S для многих веществ при
двух значительно разнящихся герцевских частотах, при чем
применен был калориметрический метод и весьма малоемкие конденсаторы
Результаты даны таблицею:
Диэлектрик конденсатора
і
просмоленный колет (быстро
пропускная .бумага {вааж-
порпстьш сосуд для
элемента (повыв, влажность лабо-
Чаетота
(в сек. пер.:)
Г 143 000
\ 11300
Г 250 000
\ 9100
Г 230 000
\ 9100
( 273 000
\ 7 700
Г 183 000
\ 5 600
Г 220 000
\ 8 850
Г 266000
\ 7500
Г 210 000
\ 9 700
( 104000
\ 9 700
Соответственная
дли па волны (в
метрах)
2100
34 000
1200
' 33 000
1300
33 000
1100
Г
39 000
1640
54 000
1370
34 000
1130
40000
1430
31000
2300
31000
Угол потерп
0° 12'
О» 18'
0°36'
0»35'
2» 10'
9° 45'
00 22'
0°45'
0D5ff
30 Iff
0» 55'
1"45'
I* 20'
10 35'
5» Iff
12» 3ff
2° 35'
7» 20'
Для построения графов, выражающих связь .между емкостью,
углом потери и рассеиваемою энергиею—и частотою, выгодно
воспользоваться координатами логарифмическими. Так именно построены
П. Флоренский,—Диэлектрики. 16
— 242 —
кривые на фиг. 124. Как видно из чертежа, все зависимости
выражаются здесь линейно с большою степенью приближения. Пунктирные
линии относятся к исследованию методом Вина, а сплошные—к методу
Гранье. Те и другие графы достаточно удовлетворительно совпадают
между собою в средних частях, но начинают расходиться возле гра-
I
I
3.
I
H-F.
erg
too
lo
/
о
о
з \
у4^
5^
* J
^Jk
f /
*
^4?
*
f
■ t
t
■*i^.
ао/
o, i
'O
/oo
iooo
V&. С ГО ТА.
I BOOO
П£Р: CSX
Ф n r. 124. Зависимость емкости угла диэлектрической потерн и величины самой потерн от
частоты. Графы нанесены па логарифмическую сетку. Пунктирные кривые получены методом
мостика Впил, топкие сплошные—методом баллистическим Грлпьв, толстые сплошные—тоже
баллистическим методом. Притом, топкие линии относятся к конденсатору А, а толстые —
в копдепсатору В.
1, 2 емкость -ч
3, 4 угод диэлектрических копдепсатор Л
потерь \ с параффппнро-
5, 6 величина дпэлектрп- ваппоіо бумагою.
■ чеекпх потерь/
7 емкость
8 угол диэлектрических
потерь ]
9 нелпчпна
диэлектрических потерь/
копдепсатор В
с воіцеішоіо
бумагою.
ницы точности того и другого метода. При больших частотах,
баллистический метод дает малую точность, и, напротив, при частотах малых
нечувствителен мостик Вина. Следовательно, полное исследование
— 243 —
диэлектрика требует совместного применения как того, так и другого
метода.
Соотношение между рассеянной энергией и частотою может быть
выражено параболическою функциею вида
где М и іі постоянные. Для конденсатора А « = 0,4, а для
конденсатора В я = 0,6. Следовательно, в параффннированной и в вощенной
бумаге потери растут медленнее частоты и быстро убывают с ее
возрастанием. Это—примеры конденсаторов дурных, в смысле рассеяния
энергии, но тем лучших, чем больше частота. Вообще, возрастание
ч.астоты ведет к уменьшению угла потери, хотя цока еще,
нельзя достоверно сказать,
относится ли этот закон к
радиочастотам. У сухого пресшггана
и гуттаперчи это уменьшение
потери с возрастанием частоты
незаметно, и следовательно эти
вещества можно
рассматривать как электрически весьма
упругие; рассеяние энергии в
них пропорционально частоте.
Напротив, у стекла, вощенной
бумаги, пропускной бумаги и
пористого фарфора
рассеиваемая энергия возрастает
медленнее, чем частота.
Если экстр ало лігровать на
радио-телеграфные частоты
параболическое соотношение
<193),.Т0 для стекла п —0,78,
а для влажной пропускной
■бумаги и=о,54. Но всем этігм
числам не следует придавать
значение характеристики
вещества: они относятся только
к исследованным образцам и
у различных образцов заметно
расходятся между собою.
Когда брались конденсаторы,
изготовленные особенно
тщательно, как-то: с вполне
прозрачной слюдою, кабели из
бумаги, пропитанной в пустоте илп при высокой температуре,—то
углы потери оказывались значительно ниже указываемых в
приведенной таблице.
1С*
0,сь
оо,
О.о *
O.Q£
/
л*1
^
і4^]
га
" 1
7
5-ЛІ
,ЗѴ /
Р
1
Температура в °Ц
Ф п г. 135. Диэлектрические потери в зав пси мости
от температуры, при различных частотах. Бумага
для изоляции кабелей высокого напряжения.
(По'К. В. Влпшч).
о.оЗі
.
5
о.
С
- ■*_-.
/
ІІ^
J
f
tf
<?
k
■a
J
*
Й
'
*h
1
^
>'f
si
1С Jb to
Фиг. 126. Диэлектрические-потери в
зависимости от температуры, при различных, частотах.
Пропитанная бургундским терпентином
бумажная пзо.іящія, (По К. В. Влгпирѵ).
_ 244 —
В работе ЩоттА выяснена зависимость от частоты как угла
потерн S в минутах, так и емкости Св сантиметрах; конденсаторы брались
с разными сортами стекла (фабричные обозначения этих стекол: 0211,
О 15, Т 163, S,0 381), эбонитом, пресшпаном и янтарем, при разной
длине электрических волн X, выраженной в метрах. Вот таблица:
X =
0 211
0 15
Т 163
S
эбонит
пресшпап
0 381
лЕтарь
{;
с
{;
с
{;
г°
{с
{;
Г3
\о
300 m
—
—
—'
—
23',2
232
ЮЗ',8
293
21',73
474
17',6
564
500 ш
2',55
518
6',5
1748 '
Ю',78
• 1960
17',5
1296
23',4
233
91',7
394
22',67
475
17',0
564,8
700 ш
2',47
518
6',28
1751
Ю',54
1965 ■
17',75
1297
—
87',1
295
23',89
476
16',4
565,6
ІОООш
2',42
518
6',01
1753
Ю',34
1970
18',01
1298
—
^
—
24'Л37
476,8
16',3
566
1600 ш
2',38
518
5',95
1756
Ю',18
1971
18',48
1999
—
^
—
25',83
477,5
15',7
567
При комнатной температуре угол потерь пропорционален частоте,
и эта зависимость редко выходит за пределы ошибок. Вообще говоря,
угол потерь возрастает с частотою; но бывает и обратное.
Значительная изменяемость этого угла с частотою присуща, по Шотту, только
органическим веществам—пресшпану и янтарю, при чем функция тут
тоже возрастающая.
Интересно также сопоставить совместное действие на
диэлектрическое рассеяние двух факторов: температуры и частоты. Наблюдения
такого рода, сделанные К. В. Вагнером, представлены на фиг. 125 и
фиг. 126. Первые кривыя относятся к бумажной кабельной изоляции,
а вторые к пропитанной бургундским терпентином бумаге. Как видно
из чертежей, кривыя зависимости потерь от температуры при
различных частотах между собою расходятся.
В 1924 году баллистический метод [51J, но с некоторыми
усовершенствованиями, был применен Ж. Грлнье к изучению занимаю-
— 245 —
щей нас зависимости потерь от частоты. Диапазон частот был весьма
велик: от 0,0015 пер.: сек.' (1 период в 10 минут) и до 65 000 000 дер.
в сек., т. е. от длины волны в 2.10" ш (т. е. 200 миллионов километров)
и до 4,56 т. Было найдено:
В твердых диэлектриках потери от утечек значительно ниже
потерь вязких, начиная с технических частот (50 пер.: сек.) и далее,
а при радио-частотах и высоких частотах с ними можно не считаться;
Что касается до вязких потерь, то некоторыми исследователями
делался, теоретический вывод, что площадь цикла вязкости должна при
очень малых и при очень больших частотах стремиться к нулю. Опыт
опроверг этот вывод, по крайней мере в рассмотренных пределах
частоты: означенная площадь не стремится к нулю. Кроме того, она
изменяется с частотою вообще вполне правильно: избирательного
поглощения при некоторых определенных частотах не наблюдается.
■Формула (193) подтвердилась:
<108') W^zMk", т -L <я <1;
но оказалось, что п есть величина переменная, однако изменяющаяся
медленно и с возрастанием ад приближающаяся к единице.
Исследование Гранье повело, далее, к делению твердых диэлектриков на два
разряда:
Разряд 1. При постоянном напряжении, утечки в диэлектрике
ничтожны. Тогда в (193') М мало, а в близко к единице. Это значит,
что рассеиваемая энергия переменного поля относительно мала, но в
точности пропорциальна частоте; индуктивность же остается при этом
весьма неизменною. Таковы: слюда, эбонит.
Разряд 2. При постоянном напряжении, утечки велики. Тогда
в (93) М велико, а « близко, при обыкновенных частотах, к -$-. Это
■значит, что рассеиваемая энергия переменного доля относительно
велика при малых частотах, но делается сравнительно меньшею при
"бблыних. Диэлектрики, обычно признаваемые весьма посредственными,
при больших частотах могут становиться сравнительно хорошими;
индуктивность же их с ростом частоты весьма убывает- Таковы:
дерево, мрамор.
В жидких диэлектриках вязкие потери, при частотах
промышленных и радио, ничтожны сравнительно с потерями от утечек, начинают
получать некоторое значение лишь при большей частоте.—А так как
потери утечкою не стоят в зависимости от частоты, то следовательно
при большой частоте, жидкости гораздо предпочтительнее в качестве
диэлектриков, чем тела твердые. Так, даже вода, явно проводящая
постоянный ток, при частоте 65 000 000 пер.: сек. вполне уподобляется
убонйту п имеет угол потери всего только около Iе.
Но из всего вышесказанного есть исключение: глицерин. Угол
потери в нем невелик при частотах меньших миллиона (1°30' при
— 246 —
167 000 пер.: сек.), но он внезапно становится значительным при очень
большой частоте (23° при 66 000 ООо пер.: сек.); при этом величина
угла потерь, в этих условиях, уже не изменяется загрязнением.
60. Зависимость рассеяния энергии от водных и воздушных
включений в диэлектрике.
а. Зависишость от водных пор. Значение водных пор в
диэлектрике, помещенном между обкладками конденсатора, рассмотрено
теоретически Делафильдом дю Буа в 1922 г. Если влектроды имеют
постоянную разность потенциалов, то водные шарики удлиняются и
получают вид тонких нитей, концы которых доходят наконец до
электродов и устанавливают пути проводимости, При известных
температурных условиях может произойти разрыв такой нити. Влага
испаряется, и такой диэлектрик оказывает «поглощение» и имеет
«остаточный заряд».^ Автор находит возможным свести к такого рода
явлениям процессы в кабелях,. содержащих влажность. Если
электрическое поле переменно, а водные шарики достаточно малы, то они уже
не могут вытягиваться в нити от электрода к электроду, и длина их
оказывается практически даже независящею от силы поля. Этим
ішенно объясняет автор наблюденную им независимость
диэлектрического сопротивления переменному току от напряжения поля, раа
только содержание влаги в диэлектрике незначительно. Это
наблюдение противоречит опытам Ѳвершедл, но противоречие вероятно
объясняется различною величиною и формою водных пор и количественно
различным содержанием влаги. Как можно легко предвидеть и как
устанавливается анализом, водные включения ведут к диэлектрическим
потерям, к токам утечки и к другим явлениям, характерным для
сырого диэлектрика; в упоминаемой работе они подводятся под общие-
формулы. В технических установках с повышенными потерями от
присутствия водных пор пришлось столкнуться например радиотехнике.
А именно, по исследованиям Александерсена 1922 г. влажное дерево
мачт, вследствие больших диэлектрических потерь в нем, когда
применяются незатухающие колебания, оказалось весьма понижающим
коэффициент полезного действия антенн; поэтому в своих
антеннах большой отдачп, до 50 -^ 60°/„ , Александерсен делает мачты
железными.
б. Зависимость от воздушных включений. Присутствие воздуха
в диэлектриках и вообще в изоляции электрических приспособлений,
как-то: в кабелях, в обмотках генераторов, двигателей и
трансформаторов, в испытуемых образцах, помещенных между электродами, и т. д.,
давно уже признано пагубным для электрической прочности, п при
том в разных смыслах. Воздух может заключатся и в свободном виде,
пузырьками и пленками, и окклюдированным или адсорбированным
веществом изоляции. Особенно вредными оказываются воздушные
включения, ионизирующиеся при достаточном градиенте и, вследствие-
возникшей проводимости [6Ф], ведущей к диэлектрическим потерям.
— 247 —
а также и к существенному перераспределению силовых линий. В1922 г.
Шредер задался систематически обследовать значение этих воздушных
пространств, либо вовсе исключая их, либо изменяя их по произволу.
Опыты производились с разными диэлектриками (слюда, ископаемый
воск, -стекло, лакированное полотно, бумага пропитанная воском или
керосиновым ягеле). Один из электродов мог быть помещаем на
некотором расстоянии от диэлектрика, так чтобы оставить воздушный
зазор произвольной толщины, до 0,026 ст. Измерялись диэлектрические
потери, и графы вычерчивались для зависимости этих потерь от
градиента примененного потенциала ( в отличие от работы на ту же телу
Кларка и Шенклина, где потери рассматривались как функция
эффективного напряжения). Оказалось: 1", появление электрических
истечений сказывается, более пли менее внезапно, при определенном
градиенте потенциала, изменением коэффициента, мощности; 2°, это
изменение тем более резко, чем толще диэлектрик; 3°, истечение
возникает при градиенте тем меньшем, чем толще слой воздуха, при
данной толщине диэлектрика; 4°, при этом, необходимый для
истечения градиент зависит не только от толщины воздушного зазора, но и
от площади его; 5°, при некотором определенном градиенте
наблюдается максимум коэффициента мощности, указывающий на близость
зазора к состоянию насыщенной ионизации; а после этой величины
градиента коэффициент мощности убывает.
, Объяснение, данное Шредером этим явлениям, опирается на
преобладающее присутствие ионов в диэлектрике, пока градиент невысок;
тогда именно в диэлектрике разыгрываются потери. При более высо-
,ком градиенте начинается ударная ионизация воздуха, и наконец
возникает корона; с этого момента воздух более или менее заметно
поглощает энергию поля, и коэффициент мощности растет, а число
воздушных ионов делается преобладающим. Наконец, бблылая часть
газа оказывается ионизованной, и тогда коэффициент мощности снова
убывает. Чем более толщина воздушной прослойки, тем большую
скорость приобретают в ней ионы, и потому тем ранее появляется
корона. Напротив, при тонких воздушных слоях ионы не имеют
достаточного пробега, чтобы при данном градиенте приобрести те же
скорости, чтб в слое толстом. Следовательно; корона возникает тогда
труднее, и коэффициент мощности достигает максимума при разности
потенциалов более высокой, как п показывает";опыт; напротив, в малом
воздушном пространстве ионы не имеют достаточного простора, чтобы
своим ударом ионизовать воздух, когда градиент сравнительно
невелик.
61. Гистерезис при относительном движении. Пусть имеется
некоторое тело (внутренняя среда, которую будем обозначать индексом ж)
и наружная среда (будем обозначать ее индексом с), носительница
электрического поля. Относительное движение т и о вызывает сдвиг
силовых линий в теле т, а следовательно—и перераспределение ди-
— 248 —
электрической поляризации. Это перераспределение сопровождается
всеми теми последствиями, какие происходят при таком же
перераспределении, зависящем от времени. Одно из последствий такого
рода—механические силы взаимодействия тис. Если, для
определенности, мы будем представлять себе среду с с полем движущимся, а
тело т — с неподвижным, то возникают силы, стремящиеся двинуть
тело; их в каждый момент можно свести к некоторой результирующей
В и некоторой паре вращающего момента I). Пусть поступательное
и вращательное слагающие движения среды с мы условились считать
за положительные. Тогда R и 2) могут быть, в зависимости от
вещества тела т и среды с, как положительны, так и отрицательны. В
первом случае, тело ш содействует ускорению средней,
следовательно, если само оно удобоподвижно, то приводится в движение
обратного смысла, хотя и с другими мгновенными скоростями, нежели
среда; во втором случае, тело т тормозит движение , среды с и, если
оно удобоподвпжно, то получает скорости того же смысла, что и среда,
но других величин. Этот последний случай можно сравнить с трением
и назвать полоэ/сителшым диэлектричемеим трением поля о среду;
первый же случай можно назвать отрицательным трением поля о среду.
Наиболее прост и. опытный и математический анализ движения
среды с только вращательного, около постоянной оси, при чем
тело ш обладает полною аксиального симметрией; к тому же, этот
случай и практически может быть наиболее полезен.
Р. Арно в 1893 г., III. Ворель в 1893 г., Д. Трвльфолль в 1897 г.
и В. ІПлуфельвергер в 1898 и 1899 г.г. наблюдали
положительный (содействующий) момент вращения; средою тут был воздух.
А. Геидвеллер в 1899 г. и В. фон Ллнг в 1907 г. проделали опыты с
разными средами, жидкими и газовыми; момент вращения оказался
различным, то положительным (содействующим), то
отрицательным (задерживающим среду). В 1896 г. Г. Квинке и JI. Гретц
наблюдали подобную же изменчивость вращательного момента на
диэлектрических шарах, подвешенных нитями или надетых на острия.
Вращательный ■ момент не пропорционален действующей силе поля
Шауфельбергер нашел приблизительную формулу
(194) D = k&\
но Арно и Трельфолль выразили искомую зависимость более точно чрез
(195) D=№", где т = 1,5~1,9б<2 ;
к есть материальная постоянная, зависящая от свойств тела и свойств
среды.
Рассматриваемое явление зависит от проводимости и
индуктивности, как тела, так ж -ереды. Тут имеется ряд теоретически
выведенных соотношении. Наиболее общий случай разобран А. Лампою в
1906 и 1911 гг. Данная им формула относится к диэлектрическому
шару, радиуса г. Тогда
— 249 —
(2«„ + 1)*» —(«, + 1)*т
(194 » = "Ѵ^*+Ѵ + *ГІ*. + *У
Здесь все величины—в электростатических единицах. IS сила поля,
в, и хт индуктивность и проводимость тела, ес и хс те же параметры
среды, а Т = 2п: <о есть период одного обращения поля.
Ча'стный случай того .же явления рассмотрен впервые в 1SS1 г.
Г. Гертцеы, который дал для проводника, окруженного абсолютно
непроводящего средою, формулу
(197) ДдгМРаТв + 4^,
Это соответствует положительному моменту вращения. Далее, в 1897 г.
Гейдвеллер указал, что отрицательный момент вращения может
объясняться проводимостью среды, если яс>х.г; а фон Швейдлер в 1S97 г.
дал и соответственную формулу
Для демонстрации диэлектрического гистерезиса Р. Арно в 1892 г,
устроил небольшой электрический двигатель, в котором вращающееся
электрическое поле увлекает диэлектрический сердечник, подобно
тому как в двигателе Феррариса вращающее магнитное поле
приводит во вращение железный сердечник. Пока еще, двигатель Арно
недалек от физической модели, с незначительным коэффициентом
полезного действия; но нет оснований думать, чтобы подобные
механизмы не могли найти себе, после конструктивного
усовершенствования, и технических применений.
62. Новые данные о диэлектрических потерях. Вместо заключения
изложим итоги опытных и теоретических исследований потерь,
обнародованные в 1924 г. Ж. Гранье.
Он отмечает терминологическую путаницу, неопределенно
расширяющую значение слов «проводимость» и «сопротивление»
применительно к конденсаторам, и настаивает да строгом, разграничении
между утечками конденсатора и егб электрическою вязкостью. Если
конденсатору сообщен заряд Q, а при разрядке он отдает заряд Q'.
то величина Q— Q' есть утечка. Но с другой стороны, и заряд Q' не
отдается сразу; причина этого задержания заряда есть вязкость,
Спрашивается, где именно коренится вязкость конденсатора. Как
выходит из опытов Гранье, она обусловлена двумя причинами и
характеризует: л и б о самое вещество, т. е. строение его молекул, л и б с
наличное состояние, т. е. степень однородности его состава. Б
первом случае, при очень коротких волнах, имеется полоса
избирательного поглощения; таков глицерин и т. п. Во втором, когда кривая
угла потерь не имеет выраженных вершин плп углублений, угол
изменяется в смысле обратном частоте.
— 250 —
Есть попытки—рассеяние волн всякой длины, от а^лучей и до
радио-волн вменить одному деятелю, атому; но такое
предположение об пнтра-атомном рассеянии мало вероятно. Скорее надо
представлять себе, что поглощение длинных волн происходит внутри
молекулы, в значительной массе; тогда один из ионов ее может входить
в резонанс с медленными волнами. Так происходит с водою, алкоголем,
глицерином и большинством веществ, содержащих в молекуле
гидрокеил-ион, ОН. Существование 'ионов, связанных е молекулою, в
этих веществах сказывается огромным ростом индуктивности е и
показателя' преломления к, равного ѵ^Г при переходе от инфракрасных
колебаний к гертцевым. При первых нет поглощения, потому что ионы
не поспевают за изменениями поля, а во втором—потому^что они вполне
подчиняются полю. Однако, в промежуточной области ионы колеблются,
но с отставанием, и поглощают энергию. У воды полоса поглощения—
при волнах короче 1 mm, у льда—при волнах длиннее десятка
метров, у алкоголя—при 5 от ~ 50 cm, у глицерина при 10 ею -^ Ю ст.
Такова одна причина потерь, интрамолекулярная.
Однако, вообще имеет значение другая причина, а именно
проводимость экстрамолекулярная. Гранье приписывает ей
электролитический характер, представляя диэлектрик содержащим следы влектро-
литов. В пористых телах, чаще всего это—влажность, но не всегда,
как например в каучуке, эбоните и т. д. В стекле основною, вполне
изолирующею средою еледует признать двойные силикаты, а
проводящими электролитами—силикаты щелочные. Утечки в таких
диэлектриках идут вместе с вязкими потерями, обусловленными остаточными
зарядами. Поэтому, диэлектрики наименее рассеивающие энергию при
высокой частоте—это легко очищаемые от электролитов; таковы сухой
керосин, параффин. Действием поля ионы перемещаются в
диэлектрике, несмотря на препятствие молекул среды. Бели поры, в которых
продвигаются- они, закрыты [82 е], то ионы скапливаются, возникает
электролитическая поляризация и соответственный остаточный
заряд; если же поры открыты, то ионы добираются до обкладок, и
происходит утечка. Всякая причина, увеличивающая одно.явление,
увеличивает и другое; такова влажность, таково размягчение нагревом.
Обычно вязкие потери переходят в чистые утечки, как только
усиливающий их деятель доведен до известной степени. Напротив, длительное
действие тока, разлагая электролит, может очистить диэлектрик, и
одновременно исключить как утечки, так1 и вязкие потери [57 г].
Для математического выражения своих взглядов, Гранье вводит
понятие «мгновенной емкости», т. е. той, которою обладает
конденсатор, когда выступает тот или иной элемент (электрон, атом, ион и т. д.),
деятельный при данных частотах; по просту говоря, речь идет о
полосе поглощения и о соответствующей ей удельной индуктивности
диэлектрика.
Емкость конденсатора может быть рассматриваема, как сумма
мгновенной емкости и емкости остаточной, т. е. обусловленной
— 251 —
остаточными зарядами и меняющеюся частотою. Дальнейшая задача—
аналитически охарактеризовать второе слагаемое емкости.
Относительно него обычно выставлялось два предположения: либо чистый
гистерезис, либо чистая вязкость. Первое предположение не может
быть удержано: цикл поляризации зависит от частоты и эллиптичен;
это не объяснимо гистерезисом, подобным магнитному. Кроме того,
нельзя представлять себе ' поляризованный диэлектрик—в нулевом
поле и не располяризовывагощимся. Второе предноложевие, о чистой
вязкости, тоже не отвечает опыту. Тут диэлектрическое смещение
представляется наподобие маятника в вязкой жидкости: упругие
силы пропорциональны отклонению, а трение—скорости. Такая модель
приводит к выводам: 1°, после долгой зарядки постоянным током,
разряд происходит по экспоненциальному закону; 2°, при синусоидном
напряяіении, заряд остается синусоидным, а цикл его эллиптичным;
з", площадь цикла стремится к нулю при беспредельном убывании и
при беспредельном возрастании частоты, имея при средних частотах
максимум. Эти выводы тоже не вполне подтверждаются опытом. Так,
разрядный ток представляется степенною функциею (162); площадь
цикла при малых частотах не стремится к нулю, при средних не
имеет максимума, а при больших—рассеиваемая энергия не
стремится к пределу.
Гранье обращает внимание на одно существенное
обстоятельство: потери характеризуют данный образчик вещества и в меньшей
степени—вещество; даже части диэлектрика из одного конденсатора
показывают разные утлы потери. Причина этого понятна, коль скоро
потери коренятся не в атомах и даже не в молекулах, а в порах и
каналах диэлектрика, распределенных в нем по * закону вероятности.
Если рассматривать целый конденсатор как совокупность
конденсаторов элементарных, то каждый из них порознь имеет свой угол
потерь. Этим-то и объясняется способность заряда конденсатора
обращаться: иначе говоря, .двумя зарядками противоположного смысла,
одною длительною, а другою кратковременною, можно вызвать в
диэлектрике две сосуществующие поляризации противоположного
смысла, одну соответствующую тонким и длинным каналам,, а
другую—более широким и коротким; тогда при разрядке сперва
разрядятся последние, в одном смысле, а затем первые—в обратном.
Отсюда далее следует, что каждый элементарный конденсатор
порознь обладает вязкими потерями по закону экспоненциальному; но
все вместе они характеризуются суммою экспоненциальных функций,
которая сама уже не экспоненциальна. При переменном же
напряжении тогда ток по прежнему будет характеризоваться синусоидою,
а цикл эллппсом.
В формулах это будет:
Постоянное напряжение. Пусть dC емкость элементарного
конденсатора, dA его проводимость, йі ток через него, V постоянное
напряжение, ■= время. Тогда
— 352 —
есть релаксация [18], т. е. величина, характеризующая
электрическую вязкость конденсатора. Тогда
(200) dZ= У АЛ,
а полный остаточный ток в конденсаторе Іс
г —
(201) Іс=\ Г йАе * -
Jco
Чтобы связать Л с Т, Гранье предположительно берет
<202> d(i)
и тогда находится
(203) Ie = Jtf FT (к) т-"
где Г есть эйлеров интеграл второго вида.
Итак, вывод (203) совпадает с опытно найденною зависимостью
(162), следовательно, соотношение (202) может быть принято.
Переменное напряжение. Пусть теперь напряжение переменное и
определяется соотношением (161). Тогда
(204) d І=Ѵ0 6А sinS
где « угол потерь. Принимая попрежнему соотношение (202), находим
(205) активная слагающая, -^и — —К-2, Г I-jpl ГІ1 о~)ш"
, л к ' г МК г Л+«\ г Л— п\ ..
(206) реактяетая слагающая, Jr — —-— Г I—^— 1 Г I—я--1 <о ■
Итак, активная- слагающая, а следовательно и потери,
пропорциональны и-й степени частоты; это—опять подтверждено опытом. По
прошествии времени разрядки, равного длительности периода, имеем
1,- 2 Г («)
(208) Л 2l^j
Эти отношения зависят от одного только. показателя п.
Нижеследующая табличка дает представление о численном их значении:
— 253 —.
н
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
_ ,. si ... _ _*_
7W:JC
3,28
3,95
4,95
6,22
7,83
9,85
І*:ІС
3,28
5,50
9,50
21,2
49,2
со
Следовательно, кзушв поведение конденсатора при достоянном
напряжении и узнав Іс, п и мгновенную емкость его, мы можем
предусмотреть процессы в нем при переменном поле любой частоты.
VI. Пробойная крепость.
63. Общее понятие о пробое. Назначение изоляторов—удерживать
энергию электромагнитного поля в технически полезном русле и не
допускать ее выходов в боковые протоки. Самая необходимость такого
рода приспособлений подтверждает склонность названной энергии
рассеиваться, и очевидно эта склонность характеризуется
некоторою величиною, которой должна быть противопоставлена
соответственная электрическая прочность изоляции. Должно быть ясным и
то, что эта прочность всегда имеет тот или иной предел; когда он
превзойден, электрическая изоляция дает отказ. Как можно
предвидеть загодя, этот отказ может быть: либо постепенным (—и тогда
дальнейшее повышение разности потенциалов между электрическим
проводом и отделенною от него, помощью изоляции, средою
асимптотически подводит коэффициент полезного действия всей установки к
некоторому пределу—), либо внезапным. В том и в другом случае
изоляция разрушается. Вели это разрушение частично, то, при
некоторых видах изоляции, можно надеяться на поправимость дела; так,
газовые и жидкие диэлектрики, частично разрушенные чрезмерною
мощностью, во многих случаях саки собою восстанавливают овою службу.
Но и тут, мощности слишком большие бесповоротно разрушат
изоляционное приспособление, и порча сделается полною. Другие же виды
изоляции, и притом именно обладающие механическою твердостью,
если повреждаются хотя бы и частично, то повреждение оказывается
необратимым.
Электротехника, по крайней мере до сих пор, пользуется почти
исключительно изоляциями, дающими отказ внезапный; это связано с
задачею передать при наименее стоющей изоляции наибольшую
электрическую мощность. Таким образом, внезапный отказ изоляции, или
электрический пробой, есть наиболее важный из несчастных случаев
цепи, а пробойность—наиболее занимающее техника свойство
изоляционного материала. Диэлектрические индуктивность, проводимость
и рассеяние могут в той или другой отрасли электротехники делаться
предметом особого- внимания сами по себе, все вместе или порознь.
Однако, в технике высокого напряжения эти три свойства, за
сравнительно редкими исключениями, при обсуждении изоляции учитываются
— 255 —
де сами по себе, а как обстоятельства благоприятствующие пробою.
Емкость изоляции, утечки чрез нее тока и, наконец, диэлектрическое
рассеяние в ней, кроме особых случаев, составляют факторы
технической целесообразности установки, сами по себе второстепенного
значения; но совсем не таковы они же, все три, в качестве
предваряющих пробой п приводящих к нему изоляцию.
Никакой прямой зависимости между пробойностыо диэлектрика и
его проводимостью не существует. Прежний взгляд, согласно кото-
торому искалось у диэлектрика большое омическое сопротивление,
при чем было подразумеваемо тем самым и большое сопротивление
пробою, оставлен уже около двадцати лет тому назад, после
исследований Глэзврукл в 1904 г., Мура, в 1905 г., Гуманна в 1903—1905 гг.;
"поскольку омическое сопротивление учитывается как таковое,
требуется лишь, чтобы оно не было слишком мало. Точно так же, нет
прямой зависимости пробойной крепости от диэлектрического
коэффициента и от рассеивающей способности диэлектрика.
Но все эти и некоторые другие физические характеристики
диэлектрического материала различными путями способствуют
изменению электрической крепости; одним из наиболее существенных
промежуточных звеньев оказывается здесь повышенная температура
изоляции, находящейся под электрическою нагрузкою. Этот рост
температуры ведет к. перераспределению силовых линий, что в свой черед
изменяет величину всех характеристик и ведет к новому изменению
процессов, совершающихся в диэлектрике, п следовательно—к новому
росту температуры. Между тем, именно температура наиболее
значит в процессе пробоя, наряду с самым полем, причиною
пробоя,—не тем полем, которое было первоначально, а деформированным,
так сказать полем пробоя.
Как из этого всего явствует, пробой есть явление чрезвычайной
сложности, и не удивительно, что механизм его не мог и не может
быть проанализирован до внимательного изучения отдельных
факторов, это явление определяющих; но и сами они оказываются весьма
сложными.
„Несмотря на то, что за последние двадцать лет исследованием
изолирующих материалов занимались многие лица и что в настоящее
время существует много лабораторий, занятых исключительно
испытанием этих материалов, вопрос о пробое остается почти настолько же
невыясненным, как и двадцать лет тому назад. За это время в
литературе накопилось очень много опытного материала, но вопрос о
сущности самого явления, остается нерешенным. Различие между
числовыми данными различных наблюдателей даже для таких испытуемых
сред, как газы, чрезвычайно велико, и потому говорить в настоящее
время о законах электрического пробоя материалов можно только
очень гадательно. В то же самое время, конечно, знание того, что
происходит при пробое, поставило бы изучение изолирующих веществ
на надлежащую высоту н облегчило бы изготовление искусственных
— 25(5 —
изолирующих материалов с требуемыми свойствами для каждого
отдельного случая". Так был подведен А. А. Чернышевым итог
занимающему нас вопросу в 1008 г. на V Всероссийском
Электротехническом Съезде. С тех пор прошло еще шестнадцать лет, а
вышеприведенное заключение остается в значительной мере справедливым. Еще
более лиц и лабораторий занимались за это время испытанием
пробойной крепости, накопилось еще очень много нового опытного
материала и эмпирических обобщений; но вопрос о природе пробоя
п о законах его по прежнему не может считаться решенным.
Диэлектрический пробой, как дознано прямым опытом, зависит
от химического состава диэлектрика, от его молекулярного и
микроскопического строения, от температуры, состояния его влажности,
быстроты подъема напряжения, от формы и размеров примененных
электродов, от давления электродов на испытуемый диэлектрик, от
толщины воздушных зазоров между диэлектриком и электродами или
между слоями' диэлектрика, от частоты приложенного напряженпя,
от формы волны его, от толщины слоя испытуемого образца и от
величины поверхности, от изменения обстановки исследования, от числа
произведенных опытов, от времени прежней службы диэлектрика, от
длительности его существования, протекшего со времени его
фабрикации, хотя бы он и не находился в работе, и от других
сопровождающих обстоятельств. Легко понять, сколь сложен здесь даже
феноменологический анализ происходящего, не говоря уж о
физическом механизме пробоя. Самое определение того, что именно следует
разуметь под мерою пробойной крепости, т. е. что подлежит
измерению, равно как и условия и приемы измерения,—установить
весьма затруднительно, хотя понятие об этой крепости и самый термин
введены уже Млксвеллем. Поэтому, не должно казаться удивительным
назначение в 1921 г. особого конкурса по исследованию
диэлектрического пробоя. А именно, Союз Германских Электротехников объявил
„премию в 3000 марок за исследование пробоя изолирующих веществ".
Очевидно, значит, вопрос о пробое и в это время продолжал считаться
нерешенным, даже в пределах потребностей технических. Обзор
многочисленной новейшей литературы по этому предмету опять оставляет
впечатление, что механизм и законы, пробоя твердых диэлектриков
поняты весьма недостаточно.
64-, Пробой газов. Типическим примером пробоя в его чистом виде
представляется пробой газов. При нормальных условиях
электрическая крепость воздуха характеризуется градиентом 30 кѴ: ст. При
понижении давления, электрическая крепость воздуха падает, сперва
оставаясь пропорциональною плотности, затем доходя до наименьшего
значения и далее весьма быстро подымаясь. Опыты Гайдеил в 1922 г.
с наиболее совершенными достигнутыми пустотами довели
электрическую крепость газовой среды до 1235 kV:em. Это—градиент
электрической ионизации самых электродов, тогда как упругость газа
— 257 —
практически достигала в этих опытах упругости паров стеклянной
стенки сосуда. Таков общий ход пробоя газовой среды.
Так как самостоятельность пробойных процессов, по крайней
мере в твердых и жидких диэлектриках, в настоящее время
некоторыми оспаривается, то полезно ясно представить себе эти процессы
там, где они заведомо существуют; а кроме того, в газовых процессах
с самых разных сторон заинтересована техника. В самом деле, именно
воздушная атмосфера есть самый важный и самый
употребительный нз изоляторов, а с другой стороны — именно присутствие
воздуха (наряду с водою) в изоляциях большой электрической
крепости признано главною причиною возможного пх несовершенства.
Эти явления эиектрической крепости газов—диэлектрическое аце-
плвние (cohesion) и диэлектрическое прилипание (adhesion) газов в
течение двадцати лет, с 1899 по 1921 гг., изучались Э. Бути и изложены
им в 15-ти мемуарах, последний из которых представляет
систематическую сводку всего сделанного этим исследователем.
Образцовая в методологическом отношении работа Бути, не вводящая
гипотез о механизме газового пробоя и строго остающаяся в пределах
■фактических наблюдений, заслуживает особого внимания.
Поводом к работам Бути послужило утверждение Дж. Дж. Томсоном
электролитической проводимости газов, т. е. отрицание пробойного
характера за газовым разрядом. Томсон отправлялся от следующего
остроумного опыта; стеклянный баллон с разреженным до 0,005 mm
ртути воздухом", был окружен металлическою спиралью. Когда в
ней возбуждались электрические колебания, то в баллоне возникало
■светящееся кольцо. Так как тут не было электродов, которые выбро-
-силибы из себя ноны, то можно было признать ионы пред
существующими в газовой среде и проводимость газа—электролитическою.
Действительно, когда баллон состоял из двух концентрических частей, то
-свечение возбуждалось только во внешней; следовательно, она
электрически экранировала внутренность баллона. Наполняя эту внешнюю
часть серною кислотою различных разведений, Томсон мог установить
что ту же электрическую защиту дает кислота, близкая к разведе -
нию наибольшей проводимости.
Б 1922 г. опыт Томсона был вновь поставлен Дж. К. Робертсоном
(фиг. 127), с целью изучить явление при различных температурах.
Оказалось, в некоторой определенной области давлений ("или
температур); кольцевое свечение паров превращается§в ярко-светящуюся
линию, при чем температура этого превращения зависит от рода
паров в баллоне: так натрий имеет это превращение при 250°^ 300°,
литий при 500°, ртуть при 70° ~ 110° п т. д.
Бути поставил контрольные опыты следующим образом: в
однородное электрическое поле между пластинками воздушного
конденсатора вводился металлический или электролитический проводник, или
просто—замкнутая проводящая полость; естественно, емкость
конденсатора тогда возрастала. Следовательно, если прав Томсон, то введени
П. Флоренский.— Диэлектрики. IT
— 258 —
ампулы с разреженным газом должно иметь то же последствие. Бути
испытывал в этом отношении круксовы трубки, лампы накаливания, безъ-
электродные трубки и, наконец, сам производил откачку высокой
степени. Все попытки потерпели неудачу, даже когда конденсаторные
пластины, отстоящие на 3 cm друг от друга, были под^разностыо 2kY. Между
тем, увеличение емкости, притом до 50%, давали не только хорошие
проводники, но и
проводники плохие,,
в роде большинства
жидких
диэлектриков продажной
чистоты. Достаточно
даже насесть на
стенки баллона с
внутренней или
внешней стороны влаге,
чтобы действие
такого баллона
оказалось равносильным
тому, как когда он
наполнен ртутью или
подкисленного водою.
Итак, разреженный газ не имеет дредсуществугощей полю
проводимости, не только равной проводимости подкисленной воды, но и самой
ничтожной.
Тогда Бути предпринял ряд опытов, в которых изменялись:
химическая природа газа, давление, температура, толщина газового
слоя, сила поля и форма сосудов. Оказалось, у каждого газа, при
данной толщине слоя, упругости и температуре, существует точно
определенное критическое поле, при котором емкость конденсатора с
газовой ампулой между его пластинками вдруг возрастает, при чем
прирост емкости доходит до 50%. Этот прирост в точности равен тому
приросту, который: получается от той же ампулы, наполненной
проводящею жидкостью: ртутью, подкисленною или ключевою водою.
Значение критического поля могло быть устанавливаемо с большою
точностью, потому что применялся капиллярный электрометр высокой
чувствительности, с порогом 0,05 mV. Прирост емкости не зависел
от температуры и давления газа. Это значит, что при некотором
определенном градиенте диэлектрическое равновесие, или
диэлектрическое сцепление, газа внезапно утрачивается, газовая среда
становится проводящею, а электрическое поле внутри ее приводится к
нулю, как в металлическом или электролитическом проводнике,—так
что электричество распределяется по поверхности газа. Но эта
проводимость не ир ед шествует полю, а ему последует, и только—начиная
с определенного градиента; следовательно, здесь имеется процесс,
характерно отличный от проводимости в обычном смысле,—внезапный
Фиг. 127. Схема прпОорв, дающего бсзъэлсктродпыН разрлд в
варзх. Т трансформатор, S шаровой рлзрлдппк, С\ п С3
конденсаторы, А ппдуцпругощее кольцо, В баллон с разрежеппым
газом. Поперечник баллона 12 cm, плоская спираль Л пз тол-
стоіі медной проволоки имеет 6 оборотов, емкостп 05 п Со
каждого пз конденсаторов 5.102 '■*- 7 ■ 1№ электрост. ед.,
упругость паров в баллопе 2 ъ* і шш ртутп. (По Дж. К, Ровер тсопу).
— 259 —
скачок от непроводимости к огромной проводимости. Это и есть
пробой.
Когда поле прекращает овое действие, то происходит возсоеди-
нение положительного и отрицательного электрических зарядов, но
не мгновенное; поэтому, новый пробой через некоторый, весьма малый,
срок после прекращения первого пробоя наступает при критическом
поле несколько меньшем.
Разъединение и воссоединение свободных зарядов сопровождается
видимою в темноте световою вспышкою. Если упругость газа мала,
то вспышка представляет рассеяний свет, напоминающий
расплывчатую беззвучную молнию в грозовых тучах. Если же упругость
значительна, то свечение стягивается в широкую огненную черту,
окутанную рассеянным ореолом, наполняющим баллон. Этими-то
вспышками и воспользовался Бути для установки критического
напряжения. Нужно добавить, что они не сопровождаются никаким
уловимым изменением температуры или давления, а гремучий газ
не взрывается ни единичною, ни многократною вспышкою.
Критическое поле изменяется в обратном отношении с
абсолютною температурою Т; наблюдения делались в температурном
промежутке от —100° до -f*200"- Но если баллон изолирован от остальной
массы газа, то критическое поле от температуры не зависит.
Следовательно, действующим фактором была не самая температура, а
плотность газа. Чтобы привести наблюдение критического поля
при различных температурах Т к одной 1\, надо критическое поле
помножить на Т0:Т.
Критическое поле, при постоянной температуре, зависит от
давления и при некотором определенном давлении а имеет минимум. Если
(3- есть критическое поле, а р давление, то кривая зависимости вблизи
минимума выражается уравнением
(209) «i = aj> + u + p,
где значение о характеризуется, как выяснится далее, прилипанием
газа к стенке. Член с:р5 быстро убывает при^>ш іг может быть
тогда пренебрегаем. Ъ приблизительно постоянно для всех газов,
а характеризует диэлектрическое сцепление данного газа; оно меняется
от.1 до 3,34 (вода—бензин), у изомерных веществ вполне различно,
а. в одном и том же органическом ряде в общем возрастает с
молекулярным весом. Так, сцепление воздуха и углекислоты оказались
почти равными, тогда как водорода—вдвое меньше воздушного.
Проследить кривую зависимости при давлениях значительно нисшпх не
удалось, поскольку тут приходится наталкиваться на преобладающее
значение паров ртути. Напротив, в сторону давлений бйльших ш,
кривая изучена хорошо п представляет ветвь гиперболы
(210) @— а\[р (р-\-Ь) ,
17*
— 260 —
где а ж Ь постоянные. При р достаточно большом, кривая сливается-
со своею асимптотою
(211)
<&' = ар + — = ар + В,
гае
Б = ^.
Двух наблюдений достаточно для измерения а и В.
Нужно заметить .только, что при этого рода опытах требуется
тщательная сушка газа; в противном случае, водная пленка делает
баллон проводящим. Но, сам по себе, водяной пар при низком
давлении изолирует так же совершенно, как и сухой воздух.
Значение коэффициентов а ж Б дано в таблице:
вещество
средняя
температура
Б
вода
алкоголь метиловый ....-;.
„ этиловый
муравышо-кнашй мстил . . .
проппоново-каслыЙ этил ■ . .
адегои
нуравьи но-кислый эгид ....
уксуснокислый ыетіи
сероуглерод;
толуеж
беизпн ...
среднее
22»
220,3
22°,8
26",4
290,5
240,1
310,8
280,7
290,2
280,7
28>,8
600
616
800
1000
1020
1000
1100
1250
1610
1S20
1S70
333
375
361
360
364
355
360
369
337
380
377
280,16
377,2
С изменением толщины газового слоя, общий характер явления
остается неизменным, но, при данном давлении и температуре,
критическое поле есть функция толщины слоя. Электрическую разность на
границе газового елоя Бути называет разностью потенциалов
истечения. Чтобы получить эту величину, надо умножить критическую
разность потенциалов на hid, где А толщина газового слоя, a d
расстояние конденсаторных пластин. Приведенные к одной толщине, та
и другая разности дают величины равные; это проверено на цилиндре,
основаниями которого служили электроды. (Последнее утверждение,
впрочем, может быть признано точным постольку,., поскольку
диэлектрический коэффициент газов и паров может считаться одним и
тем же во всех случаях). Таким образом, электроды имеют лишь
второстепенное значение—уничтожать заряд, но возникает он в самом
газе: однако лишь с электродами возможен разряд установившийся.
— 261 —
Если Q^ потенциал истечения, то
(212) @! = (£7і =ah VFW-fW' иря jj > <Е;
асимптота этой кривой
(213) ®1 = <$lh = a (ph)+Bh = aph-\-j (Щ.
Если отнести все наблюдения к температуре Т0, то
(2U)©n=«T0(^) + -|-<bfc).
Итак, при давлениях достаточно значительных, разность
потенциалов истечения слагается из двух членов. Первый член
пропорционален диэлектрическому сцеплению газа а и пропорционален ph: Т,
т. е. массе газа,, участвующего в разряде. Второй член невидимому
зависит не от массы газа, а лишь от толщины слоя его. В самом деле
опыты с газовыми вместилищами различных видов дали:
ft
5,6 от
12 .
20 „
37 „
Ь
1,4
0,7
0,42
0,23
Ьѣ
7,84
8,4
8,4
8,7
вид прием пика
плоскпіі баллон.
прпеинпк в виде бочки (ось но
направлению поля).
( трубка 7,8 cm диаметром, па конках
■1 запаянная; ось трубкп—в направлении
\ НОЛЯ.
Следовательно ЬЪ, постоянно, и член ^ {Ыі) представляет
поверхностный эффект разрыва стекла и газа. Таким образом, разрывное
действие поля встречает двойное препятствие: в массе газа и на
ограничивающих ее поверхностях; коэффициент а характеризует
диэлектрическое сцепление, а коэффициент B'==bh диэлектрическое
прилипание. Численная величина их зависит от выбора единиц; Бути берет
обычно вольт, сантиметр и 1 cm ртутного столба,, при чем все данные
относятся к 17° Ц или 290° К. Для воздуха a —41S, а„^444.
Коэффициенты В ж В1 независимы от химической природы паров, но не
зависят и от природы диэлектрической стенки: внутренняя наводка
баллона тонким слоем параффпна или серы, равно как и замена
стеклянной стенки—металлическою, не изменяет критического поля; однако,
преждевременно считать В в. В1 строго постоянными, поскольку
наблюдения Бути недостаточны, чтобы исключить колебание в сотых долях;
кроме того, у аргона этот коэффициент сильно колеблется в разных
случаях. По мнению Бутн, диэлектрическое прилипание должно быть
изучено заново.
Наблюдения Бути следовательно подтверждают закон Дагиена [65 е]т
но с двумя поправками: во первых, на зависимость от температуры
— 262 —
(обратная пропорциональность), а во вторых,—на прилипание к стенке,
которого Пашен не заметил, ибо наблюдал толстый слой.
Дальнейшие наблюдения Бути относятся к одноатомным редким
газам. Вот табличка результатов; градиенты даны в Y: cm давления—
в сантиметрах ртути.
Г а з
одпоатомпые
ипогоатоыпые ■
леоп . . .
гелтііі , . .
аргоп . . .
. ртуть . . .
' водород . .
воздух сухой
углекислота
закись азота
адетилея. .
а»
5,6
18,3
33
354
2S5
418
419
537
580
Ч
5,95
19,4
40,4
386
213
444
445
570
616
Можно думать, диэлектрическое сцепление коренится зараз
и в атомах и молекулах. Внутренние связи в атоме (газы
одноатомные) повидимому менее прочны, нежели связи атомов между собою
(газы многоатомные). Для всех изученных газов п паров стойкость
химическая и стойкость диэлектрическая невидимому изменяются в
противоположном друг другу смысле: чем тяжелее и еложнее
молекула, тем менее способна она принять участие в различных реакциях
(химическая стойкость) ж тем менее значительно ее диэлектрическое
сцепление. Подобный же вывод был делаем уже не раз, но—в
отношении металлов: таковы, например, явления радиоактивности и
катодного распыления, особенно энергичные у металлов большого
атомного веса и сравнігтельно малой химической активности [4-0 а].
Например катод золотой распыляется в семь раз быстрее никелевого,
а распыляемость магния и алюминия настолько мала, что ее долго
считали равною нулю.
Возвращаясь к исходному опыту Томсона, нетрудно теперь
истолковать его применительно к исследованиям Бутіг. Баллон Томсона, в
смысле электрического сопротивления, равен газовому столбу толщины
(215) Ь, = 2ъЕ,
т. е. тору со средніш радиусом В. Так как световое кольцо не
прерывается стенкою, то член прилипания отпадает, и остается чистый
■ эффект газового сцепления, пропорциональный массе газа. Нужно
было бы только поставить теперь опыт с измерением коэффициента
сцепления помощью Томсоновского баллона и показать равенство
найденной величины с тою, которая измерена приемом Бути.
— 283 —
65. Некоторые явления, связанные с ионизацией газов. Как
выяснено ранее [39а], газовая проводимость имеет взрывчатый характер
Е не разграничена по существу от газового пробоя. Поэтому
невозможно выделить явления газовой проводимости и газового пробоя в
раздельные группы. Дополним здесь уже приведенные частности этого
рода вопросов [40] некоторыми новыми.
а. Ступени газового пробоя. Последовательные градации газового
пробоя могут быть намечены по источникам газовой ионизации. Именно
так классифицировали типы газового разрядаРдйли, Геипайн и Эвенсон
в 1931 г., в связи с исследованиями по проведению 220-киловольтовоп
Сан-Францисскоп линии. Вот их табличка:
I
II
III
ІУ
разряд через газы в отпошешш1 источит» попов
источники ноипзацпп
предвари тезь пый
удар
радиации катода
ііспарепне апода
тип разряда
ток пасыщсппя
сипвпе
полу-дуга (пульсе повская
выпрямляющая дуга)
подлая nin мощная дуга
б. ОстриевоЙ разряд. При прохождении через воздушный
промежуток между острием н заземленною пластиною, характеристика
такого проводника обычно дается соотношением Варбургд:
(216) І = аѴ(Ѵ~Ѵ,иі,),
где I сила проходящего тока, V приложенная разность потенциалов,
Ѵтін наименьшее напряжение, способное дать какой-лнбо уловимый
ток, а коэффициент пропорциональности, зависящий от условий опыта.
Это соотношение многократно проверялось. Однако, новые опыты
1922 г., произведенные с простыми газами, показали некоторую
неточность его и привели к более строгому:
(217) І = І(Г-_Г„,,,)(Г-И=).
Тут значение букв прежнее, аііі суть коэффициенты, зависящие
от природы газа, упругости его и разрядного расстояния между острием
и пластиною. Исследование разрядов в азоте показало очень заметное
превосходство, в смысле точности, этой формулы над (216).
в. Потери на корону. Ионизация воздуха, окружающего провод
высокого напряжения, и происходящее при этом свечение провода
требуют, само собой разумеется, расхода энергии. Расход этот W завпспт
— 264 —
от напряжения между проводами ж нейтралью, от расстояния d между
ними и поперечника проводов 2»уот частоты тока и>, от
барометрического давления р и температуры t воздуха, от строения провода и от
вида его поверхности. Бели «г„ есть коэффициент характеризующий
вид поверхности, У эффективное напряжение относительно нейтрали,
Ѵв наименьшее напряжение, способное при данных условиях в ясную
погоду заставить провод светиться, то IV в киловаттах на километр
длины провода вычисляется по формуле:
(219) ТГ=^«^/-£ (Ѵ-21Д «„eplogyJ.lO^,
(2 IS)
ИЛИ
3,92 р
тут по прежнему (10S)
Эти формулы относятся к простому проводнику и к ясной
погоде. В непогоду значение Ѵа составляет 0,8 такого же в ясную погоду
(220) (^О)непогод —0,8(Тдяон
При вполне смоченных проводах градиент свечения (£0 в kYVcm-.
дается формулою:
/ 0,S15\
Коэффициент т0 изменяется так:
вид проп ода
шероховатый дли окнслеппыи . .
значение ша
1
0,98 ~ 0,32
0,89 "^ 0,ВЗ
Видимое критическое напряжение УВйЛ дается формулою
(222) ■ Ѵвка = ття sBKa3r/l + ^Vog- -
Гг J г
где коэффициент іИнИД опять зависит от вида проводов:
вид провода
значение твид
1 ъ 0,93
0,72
0.82
— 265 —
г. Газовая ионизация у поверхности диэлектриков. Вышеописанные
явления возбуждаются и распространяются от поверхности хороших
проводников. Но есть ряд подобных явлений, возникающих также и
у поверхности непроводников, поскольку переход силовых линий из
диэлектрика большой индуктивности в газ, с индуктивностью около 1,
может дать- значительный: градиент и вытекающие отсюда для газа
последствия.
В частности таковым может быть разрежение газа и, значит^
возникновение благоприятных условий электрическому разряду в нем-
Как известно, диэлектрическая среда, будучи пронизана силовыми
линиями, претерпевает механическое усилие над собою, и в ней
возникают давления и натяжения. В 1921 г. Л. Буше исследовал
зависимость этих давлений в жидкости и газе от времени и заметил, что
они устанавливаются не сразу. Если по этим давлениям (электро-
априкц'ия) должна быть вычислена удельная индуктивность жидкости,
то требуется выждать соответственное время, или же применить
переменное поле. Как указывает Буше, при частоте 42 пер.:сек., уже через
5 сек. действия поля, давление в жидкости'устанавливается.
В 1923 г. отметил значение электрострикции в изоляторном деле
Г. Штауффер. Несмотря на неясности и ошибкп, работа Штдуффера
весьма ценна и прокладывает новые пути в изучении поверхностной
проводимости и поверхностных разрядов. Основная мысль означенной
работы—это электрострпкционная разреженность газа, прилегающего
в электрическом поле к бблее индуктивному диэлектрику. Если
некоторая поверхность разделяет два диэлектрика с индуктивностями
ег и е3, сила поля в вольтах на сантиметр есть (S^, нормальная же
слагающая этой силы в сторону диэлектрика с ^ есть @н1, то
механическая сила Д в килогр. на кв. сантиметр., действующая на
диэлектрик с et, по Штлуфферу, дается соотношением:
(223) /і = 4,5 «^(«,-eJ.lO-»
-J
Однако эта формула годна только в случае нормальности
силовых линий к поверхности раздела, т. е. когда касательная
составляющая поля e(J равна нулю.
Существует п более общая формула, данная в 1910 г. В. фон Игна-
товским: на границе раздела двух непроводников
(224) fv =^з? < <^+ ^~ ■ < «'"Я '
тут выражение ( @2 п) означает нормальную слагающую электрической
силы. А на поверхности проводника, окруженного средою с
индуктивностью гІГ
где о поверхностная плотность заряда.
— 2Й6 —
Если взять частный случай—соприкосновение воздуха с
фарфором, т.е. положить е1^=1 и еа=г4,5, то при градиенте 15 kV:cm
механическая сила /і, действующая на прилегающий к фарфоровому
' изолятору слой воздуха, оказывается равною "»- 0,8 g : cm2, что
составляет 0,8 атм., или 60S ют ртути. Это давление достаточно, чтобы
заметно разредить прилегающий к изолятору слой воздуха и
следовательно облегчить воздушную ионизацию и тем изменить картину
сіглового поля. Если же воздух может свободно утекать из места
давления, то такая сила сообщит ему скорость 0,75 m:sec.
Кроме того Штлуффер выводит из указанного разрежения
воздуха еще одно следствие. Так как градиет поля меняется вдоль
поверхности, то значит соответственно меняется и етепень разрежения
воздуха. В атмосфере возникает таким образом неравенство упругоети,
которое ведет за собою течение ионизованного воздуха; а это в свой
черед служит причиною поверхностных утечек и нового
распределения силовых линий.
Все эти явления возникают при с.качке индуктивности; и
потому, нужно думать, могли бы быть весьма ослаблены смягчением
этого скачка. Формула (223) показывает, что, при неизменности
индуктивности среды, электрострикция среды у поверхности изолятора
стоит в гиперболической зависимости от его диэлектрического
коэффициента. Следовательно и небольшое уменьшение этого последнего
может весьма ослабить электроетрикцшо. Штлуффер предполагает
полезною в этом смысле мерою—наводку изоляторной поверхности
лаком или иным веществом, сравнительно малой индуктивности.
Свои соображения об электрострикции Штауффер применяет
также к цилиндрическому проводнику и дает формулу, связывающую
разрядный в воздухе градиент поля gnpDs — е поперечником провода 2 г.
А именно:
(226) Епро6 = I / S-) -±1 = F, (г)
I"; есть толщина слоя разрежения, или короны;* Штлуффер принимает
ее за 0,5 cm, что подтверждается опытными данными. Для значений
г—o,5bcm-s^eocm, зависимость (226) совпадает с опытно найденною
кривою Петерсена; .тогда как г<0,5 дает для силы поля значения
превосходящие опытные,—чтд может объясняться изменением упругости
при опыте.
Наконец, еще важное приложение электрострикции—это
механические усилия, действующие на диэлектрик, погруженный в масло.
Вычислив силы этого рода Штлуффер показывает, что практика
отнюдь не может считать их только любопытным предметом умозрения.
д. Физическая природа поверхностного разряда. Как было уже указано
[47а], скользящие разряды по поверхности диэлектрика возникают
— 267 —
не в нем, а в прилежащем воздухе; этим, вероятно, они существенно
отличаются от поверхностной проводимости самых диэлектриков.
Фотографическая запись таких разрядов, когда они скользят по
светочувствительному слою фотографической пластинки, позволила несколько
внпкнуть в происходящий тут физический процесс. Приемы этого
рода разработаны Дюкрете в 1SS4 г., Лалиновым, Броуном и Трувело—
всеми ими в 18SS г., и многими другими.
Согласно существующим данным, возникающая здесь ионизация
газа ведет к тяжелым е медленным молионам. Так Члттокк и Тин-
дллль в 1908 г. нашли, что в водороде с содержанием 0,01%
кислорода образуются ыолионы, составленные из 110 молекул. Родом
возникающих молеонов определяется длина и вид следов на
фотографической пластинке.
Среди многих исследований этого рода, особенно Теплера в
1921 г. и Лифшица в 1923 г.,—должна быть отмечена частично
обнародованная в 1923 г. работа К. Горбачева. Он рассматривал
скользящий разряд в воздухе в присутствии ионизующей эманации
фосфора, по химическому составу представляющей Р203. Тяжелые ионы
этого окисла имеют подвижность порядка 0,001 cm : V sec; — по мере
удаления ионов от фосфора, подвижность их убывает от 0,01 до
о;003 cm: Vsec, как указано в 1907 и 190S гг. Л. и д. Влохлмп. А
будучи пропущен через ватный тампон, воздух, находившийся над
фосфором, содержит ионы подвияшостн ~0,3 cm: Vsec. Радиусы моли- .
онов, образующих облако над окисляющимся фосфором, колеблются
в пределах 1,9.10-5ст~8,5.Ю-5 ст.Заряды их колеблются в пределах
1,8.10~Ю~110Л0~10 эл. ст. ед.; наиболее часто встречаются частицы
с зарядом кратным 4,4.Ю-10 эл. ст. ед. Приводим эти данные ради
конкретности представления о процессах этого рода, хотя бы в одном
обследованном случае.
К. Горбачев показал участие этих молионов в скользящем
разряде, именно—тормозящую их содеятельность разряду, тогда как
ионизация воздуха лучами радия оказывается в отношении скользящего
разряда бездеятельного. Область распространения такпх разрядов—в
присутствии желтого окисляющегося фосфора сокращается, и
поперечник ее может уменьшиться в 1,5 раза; подобно же действует
табачный дым. При фосфоре действующими оказываются і: ыолионы п
тяжелые частицы. Скользящие разряды от отрицательного электрода
бблее тормозятся действием фосфора, нежели—от положительного. Но
характер электрофотографий присутствием фосфора ни в том, ни в
другом случае,-вообще говоря, не изменяется.
е. Закон Пашена и пробойное напряжение. Как было уже указано,
пробойное напряжение газа есть функция произведения из плотности
газа на длину межъэлектродного расстояния, т. е. функция массы газа,
заключенной в прямолинейной силовой трубке. Этот закон Лаѵівпа [64]
многократно проверялся и оказался подтвержденным при средних
давлениях, когда разрядное расстояние не делается еще того же по-
— 268 —
рядка, что и средний пробег электрона. Отметим кстати: в воздухе,
при упругости 1 mm ртути, этот пробег в среднем равен 0,006 ст.
Проверки закона Пашена в промежутке упругостеи 100 mm-^'760 mm
не было сделано. Но при очень значительных упругостях, когда
пробойные расстояния невелика, например 0,05 mm, газ неизменно уклоняется
от втого закона. Разные объяснения, дававшиеся здесь, впекли за
собою тот вывод, что уменьшение пробойного напряжения
пропорционально плотности газа. Однако тщательные измерения Мерсье,
относящиеся к углекислоте, не подтвердили этого вывода, и отступление
3 от закона ПлШЕна оказалось экспоненциальным:
а
Г-
Кроме того, кривая д', где
(228)
напоминает кривую удельной
ъ
ehl—l
„t.
теплоты твердых тел, по Планку и
Эйнштейну. Это наводит в 1323 Р. Рюди на мысль, что обе зависимости
причиняются одним деятелем, а именно квантовым изменением
молекулярной энергии. Давление на газ изменяет не только
распределение его молекул в пространстве, но и их форму; часть энергии
теплового удара идет на это изменение формы молекул и притом
распределяется на молекулы прерывно, квантами. Этою именно энер-
гиею объясняется, по Рюди, облегченноеть газового пробоя, когда
упругость rasa велика.
66. Пробойник. При обсуждении условий пробоя, прежде всего
возникает вопрос о самом приспособлении для пробоя, т. е. о
величине и форме, электродов.
Каких бы взглядов мы ни держались
на физический механизм пробоя,
во всяком случае несомненен тот
факт, что исходным началом
пробоя служит электрическое поле:
не будь силы поля—не было бы и
самого пробоя, каковы бы ни были
остальные условия. Отсюда следует
и значение в опытах над
пробойною крепостью — вида
применяемого ' поля. Это обстоятельство
сразу же осложняет дело,
вследствие несравнимости между
собою результатов различные
испытанна: разная форма электродов, даже
при одном и том же образце диэлектрика, дает поля различные, и
следовательно тут трудно отделить значение формы электродов от
значения формы поля (фиг. 128). Между тем, вовсе не легко уяснить
ЬѴ
о»
ѵ
301
-so
S
E
1 60
\M
0
\
\
s
S
^
~J
e
. Ai»ei[ вара
10 ig « да
Ф и г. Іав. Электрическая крепость
диэлектрика в зависимости от поперечника
шарового электрода пробойника. (По Л.ТПвлйпіру).
_- 269 —
форму поля, когда между электродами, хотя бы и простыми по виду,
находится пространство, не сплошь заполненное веществом
диэлектрика. Тем более
трудным становится сопоставить
два испытания, если
различны и электроды и форма
диэлектриков, в особенности
же — когда последние
различны по своей физической
природе (фиг. 129).
Но если даже
геометрические условия
испытания, т. е. форма электродов
и форма диэлектриков в
обоих случаях
тождественны, то нельзя сказать, что
крепче тот диэлектрик,
который, при всех прочих
равных условиях, пробился при
напряжении ббльшем:
вполне возможно, что это
произошло при меньшей его
крепости, но вследствие
бблыпей индуктивности и
потому большего сгущения
им в своем объеме силовых линий поля и, следовательно, по причине
бблыпей неоднородности поля. Сюда присоединяется еще и то, чтб в
силу большей проводимости диэлектрика или большего в нем рассеяния,
он сильнее нагрелся в поле, что изменило его индуктивность, а
следовательно—форму поля (пока мы опускаем непосредственное действие
температуры на пробойную крепость). Внесение между электродов
пластинки испытуемого материала по многим причинам изменяет
распределение силовых линий. И потому, указание, что некоторый материал
такой-то толщины пробился при таком-то напряжении,
характеризует материал чрезвычайно слабо и не может лечь в основу
количественных расчетов.
Несколько облегчилось бы дело, если бы электроды были вполне
окружены испытуемым диэлектриком. Тогда по крайней мере (если
отвлечься от наличных и возникающих неоднородностей материала)
можно было бы расчитывать на сохранение полем его формы, тогда
как напряжение поля изменяется во всех точках пропорционально.
В отношении газовых и жидких диэлектриков такой прпем до
известной степени осуществим; но он—не для диэлектриков твердых.
Чаще всего они неплавки или существенно изменяются прн
плавлении; кроме того, нередко имеют анизотропное строение, зернистое
листоватое или волокнистое. Даже в тех случаях, когда залитие эле-
'№
cm ■
*Й?
SO
а±
3
■а- 30
ж
S
І ZO
4
\jo
1 /0
\
О
1
[
у
^
л
ч
«ч_
_-^.
А
?
і-
Г
т
8
і
чдацщр
'Ы
мин
10
—.
Т2с»
d.r.R.
Ф п г. 129. Ста пробивающего поля в завпвпмостп
от размеров электродов. Для пзоекпя олектродов — в
зависимости от радпуса круга й, для коакспальпьпе
цплпщров—от внутреннего радпуса г, для ааров—
от радиуса it. (По Л. Півлпгерг).
— 270 —
ктродов расшіавленннм или иначе ожиженным диэлектриком представ
влялось бы возможным,—как прием лабораторно-технического
испытания это было бы слишком сложно и копотливо.
А. ШвдйгЕР предложил, в тех же целях, заливать всю
пробойную установку маслом, диэлектрический коэффициент которого
равнялся бы таковому же диэлектрика испытуемого.
Совет—правильный; но его легче высказать, чем осуществить, потому что подбирать
масла потребного диэлектрического коэффициента и притом
достаточно малой проводимости, конечно, задача весьма нелегкая, чего не
отрицает и сам Швапгер. Применять же масляную среду без
достаточного разбора—значит вводить фактор неопределенности. Прямым
опытом Феге в 1904 г. выяснил, что крепость одного и того же
диэлектрика оказывается различною, в зависимости от того, льняным
маслом, или керосином заливается испытуемый на пробой диэлектрик.
Кроме того, тем же исследователем выяснено, что, при значительном
диэлектрическом коэффициенте испытуемого вещества, указанная
разница меньше, чем при большом.
Остается следовательно искать иных путей.
67. Значение форкы поля. Пробитие диэлектрика полями
различного вида происходит прп напряжениях поля различных. Так
например, одножильный кабель, наружного радпуса изоляции И и с
радиусом металлической жилы г, т. е. имеющий изоляцию толщины
(R —г), пробивается напряжением 10 кѴ :шш, т. е. приблизительно
таким же, как и соответственный диэлектрик между плоскими
электродами. Иначе говоря, тут пробойная крепость оказывается как будто
независящею от формы поля. Но так—лишь при сравнительно
небольших величинах отношения В:г, не превосходящих 2. Напротив,
при значениях этой величины больших означенного предела, т. е. при
утонении проводящей жилы, диэлектрик кабеля обнаруживает
большую электрическую прочность и пробивается при напряжениях
более высоких, приблизительно в 15 kV:mm, — делается в 1,5 раза
крепче.
Обычное объяснение этого в подобных случаях объявляет
указанную зависимость крепости от напряжения поля явлением лишь
кажущимся, в котором лишь по недоразумению пробойны! градиент
поля оценивается величиною, на самом деле к нему не относящеюся.
А именно, в таких случаях предполагается, будто в местах особенно
значительного напряжения диэлектрик бывает уже пробит и, будто,
по образовавшемуся протоку электрические заряды проходят до того
места диэлектрика, где напряжение поля ниже пробойного.
Распространяясь по поверхности этого уровня, яти электрические заряды,
конечно, повышают градиенты во всем далее простирающемся поле,
но не настолько, чтобы сделать их пробойно-высокими. Таким
образом, истинною поверхностью проводника оказывается не поверхность
металла, а некоторая другая, меньшей кривизны, и потому, прп том
— 271 —
же заряде, дающая поле напряжения хотя в среднем и ббльтего, но
ни в одной точке не достигающего тон величины, какую оно имело
на поверхности металлического проводника. Дальнейший приток к
проводнику электрических зарядов ведет к повышению градиента
поля теперь уже н е на поверхности проводника, а на поверхности
уровня, до которого ранее диэлектрик оказался пробитым. Если этот
приток зарядов продолжается, то наконец градиент на этой
поверхности уровня делается пробойным, и только тогда описанный выше
процесс простирается, как полагают, далее.
Таким образом, пробойный градиент в 15 kV: mm тонко-жильного
кабеля вовсе не характеризует крепости кабельных изоляций в поле'
соответственного вида, между жилою.и бронею, ибо пбля такого
напряжения на самом деле там нигде нет; он указывает лишь на то, что
при наличии заряда, необходимого для пробоя кабеля, градиент поля
у поверхности жилы был бы 15 kV:mm, если бы виутреннейпше слои
кабельной изоляции не были пробиты задолго до полного пробоя всей
изоляции, а именно когда градиент на поверхности жилы достиг
величины 10 kV:mm.
Следовательно, согласно господствующему воззрению,
диэлектрик отстаивает свою целость своевременною сдачею трудных позиций
и, расширяя тем фронт наступления электрической силы, ослабляет
ее в местах ударных. Таковыми служат все точки особенно большой
кривизны проводящей поверхности; происшедший же в них местный
пробой ведет к самопроизвольному округлению углов, острий и
слишком больших кривизн проводящей поверхности. Тонкая
цилиндрическая проволока окружается тогда как бы металлическим цилиндром
бблыпего радиуса, на металлическое острие насаживается
притупляющая его оболочка в роде металлической шапочки и т. п.
Непонятно в освещении пробоя вышеозначенным способом, к&к
именно растекаются электрические заряды по поверхности уровня;
для этого диэлектрик должен был бы пробиваться в направлении
нулевого градиента. А если такого пробоя не произойдет, то и емкость
пробойной скважины будет весьма мала; следовательно не
произойдет перераспределения электрических зарядов, и значпт
постепенность пробоя останется необъясненпой.
Привлечение сюда процессов ионизации несколько облегчает
дело, в вышеизложенном виде совсем неудовлетворительное.
Различные явления короно-образования, например, световые оболочки около
тонких цилиндрических проводов и яйцевидные окружения острпи
и т. д. дали повод тік именно представить себе механизм пробоя.
Эти световые оболочки возникают, как известно, не только в газовых,
но и в жидких диэлектриках; имеются ли они в твердых
диэлектриках—это не выяснено, но нет оснований отрицать возможность
таковых. Вместе с тем, светящаяся оболочка, как состоящая из сильно
ионизованных чрез молекулярный удар слоев диэлектрика, дей-
— 272 —
Ф п г. 130. Схема опыта, доканывающего ве существ она вне
частвого пробоя кабельвой пзояяцдя. (По К. В. Багперу).
•ствнтельно обладает значительно меньшим сопротивлением, нежели
.диэлектрик в остальном объеме. Но именно в меру такой
проводимости, этому
ионизованному диэлектрику
не свойственно
механическое
разрушение, и следовательно
коль скоро таковое все
же совершается, это
происходит иным
способом, нежели
ионизация всей массы. Кроме
того, упомянутые
ионизованные слон
конечно несколько смягчают
напряжение поля; но
отсюда еще очень далеко до вывода, будто эти слои, в смысле
проводимости, могут быть сравниваемы с самым проводом, а поверхность
их—с поверхностью металлического электрода.
К. В. Вагнер в 1905 г. поставил опыт, признанный им решающим
в качестве опровержения вышеизложенной теории пробоя. В течение
некоторого времени кусок кабеля держался под напряженней
немного не доведенный до пробойного. Тогда внутренняя часть его
изоляции, от радпуса г и до некоторого большего радиуса гг,
наверняка претерпела напряжение поля, далеко превосходящее пробойный
предел 10 кѴ: mm ; и следовательно, согласно вышеизложенному
истолкованию пробоя, этот слой изоляции должен был быть пробитым
и получить крепость 'нулевую. Затем К. В. Вагнер размотал
наружный слой изоляции до радиуса rt и, окружив оставшуюся изоляцию
металлическим цилиндром, испытал на пробой крепость изоляции.
Вопреки ходячей теории, эта крепость оказалась равною 10 ЬѴ: mm,
так что, следовательно, при первоначальном высоком напряжении
никакому пробою внутренние слои вовсе не подверглись, а не то
чтобы пробой дошел до границы этого радиуса и тут остановился.
' Описанный опыт, бесспорно, опровергает теорию постепенного
пробоя и показывает, что градиент сам по себе не есть еще
достаточное условие пробоя. Но этот опыт оставляет, вопреки Вагнеру,
возможность думать, что процессы ионизации в самом деле могут
делать внутренние слои изоляции проводящими и, следовательно,
уменьшать фактически градиент поля, хотя и без нарушения це-
.лости изоляции.
68. Пробой в однородном поле. Коль скоро электрическая
крепость не независима от вида поля, данные испытания пробойной
крепости оказываются несравнимыми, и следовательно возникает
потребность знать величину крепости в полях различного вида. Чрез-
— 273 —
вычайно обременительная задача такого измерения может быть
отчасти удовлетворена измерением-крепости в некотором простейшем
поле, которым можно было бы пользоваться, как дифференциальным
элементом прочих полей. Таково поле однородное.
Ф п г. 131. Опловое поле между шаровьшп
электродами, всюду неоднородное.
Ф п г. 132. Сшовое поле между плоскими
электроламп с закругленным краем, в
средней чнстп прпблпвптельпо однородное.
Но, как известно, невозможно иметь всюду однородное поле; и
следовательно задача приводится к исследованию диэлектрической
крепости в таких полях, у которых достаточно широкие области
могут практически сойти за однородные. В пределах ошибок таковою
может быть признана внутренняя часть поля между значительными,
по измерениям площади в сравнении с их расстоянием,
параллельными плоскими пластинами (ф и г. 132). Такова же внутренняя,
небольшая сравнительно с величиною электродов, часть поля между
проводящими поверхностями, равно-удаленными от поверхности кате-
ноидной, если между-электродное расстояние невелико (на этом
принципе Я. Н. Шпильрейн построил проходной гильзовый изолятор).
Других случаев однородного поля быть не может; в частности поле
между шарами весьма неоднородно (фиг. 131). И для расчетов и при
измерениях особенно легко иметь дело с однородным полем плоским..
Но в плоском конденсаторе поле возле краев отступает от
однородности, и это отступление тем значительнее, чем больше
междуэлектродное расстояние сравнительно с измерениями обкладок.
«Краевой эффект» имеет последствием пробой испытуемого диэлектрика
преимущественно у краев пробойного конденсатора пли, если однаиз
пластин велика сравнительно с другою, то—у края меньшей.
Следовательно, точная оценка пробойного градиента и соотнетствугощего
ему вида силовых линий, во всяком случае не параллельных, затруд-
П. Флоренский.—Диэлектрики. IS
— 274 —
няется. Краевым эффектом в значительной мере обесценено
большинство делавшихся наблюдений.
В самом конце 1921 г. Аллен предложил простой прием борьбы
е действием края—охранное кольцо, концентричное верхнему
электроду, который делается меньшим нижнего. Кольцо Аллена—из
чугуна и должно быть тяжелое. Но краевой эффект был бы только
перенесен с электрода на кольцо, и следовательно пробой
происходил бы под этим последним, при опять неизвестном градиенте, если
бы кольцо накладывалось непосредственно на испытуемую пластину
диэлектрика. Аллен ослабляет краевой эффект в самом кольце,
прокладывая между ним и диэлектриком дополнительный тонкий слой
того же диэлектрика, с вырезом для внутреннего электрода; тогда
сила поля под кольцом уменьшается, и поле оказывается везде почти
однородным. Увесистость же кольцу необходима, чтобы выдавить
воздушную прослойку между двумя слоями диэлектрика. Укажем кстати
размеры Алленского приспособления: расстояние между кольцом и
электродом около 12 mm, диаметр электрода 75 mm, толщина
электрода 3,2 mm, внешний диаметр охранного кольца 127 mm, высота
кольца 12 mm.
Результаты испытаний даются табличкою:
Среднее пробойпое напряжение ....
I
Без охра и •
пого кольца
53
45
82
8
18
1080
91
II
С охранным
кольцом
85
2
2,5
83
97,5
1190
100
Эта табличка показывает, что прочность диэлектрика в
действительно однородном поле оказывается большею, нежели при измерении
ее обычными приемами, а отсюда следует и возможность экономить
материал на практике.
Следует упомянуть еще об одном приеме, примененном в 1923 г.
при исследовании пробоя в однородном поле Ф. Грюневальдом.
Дискообразные электроды 5,3 cm поверхности и 0,5 em радиуса
краевого закругления он заделывает в толстые фарфоровые шайбы
(s~ 5), которые плотно прилегают к испытуемому диэлектрику.
Затем, чтобы устранить значительное падение потенциала в воздуш-
— 275 —
ном зазоре, он запивает все пространство между испытуемым образцом,
электродом ж фарфором средою высокой индуктивности; при этом
требуется озаботиться удалением воздушных пузырьков. В качестве
такой среды Грюневальд предлагает анилиновое масло, имеющее
диэлектрический коэффициент 7. Таким образом, при испытании
слюды, стекла, фарфора, бакелита и некоторых других диэлектриков,
'испытуемый образец как бы диэлектрически продолжается анилиновым
маслом и фарфорового шайбою, так что электрод оказывается
погруженным в среду более или менее однообразной индуктивности.
Положительная сторона этого приема особенно сказывается при-
испытании слюды (для каковой он собственно и был придуман):
слюдяные образчики в большинстве случаев пробиваются под плоского
частью электрода. Но у других материалов чаще случается пробой
краевой. Очевидно, нужно: или искать для них соответственных шайб
и заливки, или же присоединить к пробойнику Грюневальда
предохранительное кольцо Аллена.
Анилиновым маслом Грюневальд пользовался также при
исследовании миканита. Длительное действие этой заливки разъедает шеллак,
цементирующий в миканите слюду; но при сравнительно кратких сроках
испытания, этим неудобством, как оказывается, можно пренебречь.
69. Зависимость пробойной крепости от площади испытуемого
образца. При испытании различных образцов одного и того же
диэлектрика, даже в условиях тождественных, крепость его не оказывается
всегда одною и тою же, но колеблется около некоторого вероятней-
шего значения (фиг. 133). Это
обстоятельство заставляет
подозревать в пробое н е
явление, характеризующее каждый
элемент диэлектрика, а
некоторый суммарный итог,
управляемый законами случая.
В самом деле, когда мы узнаем,
что ц в однородном поле
пробойная крепость, средняя для
многих образцов, не
оказывается одною и тою же при
различных площадях
пластинок одной и той же толщины,
то очевидно источником этого
различия не может быть самая
природа испытуемого
вещества, как не может быть им и
форма поля, тождественная
(при наличии охранного
кольца) во всех случаях.
18*
Ф и г. 133. Степень однородности электрической
крепости материала в завпспаостп от поперечинка
шаровых электродов пробоГшпка, (По Д. Швліігерг).
— 276 —
ас
50
4-0
30
ZO
10
/
/I
/
-*• Диаметр электродов
10
1Z™'m
Фяг. 134. Электрическая крепость диэлектрика в
зависимо оти от поЕВречника плоских электродов пробойника.
(По Фармеру).
Как установлено Грау, Фармером и др., пробойное напряжение
в диэлектриках падает с возрастанием площади электрода (фиг 134).
Указывалось несколько причин зависимости пробойного градиента
от площади испытуемого образца; повидимому, все эти причины
могут принимать участие в процессе пробоя.
Первая причина,
которую необходимо
учесть во веех
прежних опытах без
охранного кольца, это—д е й-
ствие края, С
возрастанием диаметра
электродной пластинки
увеличивается и та.
краевая полоса, где
происходит пробой, так
что возрастают шансы
встретить вдоль края>
слабое место.
Вероятность такового
возрастает пропорционально не площади электрода, а его радиусу.
Вторая причина занимающей нас зависимости указана Грау.
Она заключается в относительном уменьшении тепло-отдающей
поверхности диэлектрика, по мере возрастания его площади, и
следовательно—в соответственном повышении температуры
диэлектрика с его площадью, как в поле постоянном (тепло Джауля), так и в.
поле переменном (тепло Сименса и тепло Джауля). В самом деле, при
возрастании радиуса испытуемого цилиндрического диэлектрика в к
раз, объем вещества, в котором происходит тепло-выделение,
возрастает п2 раз, а тепло-отдающая тепловая поверхность возрастает лишь в
п раз, и, следовательно на l cm3 тепловая потеря уменьшится,в п
раз. Таким образом, бблыпая пластинка нагревается еильнее,—и
соответственно падает ее пробойная крепость.
Правильная, в качественном отношении, мысль Грау не должна
быть переоцениваема со стороны количественной: в большинстве
случаев, диэлектрики обладают чрезвычайно плохою тепло-проводноетью;
испытываются же они в виде пластинок тонких, даже весьма тонких
листов, и потому тепло-отдача боковою поверхностью не может быть
сколько-нибудь значительною и, значит, не может принимать
существенное участие в процессе пробоя. Опытная проверка объяснения Грау
могла бы заключаться в значительном сокращении времени пробоя:
тогда тепло-отдача будет во всех случаях весьма малою и,
следовательно, пробойное напряжение с разными электродами окажется почти
независящим от величины электрода, если только Грау прав. Но на.
самом деле, как выяснено Фармером, и при малом Бремени
испытания, начиная с известной величины электрода, пробойное напряже-
— 277 —
ние есть убывающая функция величины; при некоторой малой
величине электродного радиуса, приблизительно в 0,06 mm, пробойное
напряжение имеет максимум и, в проделах между этим значением
максимума .и нулем, пробойная крепость оказывается функцией
быстро возрастающею. Последнее обстоятельство может быть объяснено
как чрезмерный перевес краевого эффекта, при весьма значительном
увеличении поля: весьма малый электрод при значительных
напряжениях уподобляется острию. Напомним, что при разностях в 1000 V
и шаровые электроды, поперечника в 75 cm, начинают несколько
походить на острие [38 г].
А. Швайтер полагает, что причина обсуждаемой зависимости
между пробойною крепостью и площадью электродов лежит в
трудности сделать большие электроды столь же тесно
прилегающими к диэлектрику, как и малые. Таким образом, в первом случае
остаются ббльшие воздушные зазоры, и возникающие в них явления
тихого разряда должны действовать на диэлектрик. ІЫвайгер
ссылается при этом на исследование Кинцбруннера в 1906 г. и Бюро 1914 г.,
.доказавших зависимость пробойной крепости от давления на
электроды, и именно возрастание этой крепости с давлением до
известного предела, пбсле которого крепость остается неизменною, как думал
ЗСинцбруннер, и убывает—как выяснено Бюро. Объяснение Швайгера
.может быть не лишено смысла, но, за невыясненностью, в чём
собственно состоит действие тихого разряда на диэлектрик, остается
туманным.
Наконец, Фармер высказал в 1914 г. новое соображение:
Пробивается слабое место; следовательно, в большой пластинке шансов
наткнуться на такое место больше, нежели в малой, и потому
среднее значение пробойного напряжения, выведенное из опытов над
большими пластинами, должно быть ниже такового же, выведенного из
опытов над пластинами меньшими.
Эта ссылка на теорию вероятностей вызвала длительный спор.
А. Швайтер возражает: Во первых, многократный опыт с
диэлектриком при условиях абсолютно тождественных дает одну и ту же
величину пробойного напряжения; результаты различных испытаний не
могли бы так хорошо согласоваться между собою, если бы пробой
зависел лишь от слабого места диэлектрика. Во вторых, указывает
Швайгер, если произвести две серии испытаний, одну—с большими
электродами, а другую—с электродами в п раз меньшими, и при том
так, что число испытаний второй, серии будет в п раз больше
такового в серии первой, то, согласно объяснению Фармера, среднее
значение пробойных напряжений той и другой серии должно быть
одинаково, ибо одинакового будет там и тут вероятность встретить слабое
место. Поставленные ІПвайгером опыты н е подтвердили такого вывода.
Отсюда Швайгер думает извлечь нечто в пользу своего
собственного объяснения посредством воздушного зазора. Но если бы
он и был прав в нем по существу, то тем не менее он неправ в
— 278 —
ѵ
I
7QOQ
SOOO
qaao
n
^^_іэ
О
n
n
о.Ч
O.b
O.S
ДУБЛЕНИЕ В k^icm.4-
Ф n r. 135. Диэлектрическая крепость в зависимости от
давления электродов. (По Кпппбрупперг).
возражении Фармеру, поскольку сам тоже ссылается, незаметно для
себя, на вероятность. В самом деле, степень неприлегания
электродов к диэлектрику зависит от мелких неровностейпластинки и
электрода, наличность каковых неровностей определяется законом
вероятности, Фармер ссылается на возрастающую с величиною пластинки
вероятность слабого
места в ее толще, а
Швайгер —на
вероятность выпуклого
места на ее
поверхности; но и та и
другая вероятность
подлежит одному и тому
же статистическому
закону.
Следовательно, если признать
опыты Швайгер а,
направленные
против мысли Фармера,
убедительными, то они свидетельствуют не только против объяснения
Фармера, но п—самого ІПвайгера.
Кроме того, ссылка на тождественные результаты в случае
одинаковых установок говорит не против статистического характера
явлений пробоя, а лишь о весьма большом числе слабых мест и в
пластинке, небольшой по площади. Но и Фармер имел в виду,
конечно, же исключительные пороки испытуемого образчика, а лишь
внутренние неоднородности, постоянно свойственные данному
диэлектрику, даже при малых его объемах.
Между тем, опыты Гевеке и Круковского в 1914 г.,
рассмотренные более вдумчиво, не подтвердили выводов, которые делал из
своих опытов Швайгер. Эти исследователи в одной серии опытов брали
электроды площади s, а в другой серии—электроды площади и-
кратной, т, при чем в первой серии было проделано испытаний в п
раз больше, нежели во второй. Вторая серия состояла, следовательно,
из п отдельных групп. В каждой группе одно из значений
пробойного напряжения было наивисшим. Тогда была подсчитана средняя
величина этих наинисших значений (только ііх, а—не всех испытаний)
и сравнена со среднею величиною пробойного'напряжения при
электродах ббльшей плошади, tjs. Обе величины оказались
равными.—Затем К. В. Вагнер, совместно со Шталем, проделал подобные же опыты
и нашел те же результаты, что и Гевеке с Круковским. Шталь
воспользовался, далее, методами теории вероятностей и выработал приемы,
позволяющие определить среднее пробойное напряжение при сколь
угодно больших электродах; исходным началом служит здесь кривая
распределения пробойных напряжений при площадях малых.
Результаты вычислений Шталя подтверждаются прямым опытом.
— 279 —
Но, несмотря на эти красивые результаты, К. В. Вагнер в 1922 г.
считает более легкую пробиваемость диэлектрика под ббльшим
электродом свойством не диэлектрика, а пробойной установки
электрода. Он полагает вполне доказанною независимость среднего
а " сГ
Ф п г. 136. Пробойппк с введенным сопротивлением, а; сопротпв.тс-
шш р в веде цо без пользы. Ъ; сопротивление w введено с пользою.
(По К Ъ. Вдгпвру).
пробойного напряжения от площади электродов, разве, только за
исключением электродов очень малых, когда существенное значение
приобретает краевой эффект. В каждом отдельном испытании
получается величина пробойного напряжения, отличная от некоторой
средней потому, что, по объяснению К. В. Вагнера, на данное слабейшее
место действует весь электрод, как одно целое: он образует с
нижним электродом конденсатор, и при пробое, вся энергия, запасенная
в этом конденсаторе, притекает к месту пробоя. Напротив, если бы
каждая нить диэлектрика (т. е. тонкий столбик в направлении
перпендикулярном к обоим электродам) питалась энергией независимо
от прочих, то тогда величина пробойного напряжения должна была
бы быть во всея случаях одною и тою же и равнялась бы
подсчитанной средней крепости.
К.В. Вагнер придумал особый пр обойник, которым
подтверждает свою мысль: он помещает между электродом п диэлектриком
кусок соответственно пропитанного дерева, так чтобы волокна
древесные были перпендикулярны к плоскости электродов и диэлектрика.
Как известно, проводимость дерева нормально к волокнам значительно
слабее, нежели вдоль волокон; следовательно, при вообще небольшой
проводимости дерева, таким устройством обеспечивается требуемая
доставка тока каждой нити диэлектрика, независимо от доставки ее
прочим нитям. Вместе с тем, весьма ослабляется краевой эффект.
Тогда оказывается, что пробойное напряжение действительно не
зависит от величины испытуемой пластины.
Этот результат опытов с электродом Вагнера делает вероятным,
что условием пробоя следует считать слабое место диэлектрика. Но
подлинно доказан всеми этими опытами лишь статистический
— 280 —
характер зависимости пробойного напряжения от величины
пластинки; распределение же вероятных.величин может относиться здесь:
и к слабым местам, и к неровностям поверхности, и наконец—к
вероятности встретить при большой площади и значительную длину
пути иона или электрона, вызывающего ионную лавину в
диэлектрике. Описанные здесь опыты остроумны; но ни одно из приведенных
объяснений не получает в них решающего подтверждения себе, и
опыты, сами по себе чрезвычайно важные, не склоняют успеха в
споре в чью-либо определенную сторону.
Зависимость пробоиной крепости от толщины образца
настолько бесспорна, что, согласно правилам исследования и техническим
условиям твердых изоляционных материалов, опубликованным в 1922 г.
Британскою Асеоциациею Электрических и Ооприкосновеннных
Изысканий, должна быть учитываема, как техническое условие.
Испытанию на пробой подвергаются, согласно означенным правилам, диски
Ю mm толщиною и 50<-*ЛОО mm диаметром. Они должны быть помещены
между двумя электродами, из которых один—плоский, а другой
шаровой, 25 mm радиусом. Соприкосновение электродов должно быть
очень точное, почему рекомендуется применять оловянную фольгу
или подходящую амальгаму. Если толщина образца иная, а именно
наиболее тонкого места, в миллиметрах, есть й, а пробойное напряжение в
вольтах есть F,to тогда пробойная крепость определяется соотношением
(229) (&*=*£;
тут & есть особый коэффициент, представляющий функцию толщины.
Эта функция дается правилами таблично, а именно:
толщина слоя
h в тцтц
0,5
1
2
3
і
5
$
1,01
1,03
1,05
1,08
1,11
1,14
70. Зависимость пробойной крепости от толщины образца. Второй
вопрос, необходимо возникающий в отношении испытуемых
диэлектриков—это величина пробойного напряжения в зависимости от
толщины испытуемого образца. У газов сопротивление пробою не
пропорционально толщине газового слоя и возрастает медленнее этой
последней. Это значит: электрическая крепость газа есть убывающая
— 281 —
функция толщины слоя [39]. То же самое надлежит сказать и о
жидких диэлектриках. Объяснение же этого непостоянства
электрической крепости признается в возрастании с толщиною слоя и
вероятности для молекул иметь сравнительно бблыпую среднюю длину
пути, вследствие чего увеличиваются благоприятные шансы ионизации.
Что касается твердых диэлектриков, то и тут пробойное
напряжение не пропорционально толщине слоя. Как и для газов, граф
зависимости имеет вид приблизительно равносторонней гиперболы, одна
из асимптот которой есть ось напряжения или весьма близкая к ней
параллель, а другая асимптота—параллель оси толщин. Такова форма
кривой для всех однородных материалов. Это.значит: в весьма
тонких слоях, твердые диэлектрики, как и газы, обладают
чрезвычайно большою крепостью, которая быстро падает при небольших
даже изменениях слоя, пока он тонок, и которая, при толстых слоях,
становится практически независимою от толщины их...Ряд
исследований этой завпсимоети показал, что при толщине в тысячные доли
миллиметра диэлектрики имеют крепость в миллионы вольтов, если
подсчитывать ее на 1 cm толщины. При этом, как вид кривой,
выражающей зависимость крепости от толщины, так и порядок крепости,
при весьма малых толщинах, оказываются одним и тем же, исследуем
ли мы диэлектрик газовый, жидкий или твердый. Так, по Иркарду и
іііау, пробойная крепость воздуха, при толщине слоя в 0,001 mm,
есть 1500 -*-1700 кѴ : ст. По тем же исследованиям, подобный же
порядок крепости у различных изолирующих масс и жидкостей.
Крепость слюды, при толщине 0,0145 mm, по измерениям А. А.
Чернышева, оказалось около 7000^8000 kY:cm. Дальнейшее о пробойном
сопротивлении тонких зазоров уже было приведено [39 г].
Делались попытки выразить эту, опытно наблюденную,
зависимость и аналитически; но они оказались мало удачными. Вот несколько
примеров такого рода попыток связать пробойное напряжение Упр с
толщиною h пробиваемой пластинки:
(230) ѵ'я, = с. hi {[) (Баур)
(231) к=аГкр+ЪГ\р (И) (ШТЕЙПМЕТЦ)
(232) Vnp=f\lh (III) (Кинцбрунер, Мосцицкий)
(233) Vlip=z(&h (IV) (Шваигер, Вальтер, Мосцицкий)
(234) G£„> — а-\-ЪЪ, (У) (Глррис). При устранении
краевого эффекта иліг под маслом.
Тут буквы й, Ь, a, f означают характерные постоянные данного
вещества, а (§„/, его пробойную крепость.
Уже самое разнообразие этих формул наводит на сомнение:
естественно заподозреть причину множественности в различии
применявшихся при пробое установок. Новейшие исследователи
единогласно подтверждают убываемость крепости твердых диэлектриков с
толщиною, но склонны считать эту зависимость лишь косвенным
— 282 —
средством побочных факторов. Сюда относится, например, ссылка
на дурную теплопроводность диэлектриков, вследствие чего при
толстых слоях температура внутри диэлектрика выше, нежели при
тонких, и следовательно толстый слой должен пробиваться
относительно легче. Другое объяснение ссылалось на трудность изготовить
диэлектрик в толстом слое столь же однородным, как и в слое
тонком, вследствие чего в первом случае диэлектрик неминуемо должен
обладать и меньшею крепостью. Таково, в частности, мнение Швай-
гвра. Он полагает, как видно и из формулы (233), что прббойное
напряжение должно возрастать пропорционально толщине слоя, если
этот слой наращивать накладкою друг на друга тонких образчиков
диэлектриков. Однако, как отмечает и сам Швлйгер, на самом деле
этой пропорциональности не наблюдается. Он удивляется, что-никем
не найдено объяснения этому парадоксу. Но во первых, конечно нельзя
подменять сплошной материал—слоистым, в прослойках которого
происходит воздушная ионизация и ряд трудно учитываемых
последствий ее. Во вторых, при слоистых диэлектриках приходится иметь
в виду поверхностные процессы, которые должны получать тут
большое значение. Б третьих, должно быть отмечено, что факты не
подтверждают Швайгеровской формулы. Однако, он так убежден в ней,
что отступление от нее считает критерием неоднородности материала;
диэлектрик, не удовлетворяющий формуле (233), заведомо неоднороден,
утверждает Швайгер, и, в качестве изоляционного материала, должен
быть оцениваем низко.
Но, наряду с таким взглядом, Швлйгер указывает и на явления,
происходящие до настоящего пробоя, которые дают видимость
меньшую, чем истинная крепость диэлектрика. Если бы эти явления были
устранены, то, по Швайгеру, материал представлял бы сопротивление
пробою пропорциональное толщине. Приведенные выше зависимости
характеризуют, следовательно, не диэлектрик, а просто—примененные
электроды. Вывод из всего этого тот, что пробой должен производиться
под маслом и в стеклянной ванне, чтобы возможен был постоянный
контроль электродов. Безупречно проведенное испытание даст бблее
высокую диэлектрическую крепость материала, нежели обычно
применяемые методы, и установит независимость удельной крепости от
толщины слоя.
Таково мнение Швайгера. Необходимо отметить однако, что это—
только мнение, и еще большой вопрос, насколько оно подтвердится
опытом; наличный же опыт противоречит ему.
Более существенный фактор изменения крепости с толщиною
был усмотрен в краевом эффекте электрода. Если это так, то
устранение краевого эффекта тем или другим приемом должно
привести к крепости, независимой от толщины. В самом деле, в 190-1 г.
Мосцицкий наблюдал пробой стекла и эбонита в двух параллельных
сериях испытаний: в одних испытаниях краевой эффект не был
исключен, и тогда графы зависимости пробойного напряжения от
— 283 —
fiV
70
толщины слоя оказались кривыми, изогнутыми в сторону оси толщин;
в других же опытах испытуемые пластинки к краю электрода имели
утолщение, пробой происходил посредине электрода, а означенные
графы зависимости оказались прямыми. Если эти графы перечислить
на графы крепости, как функции толщины, то в первой серии опытов
получаются кривые обычного гиперболического вида, а во второй—
параллели оси толщин, т. е.,
иначе говоря, устанавливается
независимость крепости от
толщины. Но толщина
изменялась тут слишком
незначительно, чтобы этот результат
можно было распространять
на все толщины.
Новейшие опыты Аллееа
с охранным кольцом
показывают возрастание крепости,
когда пробой происходит не
у края; и так как краевой
эффект возрастает с
возрастанием толщины пластинки (при
том же электроде), то опыты Мо-
сцицкого оказываются пови-
дпмому, подтвержденными.
Наконец, сюда же должно быть
отнесено и уничтожение крае-
й
S 30
}
f
/
'
'
/
/
/
V
/
/
/
t
/
і
/
■^j
/
■/-
у.
/
1—1
■ЛК 'Ю
/
/
t
/Сіъи
1м£і
~
,Сши
^_
т
О.І
as
Фпг. 137. Электрическая крепость стекла и
эбоппта в зависимости от толщины
пробиваемого слои. Искривление лпаип—при действии
края, прямые — пртг устрапеппп краевого
эффекта. (По Мосціщбозіг).
вого эффекта деревянным электродом в опытах К.В.Вагнера (1919—
1922 гг.). Эти опыты привели его к выводу, что пробойное
напряжение прямо пропорционально толщине испытуемого материала, т. е.,
что удельная крепость материала не зависит от толщины. А- Швай-
гер аналитически показал, какой вид должно иметь распределение
напряжения на поверхности диэлектрика и внутри его, в зависимости
от толщины пластинки и кривизны края электрода. Как сказано
выше, Швайгер пришел к убеждению, что удельная крепость
диэлектрика не изменяется с толщиною и что аналитическое выражение
этой связи характеризует следовательно не вещество, а
испытательную установку.
Но, за всем тем, ионизация твердых диэлектриков несомненно
существует (38а], а следовательно должна быть и некоторая в
собственном смысле зависимость удельной крепости от толщины, хотя и менее
явная, чем предполагалось ранее.
71. Аналитическое исследование пробивающего поля, Краевой
эффект и многие другие факторы, осложняющие исследование пробоя,
возникают от того, что теоретически рассматриваемый конденсаторный
пробойник бесконечно большой поверхности—на практике подменяется
— 284 —
не только не бесконечно большим, но и просто незначительным. На
самом деле, в испытательной установке имеется поле, далеко не
совпадающее с полем безконечного плоского конденсатора, и исследова-
вателю конечно необходимо учитывать это расхождение полей. Такой
учет позволил бы подобрать более целесообразно самую форму
электродов и таким образом уничтожить действие края.
Вопросы этого рода
в значительной мере
разъяснены в 1923 г.
аналитическим исследованием
В. Роговекого. Он исходит
из анализа поля в тонко-
ѳлектродном
конденсаторе, обследованного Млкс-
ВЕЛЛЕМ, II ИЗ формул КОН-
денсатора
толсто-электродного, разработанных
Кирхгоффом.
Первая часть
исследования Роговекого имеет
целью выяснить силу
поля в различных местах
конденсатора, состоящего
из двух
бесконечно-тонких нолу-плоско.стей.
Сделать это не трудно,,
потому что Максвеллем
уже даны формулы и
картина силовых линий и
эквипотенциальных
поверхностей для этого
случая (фиг. 138).
Вдоль различных эквипотенциальных поверхностей или линий
(—будем ради простоты говорить о линиях, поскольку все сечения поля
тождественны—) сила поля меняется; у поверхностей сравнительно
близких к электродам к по соседству с краем, силовые линии, как видно из
чертежа, сходятся, и потому тут имеется резко выраженный
максимум градиента. Напротив, на эквипотенциальных линиях,
удаляющихся от электрода, этот максимум постепенно смягчается и вместе
с тем отступает внутрь иежъ-электр одного пространства. Но, теперь,
можно представить себе любую из эквипотенциальных поверхностей
материально осуществленною из хорошего проводника, например в
виде изогнутого металлического листа. Если такой лист будет иметь
тот же потенциал, что и бывшая на его месте эквипотенциальная
поверхность, то картина поля не нарушится, а сила поля в каждой точке
такой металлической поверхности 'окажется пропорционального элек-
Ф п г. 138. Ортогональные системы силовых іг эквп-
іготспдпвльньіх дплпщрпчеекпх поверхностей в
плоской топко-влектроллон конденсаторе. Сечение
перпендикулярное к плоскостям копдепсаторпых обкладок.
» (По МаксвЕлшо).
— 285 —
трической плотности на ней. Следовательно, если бы вместо плоских
электродов были взяты ^электроды, изогнутые по каким-либо
эквипотенциальным поверхностям означенного поля и поддерживались
при соответственных потенциалах, то картина поля ничуть не
изменилась бы. Но форму электродов можно было бы подобрать так, чтобы
максимум электрической плотности на них приходился не у края, а
во внутреннем пространстве пробойного
конденсатора, и отличался от
равномерного поля бесконечно большого
конденсатора на любую, заранее назначенную
долю процента. На чертежах (ф и г. 139— '•'" ' ' • ■Ѵ|--^^
143) наглядно показано, кйк, с
изменением формы электрода, изогнутого по
эквипотенциальной поверхности,
постепенно ослабляется и смещается во вну- ф Е г> m распределение сиди
Треннее Пространство Действие Края. поля вовле края электрода. Очеиь
іі _ _ „ _ _ топкий элсктроі. Сила поля па
Место максимального действия отмечено ребре бесконечно велика.
ТОЧКОЮ. (По В. Роговйкому).
Фиг, 140. Закругленный электрод. Сила
полл па цэаго еще очепь велика. Место Ф п г. 141. То же, что па фпг. 140, по пскрнвле-
наибольшей силы полл отмочено точкою. ппе электрода болев ліягков. Также п теперь еще—
(По В. Роговскому). возрастание сплы поля к краю. (По В. РоговскОну).
Далее, Роговский подсчитывает, насколько отступает поле от
равномерности, если металлический электрод сделать не бесконечною
поверхностью, а ограничить ее: в одну сторону—просто отрезая менее
Ф п г. 142. То л;е, что и па фпг. 140 п
фиг. 141. Воарастапне епды поля у врал
еще слабее. Место наибольшей силы поля
сдвинулось ппутрь копдепеатора.
(По В. Роговскому).
>У
Фиг. 143. То ;ке, что п па фпг. 140 —142. Іірп-
внзпа электрода достаточно мягкая, так что сила.
поля ппгдо пс превосходит такопоіі л;е соответ-
ствеппого бвекопечпо-толстого конденсатора.
(По В. Рогов скош'}.
важную часть ее и закругляя отрезанный край, а в другую —
присоединяя к ней такой же кусок эквипотенциальной поверхности,
симметричной с первым. Оказывается, этого рода отступление от
теоретического случая легко может быть сделано сколь угодно малым
— 286 ~
и никаких недоразумений не вызывает. Наконец, возникает еще
вопрос, в исследовании пока не разрешенный. Это именно: как перейти
от цилиндрического поля и таковых
же электродов—к полю вращения.
Однако, Роговскии не считает этого
вопроса практически важным и
полагает, что разница силы поля
в том и другом случае невелика.
В результате первой части
исследования оказываются
сконструированными целесообразные электроды
для искрового промежутка в
воздухе ОТ 1 V ДО 100 000 V (фИГ. 144).
* Аналитически этот замысел осуществляется так: Сперва
рассматривается случай конденсатора из бесконечной плоскости и
полуплоскости. Легко понять, что методом электрических отражений, по
Кельвину, вычерченное таким образом поле может быть превращено
в поле конденсатора из двух
Ф п г. 144. Мерпдпанныіі разрез
электродов Роговского па 1 О~100 1;Ѵ.
(По В. Роговеколг).
/Г
-f -1 і ■ -
г
/
/
/
- J
>
'
;
*
■
1
1
\
\
'--
\. L.
с
Ф п г. 146. Копіепсатор
пз полу-плоскостп п
плоскости. Случай двух
полуплоскостей может
быть получен
зеркальным отражением
полуплоскости в плоскости.
плоскостей, расстояние
которых и разность потенциалов
вдвое больше расстояния
означенных плоскости и
полуплоскости. Точка плоскости
изображения (т. е: плоскости
перпендикулярной к плоскости
конденсаторных пластин)
определяется криволинейными
гауссовыми координатами у и ty,
образуемыми системою
эквипотенциальных (й) и силовых {<?) линий. Тогда
каждая пара значений ? иі определяет
точку.плоскости с декартовыми координатами х ж у. Макс-
велль нашел, что выгодно точку (#, у) определять
по <р и ty, а не <? и ф по точке х, у. Кроме того,
вносятся сокращенные обозначения:
(235) 9 = 4*
Ф п г. 146. Течение
фупкцпп х = а — е"
(По Б. Роговсконѵ)-
(236)
■к
где У есть потенциал полу-плоскости, и потенциал текущей точки
пространства, а расстояние пластин конденсатора. Координатные оси
направляются так, чтобы ОХ совпадала со следом плоскости,
служащей обкладкою конденсатора, а ось OY направлялась в сторону
полуплоскости другой обкладки и приходила над краем ее в
расстоянии — Л (фиг. 145). Тогда, по Максвеллю,
— 287 —
(237) х~А (<э-[--е? COS <p) .
(238) )/ = i(i-[-rsinf).
При j> = 0, у=0; а при -и—F, у=а. Итак, пограничные условия
действительно удовлетворены. Если теперь, при »= V, <? проходит
значения от — со до -\- оо, то у меняется: при больших положительных
значениях <р
(239) ж % — А(У
а при больших отрицательных
(240) я ^ А'і
Максимум
(241) .Х — — А
и определяется из условия <э = о.
Сила поля может быть вычислена как градиент uv.tis.
Принимая во внимание, что 7:а=@0, т. е. еиле поля такого же
конденсатора из двух полных плоскостей, находим отношение силы
поля в исследуемом конденсаторе к (£„ ■
(242)
©0
У/
1-И
.-?
-ет cos f
72. Электроды Роговского. При изучении пробивающего поля
особенно занимает исследователя распределение сил на поверхности
электродов. Сперва представляем себе конденсатор, состоящий из
нижней полной плоскости и другой параллельной ей,{верхней)
полуплоскости в расстоянии а от первой. Рассмотрим каждую из них особо.
1°. Сила поля на полной плоскости. ^ = 0, п потому формула (217) дает
(243) ffi:©.=(x — е-)"1
Посмотрим, каково значение (£: (£„ в различных точках обеих сторон
этой плоскости, т. е. при различных отстояниях от перпендикуляра,
опущенного на плоскость из края верхнего электрода, и при
различных значениях параметра <».
?
Отрицательное,
большое.
ір->-— СО
— 8
, — 4
Расстояние точки от края верхнего алектрода,
отсчитываемое вдоль нижнего электрода
Значительное расстояние влево, во внутреннее
пространство конденсатора, по внутренней
поверхности.
Точка уходит бесконечно далеко влево.
Вдвое большее иежъэдектродиого расстояния.
™ равиое межъэлектродпому расстоянию.
Сила ноля
Отличается от (£0
па велпчяпу
недоступную измерению.
отличается от Q„
иа2"/„.
— 288 —
?
у-* 0
Положительное,
большое.
Возрастает в
положительном
направлении.
о—>--[-со
+ 3
Малое, поло;кптель-
ное.
Ч-4- + 0
Расстояние точки от края верхнего электрода,
отсчитываемое вдоль нижнего электрода.
Слева у края.
Точка направо от кроя.
Далеко вправо от края.
Точка
бесконечно далеко, направо.
Семикратное сравнительно с межъвлвктродным
расстоянием.
Блпякое, справа.
Справа у края.
Сила поля
Е-^{Ш„
Е: S„ Д^ 1 -. о?
©■©обыстро
убывает ло
экспоненциальному закону.
E-J-0
«-^е.
<Е стремится к Ѳ„
«-Нв„
2°. Сила поля иа полу-плоскости. v> = it. Формула (242) дает здесь
(244) ®:«B=(l —е*)"1
?
Отрицательное,
большое.
о ->- — со
о = —4
Положительное,
большое.
о—>--f-co
a = -f-3
Расстояние точкп от крпя.
Значительное расстояние влево, во внутреннее
пространство конденсатора по внутренней
стороне поверхности.
Точка уходит бесконечно далеко влево.
~ вдвое большее мехъэлектродного расстопппя.
— равпое межъвлектродпоиу расстоянию.
Точка влево от края"далеко, находится ва
внешней поверхности электрода.
Точка безкопечпо далеко, слева, па пару;к-
поіі поверхности электрода.
.—4, 5-кратное сравпптельпо с иежъэлектрод-'
пші расстоянием.
Сила поля.
<$ отличается от <$д
па величину нвіо-
ступшо измерению.
(§ отличается от Ш„
иа~3%.
Быстро убывает по
экспоя епц и аль пол у
закону.
е = 0
© сила
составляет '/so силы па
вп у треп ней п ове рі -
ПОСТ1І В ТОМ ЛіВ МС
сте.
— 289 —
<Р
Расстояцпе точки от края
Возле края, слева, па наружной поверхности.
0,01 моллэлектродного расстояния.
0,0001 межъэдектродиого расстояния.
■
Снла поля
Очень велика,
возле края силл
убывает, обратно
пропорщшнальоп
корню квадратноку
из расстоянии я
точкп от края.
(2 = 4I£D
© = 40 ®0
Таким образом, область высоких градиентов ограничивается узкою
полоскою вдоль ребра, как наглядно показывает фиг. 139.
Поэтому корона появляется именно тут. Отсюда—вывод, давно известный
из практики: необходимо удалять эти опасные области,—чтб
достигается округлением края. Но вопрос в том, как далеко должно
простираться это округление.
Как ранее указано, это скругление есть местный перевод
электродной поверхности к иным эквипотенциальным поверхностям,
вследствие чего все поверхности уровня возле этого места деформируются
и дают градиент не столь значительный. Со стороны качественной,
общий смысл округления понятен, но количественно дать себе точный
отчет в происходящем при этом было бы почти невозможно. Однако,
можно добиться приблизительно того же результата, т. е.
равномерности градиента, и н е внося в поле неучитываемых искажений, а
именно—плавным переводом электродной поверхности в одну из
эквипотенциальных поверхностей уже изученного поля, для которой
параметр ір есть уже не к, а некоторая другая величина f0. Но тогда
и потенциал нового электрода и межъэлектродное расстояние (опять
предполагаем нижний электрод полною плоскостью) должны быть
уже иными, а именно У0 и Ъ;
(245) Ѵ* = 1ГѴ-
(246) Ь = -^-а,
т. ё. V и а надо умножить на коэффициент ш0: -.
3°. Сила поля на поверхности искривленного электрода. По прежнему,
согласно формуле (242).
, . спла поля па поверхности пскрпвлеппого электрода
l"*'J сила поля в бесконечно-большом конденсаторе
(g- \{~1 — e*t -f- 2е? cos ш0
П. Фпоренсиий.—Днэпентрикн, 19
— 290 —
при условии
ffl
(248) е = —cos^o»
когда vu :> -^- , сила поля на электроде имеет максимум; и именно
\QWmax sm^o
Как уже было указано, фиг. 139 —143 наглядно представляют, как
распределяется градиент возле края этих искривленных электродов, с
убыванием %-Когдаэтотпараметрприближается к-^-, то, как видно из
(249), максимальное значениеу>:(&0 убывает, приближаясь к 1, а место
этого максимального градиента, определяемое на поверхности
параметром в, уходит в отрицательную сторону; это видно из условия
максимума (223). Иначе говоря, точка легчайшего пробоя тем далее
уходит в глубь конденсатора' ж тем становится менее опасною, чем
мягче изгибается эквипотенциальная поверхность, ограничивающая
электрод. Наконец, при электроде, изогнутом по кривой с параметром
гр = ~л этот максимум совсем исчезает (уходит в бесконечность);
тогда под электродом сила поля стремится к (g„ и убывает по
направлению к краю. Уравнения поверхности такого электрода суть:
(250) 1 '/*
"^ &+'')■
где
<»Ч. ^-£
(Ъ искровой промежуток между этим электродом иполною плоскостью).
Согласно Кельвиновскому приему электрических отражений, плоский
электрод может быть заменен другим, симметричным с искривленным
и представляющимся зеркальным отражением его в полной плоскости;
от этого дело не изменится, но тогда под Ъ надо разуметь половину
искрового промежутка, а разность потенциалов между электродами
увеличить против первого случая вдвое.
4°. Конечные злентроды. До сих пор речь шла об электродах
бесконечных. Но на практике они неизбежно заканчиваются где-либо;
поэтому необходимо знать, где можно ограничить их, чтобы не превзойти
заданных пределов ошибки. Пусть требуется, чтобы внутри
конденсатора (т. е. в сторону усиления поля) электроды были ограничены
там, где сила поля отличается не более _р% от ©*> а снаружи, в
сторону убывания силы,—не более как на д% от іра, если бы электрод
продолжался неопределенно далеко. Тогда ответственные значения
параметра ш, а именно ох и ?.,, определятся из условий
(252) ®- = 10°-* - 1
@0 100
\І± +#■
,ЗТі
— 291 —
Ё _ 100 — q ___ 1
<253> е."" іоо ~ і/Т~,~*~
ѵ 1 -f- er ■ -
так как ^ = я:2. Отсюда
(254) ?і = —-g-lOg— , •
1
100
последнее—в виду сравнительной со 100 малости q. Пусть, например,
і> — -^Q-Yo.tf^S0/^ Тогда ?! — — 5, % ^2,5. Пусть далее искровой
промежуток в воздухе соответствует приблизительно 100 V и
образуется двумя электродами (фиг, 144). Тогда Ь = 2,5 А= 5: к сю;
форма электродов определяется следовательно уравненшіьш::
(256)
5
37= — »
г/=^{і,57+^),
о
■к
а границы, где обрывается контур,—координатами
*і^і — 8>° CEQ. г^ —2,5 cm
<257> У|~ 4,0 cm, 2/э = 22 cm.
Теперь на краю электрода сила поля—приблизительно 1/1І силы поля
внутреннего; сильно закругляя край, как показано на фиг. ыз>
можно, как опытно проверил Роговский, добиться и дальнейшего
ослабления поля у края. Найденная форма электродов имеет много
преимуществ. Но вопрос в том, нто электроды расчитаны на
определенную длину искрового промежутка, на практике же их приходится
сближать и удалять, потому что было бы трудно всякий раз
подымать напряжение до пробоя при данном их расстоянии. Спрашивается,
что при этом будет с полем. Оказывается, сближение электродов не
вносит в поле вредных искажений, т. е не создает в нем чрезмерно
повышенного градиента, превосходящего градиент бесконечного
плоского конденсатора; напротив, расставление электродов з а пределы, на
которые электроды расчитаны, ведет к появлению опасных мест, и
это обстоятельство должно иметься в виду.
Наконец, необходимо отметить и то, что вся теория искривленных
электродов построена для поверхностей цилиндрических, с
образующими перпендикулярными плоскости чертежа, тогда как на самом
деле электроды Делаются в виде поверхностей вращения около оси,
совпадающей с местом соединения двух оборванных контуров чертежа.
Такой вид электродной поверхности несколько изменяет приведенные
расчеты; но, по мнению Роговского, это отступление не существенно.
5°. Подкладни под электроды. Когда дело идет об испытании
жидкого или газового диэлектрика, электроды Роговского могут быть
применены непосредственно. Но возникает сомнение, кік быть с
диэлектриком твердым. Ведь прослойка воздуха искажает поле под
19*
292 —
Ф п г. 147. Пробой ппк Роговского с залпвкою
электродов соответствешшмп дпалектрпческимп
веществами.
электродом и, кроме того, после, ионизации она электрически
деформирует электродную поверхность. Все приведенные соображения
могут оказаться
уничтоженными тем фактом, что электрод
окружен некоторою
проводящею массою ионизованных
газов, существенно
изменяющею его электрическую форму..
В некоторых случаях этому
можно было бы помочь,
врезывая электроды в
соответственные гнезда в испытуемом
диэлектрике, более или менее-
глубокие. В других случаях
могут помочь особые накладки
на диэлектрик или подкладки
под электрод из соответственных веществ, заполняющих воздушные
зазоры. В третьих случаях применима заливка этих зазоров
диэлектрическими жидкостями подходящей индуктивности, например
анилиновым маслом—при испытании веществ значительного диэлектриче-
кого коэффициента. Наконец можно предложить еще прием: наложив
электрод на зеркальное стекло, залить его карболитовым лаком; когда
лак затвердеет, можно снять электрод и приставшую к нему
подкладку со стекла и пользоваться ею при испытаниях, во первых,
карболита же, а во вторых—и других недалеких по индуктивности
изоляционных материалов (фиг. 147).
73. Толстые электроды, Во второй
части своей работы Роговский исследует
значение толщины электродов. Он
пользуется здесь теорией толсто-электродного
конденсатора, разработанной в 1877 г.
Кирхгоффом и опирающейся, в свой
черед, на конформное из о бр аже н и е
Г. А. ШВАРТЦА.
Суть дела заключается в следующем:
представим себе бесконечный толсто-
электродный плоский конденсатор,
расстояние пластин которого 2а, а толщина
каждой пластины Ь; на фиг. 148
представлено его сечение. Так как все
сечения, параллельные данному,
тождественны, то здесь будет говориться лишь о
следах плоскостей и линий на сечении.
Будем теперь рассматривать совокупность всех граней конденсатора,
как одну сплошную поверхность, дважды смыкаемую чрез бесконеч-
Ф п г. 148. Нормальное сеченпе тол-
сто-эдектрозного копдепгатора.
(По В. Роговокому),
— 293 —
ность (фиг.'149), где происходит скачок потенциала с V до 0. В
сечении эта поверхность представляется линией і 2^ Зсс 4 5 §<# 6*^
7S1. В точках 2 и 3 (а- точнее сказать—в этой одной бесконечно-
удаленной плоскости) потенциал переходит скачком от V к 0, а
затем, в точках б и 6' (опять таки одной бесконечно-удаленной точке)
•опять переходит скачком от 0 к Т^Как известно из теории мнимого
Фиг. 149. Нормальное сечение толсто-электротого копдепсаторп пдоекості.кі
комплексного перелеппого.
переменного, все точки рассматриваемой плоскости Z могут быть
выражены комплексным переменным 2=х±іу. Кроме того, можно
(фиг. 150) взять некоторую другую плоскость Т, точки которой
выражаются комплексным переменным t — u-\-iv и привести обе
плоскости во взаимное соответствие так, чтобы, когда переменное Z
.движется по пути 12 3 4.... 8 1, то переменное t проходило прямолиней-
— 294 —
ный путь оси и, начиная от некоторой точки V, устремляясь в
бесконечность к 2', переходя там на отрицательную сторону той же
осп в точке 3' и проходя через начало с точкою 6', возвращалось в.
точку 8', она же 1'. Итак, точка t описывает путь і'-2'3'4'а' б[ 7Г8Г1'.
Если это соответствие установлено функциеш аналитическою, то
некоторая кривая плоскости г, удовлетворяющая* уравнению Лапласа
д V—Q, при вышеуказанном пограничном условии (т. е. путь 12 3.... S1
и с двукратным скачком потенциала в бесконечности), на плоскости
1\ отобразится некоторою кривою, тоже удовлетворяющею уравнению
Лапласа, при чем пограничным
условием будет путь 1' 2' з' 8' 1',
с двукратным скачком потенциала.
в бесконечностп п в начале. При
этом, отображение будет
конформным, т. е. углы между двумя
линиями будут сохранены без
изменения и, в частности, две
ортогональные системы плоскости 2
отобразятся на плоскости Т
ортогональными же. Следовательно, еслп
контур 12 3 81 представляет
наэлектризованные поверхности
конденсатора, а ортогональная
система линий на плоскости
Z—силовые и эквипотенциальные линии,
то конформное изображение их на
плоскости Т представит силовые и эквипотенциальные линии системы,
состоящей из двух наэлектризованных полу-плоскостей или, в сечении,
из двух полу-прямых б 7 81 2 и 6 5 4 3, почти-смыкающихся между
собою в точке- 6 и имеющих потенциалы V и О. И наоборот, силовые и
эквипотенциальные линии плоскости Т, при вышеописанном
распределении электрических зарядов, будучи конформно отображены в
плоскости Д дадут совершенно точную картину силового поля для
занимающего нас случая. Таким образом, некоторый, трудный для
исследования, случай электрического поля мы можем подменить другим,
сравнительно легким- и, обследовав последний вместо первого, можем
конформно преобразовать его. Если при этом распределение
электрических масс изобразилось в виде распределения интересующего нас
трудного случая, то тогда трудная картина поля окажется уже
обследованною. Образно говоря, мы берем некоторый простой случай с
равномерно наэлектризованною полу-прямого, присоединяем сюда
другую полу-прямую нулевого потенциала и всю прямую пзгнбаеи и
растягиваем так, чтобы получить подлежащий рассмотрению
наэлектризованный контур; тогда картина силового поля . сама собою
деформируется в картину искомую. Или еще, Щвартцевское преобразование
можно образно определить, как такое кривое зеркало, которое труд-
Ф и г. 150. Плоскость комплексного
переііенного £.
— 295
жую для изучения действительность искажает в нечто очень простое,
— наподобие своеобразной анаморфозы; поняв изображение
искаженное и зная закон искажения, мы легко можем сделать в искаженном
образе мысленные поправки для перехода от познанных свойств
искаженного изображения к доселе не познанным свойствам
подлинника. .
В нашем случае,
отображение конденсатора с
плоскости Z на плоскость Т в виде
двух наэлектризованных
полупрямых дает картину поля
весьма простую: как известно,
это—система радиально
исходящих из начала эквилотен-
циал и система
концентрических около начала лолукруго-
вых силовых линий (фиг. 151).
Уравнение тех и других есть
V
(258) №=— lost
тс
или, если ввести полярный
угол у и радиус-вектор р (не
следует смешивать этот угол
<р с гауссовой координатой <?
[68]), то
у
(259) w = —р4-іф.
Приравнивая постоянной
действительную или мнимую часть
выражения (259), получаем
соответственно систему
силовых или систему
эквипотенциальных линий.
Теперь—вопрос о формуле отображения-
ІПвартц искомую функцию
(260) * = А0
нашел выгодным дать не
непосредственно, а чрез ее
производную -г-- Если толщина Ъ
обкладок конденсатора весьма мала, то точки 7' и 8', и 5' и 4' попарно
сливаются (фпг. 152); тогда Швартцевская формула преобразования
имеет вид:
■О (* + 0
Фи г. 151. Картшта силового поля при двух
, полу-плоскостях.
Фиг. 152. Путь обхода переменного г при
прохождении переменным і они абсішев.
Случай топ ко-электродного конденсатора.
(261)
йя ч (X-
— 296 —
где
(262)
Х=-
V*
Не входя в аналитическое обсуждение вопроса, отметим лишь
некоторые выводы.
Если при очень большом t полярный угол возрастает,то (фиг. 153)
£ совершает обход по направлению стрелок и, в то время как
<р изменяется на 180°, линия обхода, начиная от верхней обкладки
конденсатора, переходит к нижней. Напротив, если мы совершаем
Фиг. 153. Фа г. 154.
Со ответствен пые друг другу обходы точкп переменпыыи t я г.
весьма малый обход в половину окружности около точки l=ziz -_ ,
то тогда (фиг. 154) точка г обходит конец бесконечно-тонкой
конденсаторной пластины и попадает, на верхней обкладке, с наружной
стороны на внутреннюю, а на нижней—наоборот. Что касается силы
конденсаторного поля, то оно выражается равенством
(263)
<£:
V
"2«*<X —|f|)(X + |*|)
где |*| есть модуль t. Обозначим, как и прежде,
(264)
®'—25 '
т. е. силу поля внутри бесконечно-большого конденсатора. Тогда
1
(265)
На внутренней стороне конденсатора \t\ мало; поэтому
т. е.'поле однородно. На внешней стороне\t\, сравнительно
с і. — --=, мало; и потому
— 297 —
(267)
т. е. сила поля с
на краю
(268)
где 0 весьма малс
(269)
возрастанием
. Тогда
\t\ =
й
1
t убывает
і
І6~
1
до бесконечности.
1
і
Наконец,
где I есть расстояние точки от края вдоль обкладки. Это есть тот
самый результат, который получился и методом Максвелля (стр. 289).
Обращаемся теп'ерь к случаю конденсатора с обкладками
произвольной толщины. Тут формулою конформного преобразования,
найденною Кирхгоффом, будет:
(270) d*=2e(|i —0»(і* + 0^(*—О^СЬ + О*"'-1^,
где
(271)
При этом
(272)
| V тс' а у а тг
4-Ь)
Соответствие устанавливаем таким образом, чтобы точке t=l
соответствовала точка z=ia, т. е. внутренний угол верхней
конденсаторной обкладки. Тогда особые точки оси и
(272')
( = ±щ ±J.; 0; да
соответствуют сгибам конденсаторной поверхности, т. е. точкам 4 п 1, 5
и 7, 6 и 6*, 2 п 3. Положительная ось и соответствует обеим
сторонам верхней обкладки конденсатора, а отрицательная ось «— обепм
сторонам нижней обкладки.
Тогда сила поля исследуемого конденсатора (£, отнесенная к
таковой же бесконечно-большого, ©0, есть:
(273)
-<£ = .1(|і_|ф М^іф і(Х_|(і) » (>. + (<:)'
Для малых значений t, т. е. внутри конденсатора,
1
(274)
it X ;
= 1»
— 298 —
т. е. поле однородно. На оборотной стороне обкладок, когда ( велико,
(£ мало и для очень больших расстояний от края исчезает. Главный
интерес представляют углы, т. е. точки |і|=;±>., =t[j..
Внутренние углы: Внешние углы:
(276) |(| —=Ы. (275') !'| = ^=і*
В расстоянии і от угла вдоль поверхности обкладки:
(276) |=о'£ За s (276') f-=«3' "Р 3
где
-VIV^J ■ +ѵ1\/^-]
При сравнительно тонких обкладках, в первом приближении можно
(27S) а, = (і8^' | (278') ?І=(і8^
При очень толстых обкладках в первом приближении можно
положить:
(279) а2 = [|П^і,67
С
«*> Ч*і(,+2і)}4
Выражение (276'), выеете с (278') и (279'), показывает, что на наружных
ребрах сила поля бесконечно велика, но область высоких значений ее
может быть сделана сколь угодно малою. В самом деле, ширина ее у
толстых обкладок убывает в отношении кубического корня из квадрата
толщины обкладки; следовательно, она всегда ничтожна в сравнении
с толщиною. Хотя бы обкладки и не были бесконечно-тонки, все таки
сила поля на ребрах бесконечно велика. Но, при достаточной толщине
обкладки, притуплением ребра опасная область слишком высоких
градиентов может быть просто удалена. При этом оба ребра одной
обкладки ведут себя несимметрично: как показывает (274), область
высоких градиентов у внутреннего ребра может быть сужена только
в известной мере, тогда как, согласно (278'), у внешнего ребра эта
область может быть сколь угодно малою.
74. Зависимость пробойной крепости от температуры. Одним из
наиболее существенных факторов пробоя давно у;ке признана
температура испытуемого диэлектрика. Пробойная крепость есть
убывающая функция температуры. Это выведено, как общее правило, из
многочисленных и разносторонних опытов. Новейшие теории пробоя,
предложенные К. В. Вагнером и Дж. ГаидЕяоы в сотрудничестве с
Ч. Штейеметцем, объявляют температуру не только важным, но и, в
конечном счете, решающим фактором пробоя. Как бы ни относиться
— 299 ~
к означенной теории, необходимо признать, что действительно
температура участвует в явлении пробоя и прямо и косвенно, так что
сделать полный учет этих влияний чрезвычайно затруднительно'.
Во первых, необходимо принять во внимание, что с температурою
изменяется молекулярная и микроскопическая структура диэлектрика,
в некоторых же случаях—и состав его. Затем, изменяются с
температурою также диэлектрический коэффициент, электропроводность я
рассеяние энергии в диэлектрике. А изменение всех этих трех
характеристик влечет за собою рост тепловыделения, особенно в поле
переменном. Кроме того, повышение температуры, и прямо и косвенно,
чрез вторичное ее повышение от изменения вышеуказанных
факторов, ведет к изменению гигроскопического состояния диэлектрика,
каковое и непосредственно определяет пробойное напряжение п
косвенно, изменяя диэлектрическіій коэффициент, проводимость п
рассеяние энергии, что ведет, во первых к деформации поля, а во вторых,
к новому приросту тепловыделения. В виду многочисленных
способов, которыми пробойное напряжение связано с температурою (при
чем пробойное напряжение есть не только явная и неявная функция
температуры, но кроме того эта последняя входптв функцию также
итеративно), эмпирические зависимости этого рода весьма изменчивы н, сами
определяясь множеством побочных условий, суть частные наблюдения
и не могут сойти за законы явления, хотя бы и приблизительные.
Ведь указанные выше факторы, обусловливающие пробой, поскольку
они зависят от температуры п, с другой стороны, сами оказывают
воздействие на процесс тепловыделения, зависят также от многих
обстоятельств, при которых совершается пробой,—от напряжения и рода тока,
от частоты его, от формы его кривой, от продолжительности нагрузки,
от способа, которым повышается напряжение, от размеров и формы
электродов, от толщины испытуемого диэлектрика и других. Изменение
каждого из этих факторов в качестве первичного, вторичного и
третичного последствия, а то—п всех вместе, деформирует эмпирическую
кривую зависимости пробоя от температуры. При такой сложности об-
суяедаемой зависимости психологически понятно и желание новейших
исследователей, не задаваясь осторожным и чрезвычайно трудным
математическим распутыванием этого кружева взаимных сцеплении,
разрубить его и покончить вопрос одним махом, просто отбросив пробойность,
как самостоятельную характеристику диэлектрика п объявляя
явление пробоя только комбинацией различных процессов,
производящих повышение температуры. Тогда оказывается возможным получать
разные степени приближения, вводя те пли другие процессы порознь.
Может быть, в настоящую минуту, электротехнике, весьма
заинтересованной практически в явлениях пробоя, и нет другого выхода; однако
теоретически такой выход не может быть признан правильным, как
предоставляющий собственно электрической стороне дела слишком
ничтожное участие в явлении, которое, как бы ни говорили, все такп
производится именно электрическим полем и не возникло бы без.такового.
— 300 —
Новейшая1 теория маскирует электронный механизм про? )я
формальною ссылкою на джаулево и сименсово тепло; но ведь эти последние
могут возникнуть лишь напочве некоторых электронных процессов в
диэлектрике, и тогда, следовательно, было бы целесообразно
проанализировать пх до конца, до самого пробоя, не ограничиваясь лишь
началом их. возникновения.
О степени значения температуры, как пробойного условия, даіот
судить исследования 1922 г. Флайта.. Он изучил поведение
некоторых наиболее распространенных изоляционных материалов в
температурном промежутке 30°~100°. За исключением слюды и слюдяных
диэлектриков, технически применяемые изоляции быстро сдают ъ
температурою, и при 100° электрическая крепость составляет только
половину таковой лее при 30°. Поэтому все материалы должны быть
проверяемы в отношении электрической крепости при 100°, а не при
комнатной температуре. В частности, при росте температуры от 30°
дп 100е сохраняют электрической крепости:
бумага , . 30% слюдяпыв нвозяторы, . $Q%
мнкарта 50% (слюдяное паяотпо и бумага,
пресшпап . і 70% мпкафолпум, ішкапчт—гибкий
лакпроваппоеиолотпо . 60% и твердил).
75. Значение влажности и загрязненности. Зависимость пробоя от
температуры связана отчасти с зависимостью его от влажности
диэлектрика. Многочисленные опыты доказали, что влаишость изменяет
пробойное сопротивление, при чем промежуточным фактором служит тут
увеличение проводимости. В твердых диэлектриках волокнистого
сложения и не пропитанных, электрическая крепость при сушке
повышенною температурою и вакуумом изменяется весьма существенно; даже
мйнее гигроскопические диэлектрики после просушки могут
увеличивать свою электрическую прочность в четыре раза. Но кроме того,
у гигроскопических диэлектриков их проводимость и пробойность
меняется от влаги еще и в силу капилляро-электрпчеекпх п стрикто-
электрических явлений: в электрическом поле толщина капиллярных
каналов, содержащих влагу, изменяется: во первых, от изменения
капиллярной постоянной жидкости, содержащейся в этих каналах, а
во вторых—от изменения внутреннего натяженпя самого диэлектрика;
если диэлектрик состоит из отдельных кристаллов, представляя веще-,
ство псевдо-изотропное, то сюда присоединяются еще явления пиэзо-
электрпческие, т. е. изменение размеров и формы кристаллических
сред действием электрического поля. Некоторые из этих факторов
способствуют именно увеличению проводимости и пробоёности
диэлектрика. С. Эвершед подтвердил свои теоретические соображения в этом
смысле, построив соответственную модель [60а].
— 3UL —
В силу взаимо-завиенмости различных явлений в диэлектриках,
процессы иногда протекают обратно тому, как можно было бы ожидать,
рассматривая каждый фактор порознь. Так, рост напряжения, частоты
и температуры, ■ сами по себе, ослабляют диэлектрическую крепость.
Но, при наличии в диэлектрике влажности, может случиться и
обратное, а именно: электрическое сопротивление и электрическая крепость
вещества при возрастании указанных факторов увеличатся.
Последний фактор непосредственно, а первые два—посредственно, через
усиленное нагревание диэлектрика, ведут к осушке диэлектрика и
тем уменьшают проводимость его и пробоіность.
У некоторых диэлектриков кривые
зависимости от температуры, напряжения
своем падении, некоторый максимум,
чинам независимого переменного, до
которых значение просушки преобладает
над общим падением кривой (фиг. 155}.
Напротігв, чрезмерный нагрев, в целях
■ просушки, или даже чрезмерность хо-
-лодной просушки вакуумом, могут
повредить диэлектрику, вследствие
наступающих микро структурных,
молекулярных и химических изменений. Так,
сильный нагрев ведет к карбонизации и,
кроме того, делает органические
диэлектрики хрупкими и ломкими, так что на
них появляются трещпнкп, плп напротив—размягчает основную массу
диэлектриков с наполнением. Даже сравнительно малый нагрев кани-
фолей отщепляет у них молекулярную воду, вследствие чего канифоли
резко понижают своп электрические свойства п, кроме того, делаются
весьма хрупкими. Чрезмерная сушка карболита оказывается
разрушительной для его микроструктуры, а может быть также — структуры
молекулярной, вследствие чего твердая масса рассыпается; Точно так
же вредна чрезмерная сушка нагревом лакам, изоляционным маслам
п заливочным массам. Так, Фризе в 1922 г. даже обычную сушку масла
прогревом до 100°-ѵ, 120° признает нежелательной, как производящую
химические изменения масла. Поэтому предпочтительна тут сушка
вакуумом, при температуре более низкой, или иные приемы очистка.
Влажностью процессы запутываются и с иной стороны. Так,
А. Півлйгер указывает на результаты своих опытов над мокрым
картоном. У картона, сравнительно грубо-волокнистого, наружные слон
усыхают ранее внутренних; и тогда влажность вносит здесь еще
новое осложнение: экспериментатору приходится иметь дело с
диэлектриком неоднородным.
Новейшая технология электрических материалов,
преимущественно германская, в лице Л. Бюльтеманнл и других, придает сухости
диэлектрика значение первостепенное. Это убеждение выработалось
крепости и проводимости в
и частоты имеют, при общем
соответствующий тем вели-
t ff
%
ч
ч
s
J60
іго
100
и Z&0
/
t
1
/
о .
/
1
о
*
е І
О
о ■
.
О 40 /О '0
Tdinirasrys.
Ф п г. 155. Электрическая крепость
пзолицконного масла в аавпепмостн
от температуры. (По В. Шплтѵ).
— 302 —
тут преимущественно в работе над техническим
усовершенствованием и фабрикацией бакелита. Но распространение найденного
ими на все диэлектрики и преувеличенная боязнь влаги во всех
случаях—не имеют за себя достаточно прочных оснований: дело не
в простом наличии молекул воды или даже капельных частиц ее,
а—в том виде, какой присущ этой воде в диэлектрике. Так,
феноловый и крезоловый карболиты содержат один и тот же процент воды;
но изоляторы из первого выдерживают работу на линии в течении
іщогих лет, тогда как второй оказывается для этой цели совсем
непригодным. В данном случае, гораздо бблыпее значение, нежели
молекулярная вода, имеет выбор исходных веществ, качество и
количество катализатора.
Но, если вода содержится в капельно-жидком состоянии, то важно,
наскблько зернышки ее в основной среде удобоподвижиы. И
большое, сравнительно, количество воды в твердом диэлектрике в
некоторых случаях не может считаться порочащим его, а в общей
совокупности его свойств, например для ослабления хрупкости и ломкости,
оказывается в некоторых случаях даже желательным. Заключенные
в диэлектрике и уединенные друг от друга, эти капельки не могут
служить протоками электронам и ионам, как с другой стороны, сами
неподвижные, не обслуживают электросмотической, конвекции. Но
лишь только получают они подвижность, как сами перемещаются
по диэлектрику и, кроме того, могут образовывать нитевидные
скопления вдоль силовых линий и делаться, следовательно, сравнительно
легкими путями молионам, ионам и электронам.
Так, сравнительно мало изменяющее электрические качества
твердых диэлектриков, незначительное количество влаги решительно
недопустимо в диэлектриках жидкпх. По данным Всеобщей Компании
Электричества, 0,01%-ное содержание воды в трансформаторном масле
понижает его крепость вдвое, а 0,Ю%-ное—пониягает крепость в 15 раз.
Приблизительно таковы же данные Окиннерл. Вот сводная табличка,
показывающая, как меняется крепость масла при различных
способах очистки:
м ь с л о
(при пплппдрпческом пробойнике) . .
сырое
иор.ѵазыгос
с ваасе-высушенное
сухое, при чистых влектролвх . . . .
пропущенное через мембранный фильтр.
крепость в
kV:cui
14
22
50
145
230
16S-4-242
наблюдатель
Кезк
Фризе
303 —
Согласно опытам Фрезе 1922 г., крепость масла с прибавлением воды
быстро падает, и именно по гиперболическому закону:
(280) ^-^+20 ,
где @,„ есть максимальный пробойный градиент, выраженный в кѴ: мгь
а р процентное весовое содержание в масле влаги. Минимум (22 кѴ: cm)
.достигается при 0,5% содержании воды и далее уже почти не
меняется: нужно думать, после известного содержания вода выделяется
из масла и, выпав на дно сосуда, уже не участвует в явлении пробоя.
Обычный способ определения содержащейся в масле воды не
приводит к надежным данным. Поэтому Фризе предварительно изго-
готовил тщательно очищенное и высушенное масло, двухчасовою
сушкою вакуумом 10~J mm ртути при 110°. Масло приобретало тогда
■электрическую крепость 230 кѴ : ст. Затем к маслу добавлялись
определенные количества воды, тщательно размешиваемой, для образования
тонких эмульсий, и измерялась его электрическая крепость.
Микроскопически было выяснено при этом, что поперечник водных шариков
таких эмульсий около 10 р. Так была получена вышеуказанная
формула, которою Фризе думает воспользоваться; для обратного
вычисления содержания влаги по измеренной электрической крепости масла.
Хорошо просушенное масло однако поглощает влагу из воздуха,
как и наоборот, влажное масло увеличивает свою прочность в сухой
атмосфере, т. е. просыхает. Вот табличка электрической прочности
■сухого масла, стоявшего в атмосфере с 80°/о влажности;
электрическая прочность показана как функция времени:
■гасло дней
электрическая
крепость в kV : era
о
145
1
100
1
60
5
40
15
20
Прочность же масла, стоявшего в сухом воздухе, возросла за 10 дней
с 25 до 135 кѴ:сго.
Если вода находится на дне сосуда с маслом, то она очень
медленно проникает в масло, а потому не оказывает существенного
вреда. Наконец уместно отметить здесь, что зависимость крепости
в киловольтах на сантиметр от давления Ъ, выраженного в
миллиметрах ртути, может быть дана соотношением
(281) @= =86-1-0,08 ъ.
Весьма много значит карбонизация масла и всяческая
загрязненность его. Именно этими неоднородностямн объясняется неустойчивость
данных различных испытаний. Глйден и Эдди, проделавшие в 1922 г.
со всеми предосторожностями три тысячи измерений этого рода,
вычертили затем кривые, абсциссами которых были отклонения отдель-
— 304 —
ных данных от средних, а ординатами—соответственные числа
отклоняющихся опытов. Эти кривые оказались совпадающими с обычными
кривыми распределения вероятной ошибки, при чем наиболее острая
вершина была у воздуха, а наиболее пологая—у масла. Итак,
расхождение опытов имеет источником случайное распределение неодно-
родностей; при этом в воздухе неоднородностей менее, нежели в масле.
Но вопрос о природе этих неоднородностей оставался неразъясненным.
Японские исследователи Хировв, Оглвл и Куво еще в 1917 г.
указывали на значение волокон, попадающих в масло вероятно прп
фильтровании его. Как имеющие значительную индуктивность,
влажные волокна втягиваются в место наибольшего градиента,
располагаются по силовым линиям и, образовав между электродами род
мостика, способствуют пробою. Масло без волокон, при равном
содержании влажностп, в четыре раза крепче масла, содержащего
волокна. Это понятно, потому что действующая поверхность водных
включений, а следовательно—и двойного слоя, при распространений
воды по волокнам, становится значительно больше таковой же—воды, '
разбитой на мелкие шарики: как известно, при данном объеме шар
имеет из всех тел поверхность наименьшую.
Такого рода мостик из волокон в расплавленном параффнне
непосредственно наблюдал под микроскопом Лауглин в 1921 г.
Значение волокон для пробоя жидких диэлектриков признал в 1921 г.
также Ввдмор и, полагая, что такие волокна к поверхности шариков
пристают легче, нежели к остриям, при испытании масел применял
пробойник остриевой. Но опыты ГлпдЕНа и Эдди показали, что именно
при острие получается особая неустойчивость результатов,—чтб и
понятно, принимая во внимание неоднородность такого поля. Неудобны
в этом отношении и шары, особенно незначительного поперечника.
Микроскопическое и микрофотографпческое исследование Шре-
тера в 1923 г. разъяснило процесс образования этих мостиков. Мостик
образуется, по Щретеру, так: Если в масле имеется электрическое
поле, то все находящиеся вблизи электродов частицы с большою
индуктивностью или большою кондуктивностыо вовлекаются в это поле.
Там они перебрасываются от электрода к электроду, а также сцепли-
ваются друг с другом, пока промежуток не окажется отчастп или
целиком соединен такими нитями; при загрязненном масле и в
сильном поле, на это требуются доли секунды, а в слабых полях процесс
заполнения промежутка тянется медленно. Высокая индуктивность
волокон в общем пмеет причиною их влажность. Уже при частичном
і перекрытии промежутка такими нитями, в среде возникает
предварительный разряд, разбрасывающий воду. Образовавшиеся газовые
пузырьки, вследствие малой своей индуктивности, быстро
выбрасываются из области поля, а волокна становятся сухими и теперь уже
не понижают пробойной крепости масла и не склонны привлекать к
себе имеющуюся в нем воду. Особенно ясен этот процесс, если в
масло поместить волокна сухие: тогда предварительны! разряд рас-
— 305 —
сеивает их. Следовательно, причина облегченного пробоя—не волокна,
а все такн влажность, хотя—и в присутствии волокон. Наблюдение
масляно-воднои эмульсии под микроскопом показало следующее:
Водные капельки, приблизительно 5 р поперечником, сперва почти равно-
30
го
т
/ /
-/Л
*
/ V
/ У'
./*
г 7
0
/3
г
*
в
>
г -
о oj
0,5
45
Ф и г. 155,
Д 0,2
3 "ііп Ч
Фиг. 156.
Фиг. 155 и 156. Электрическая крепость пзоля-
піюппого масла в зависимости от толщины
пробиваемого слоя, нрп разных степенях очистки.
1. Загрлзпоппос масло. 2. Очищенное, через обычпып
фпльтр. 3. Очлтенпое через твердый фпльтр
однократною фильтриппею. 4. 'Го ;гсе, прп двукратной
фпльтрашп. 5. Вареное. 6. Пропущенное через
глиняный фильтр. 7. Пропущенное через мембран-
ныіі фпльтр. 8. Очнщсппое центрифугою.
(II о Шрсгерг).
и
300
200
100
п
т
1
А
Л
а
5
6
7
к
Ф п г. 157. Средние зпачоппя
электрической крепости масла нрп розлнчпых
степенях очистки (см. фиг. 155 п 156).
1. Загризпепноо масло. 2. Очищенное
чрез глппяпыіі фильтр. 3. Очи щепное
пептрпфугию. ■£. Пропущенное через
обыкновенный фильтр. 5. Пропущенное
черг-з мпібранныІІ фпльтр. 6. Варепос. 7.
Профи л ьтропа иное через тнердьш фильтр
одпократпо. 8. То ;ке, двукратно.
(По ПТгЕтерг).
Фиг. 158- Колебание электрической
крепости масла в отдельных испытаниях
нрп различной стипепл очистил масло.
1. Загрязпеппое масло. 2. Очищенное
через глиняный фильтр. 3. Очпщеппое
центрифугою. 4. Пропущен пор чрез
обыкновенный фильтр. 5. Очищенное чергсі
мембранный фпльтр. 6- Вареное. 7.
Пропущенное через твердый фпльтр однажды.
8. То л;6—дважды. (По Нірётяіт).
мерно распространены в масле. Как только электроды поставлены под
напряжение, капельки со всех сторон собираются в поле. Концентрация
П. Флоренский.—Днвлектрнки.
ао
— 306 —
D
200
e
i
p.
Ф ii r. 139. Колебание
электрической крепости масла
в отдельных испытаниях и
средняя крепость ітслп, в
завнсішости от чистки
электродов. Масло пропущенное
через твёрдый фильтр. 1.
Полпроваппые электроды.
2. Электроды тщательно
очищенные. (По^Шрётют).
повышается до тех пор, пока не произойдет разряд. (По наблюдению
пробоя можно делать заключение о концентрации эмульсии, можно
даже устанавливать содержание воды, когда она содержится в
капельках, недоступных зрению). Происшедший
предварительный разряд осушает масло, и потому
следующий разряд может произойти лишь при
напряжении более высоком. Если же
напряжение постоянно, то разряд произойдет не иначе,
как спустя некоторое время, когда
концентрация влаги в между-электродном промежутке
вновь достигнет потребной для этого величины.
Способ очистки масла весьма изменяет его
крепость; Шретер дает ряд графов и диаграмм,
выражающих зависимость крепости от способа
очистки.
Существующая зависимость пробойной
крепости изоляционного масла от его
загрязненности показана с полной убедительностью в
1923 году В. Шпатом. Главною задачею этого
исследования было добиться воспроизводимых
значений крепости, прп неизменности условий пробоя, т. е. получить
тояедественность результатов при повторных испытаниях и, кроме того,
показать сходство с кривою, связывающею крепость с длиною искры,
длямаслаи для воздуха (фиг. 50 и фиг. Ш).Действительно, после
тщательных очисток и просушек масла
выяснилось; всякое масло дает воспроизводимое
значение крепости, в противоположность
данным других наблюдателей, которые
пользовались маслом недостаточно очищенным.
Замечательно, наибольшая степень чистоты
может быть достигнута приемами
сравнительно простыми. Зависимость крепости от длины
искрового промежутка имеет разный
характер, смотря по степени чистоты масла. По
ходу кривой этой зависимости можно даже
сделать заключение о состоянии масла. В
наиболее чистом масле эта кривая идет так
же, как и в газах, т, е. резко падает в тесной
области уменьшения искрового промеягутка.
При определенной величине этого
промежутка, расхождение этих кривых, в завимости
от различной степени чистоты масла, оказывается особенно
значительным, и следовательно именно этот промежуток наиболее 'выгоден
при исследовании масел. Может показаться даже удивительным
найденное тождество крепости для масел не только разного происхождения,
по и разных химических и физических свойств: отсюда—вывод о за-
ff
JV0
t По
u
V
ч
fc
5
ltd
ICC
146
па
Ібр
1 t
г 1.
1 '
1 '
і
і"
——-*г %аН О
Фиг. 160. Электрическая
крепость изоляционного масла в
здв и си пост и от содерлшіши
влаги. (По Б. Штгаг!").
— ао? —
грязненности, как наиболее важном факторе обнаруживаемых обычно
различий. Из более частных обстоятельств, выяснившихся в этом
исследовании, должны быть отмечены: несущественность освещения
искрового промежутка; необходимость устранить при испытаниях дугу,
чрез заземление одного из полюсов трансформатора; зависимость
длины искры при постоянном напряжении—от знака большего
электрода и достаточная однородность поля между плоскими электродами
при принятии известных предосторожностей.
Обратимся к некоторым подробностям исследования: Наиболее
затруднительным было устройство масляного пробойника. Прежде
всего, новостью была значительная вместительность сосуда, в 12
литров. К этому привели: необходимость вполне покрывать маслом
искровой промежуток со сравнительно большими электродами;
предупредить нагрев масла; обезпечить удаление сажи и металлических частиц
из меяіъэлектродного пространства. Значительность вместилища
оказалась достаточною, чтобы все частицы осаждались на дно и уже не
взбаломучивались от течений в масле, когда^масло стояло под
напряжением,—течении впрочем оказавшихся медленными, около 0,5 cm: sec.
В боковых стенках этого сосуда были укреплены латунные
электроды в виде слегка выпуклых дисков поперечником 90 mm (в
некоторых случаях во mm и 40 mm) со слегка утолщающимися краями;
стрелка выпуклости в середине электрода 2, з mm. Этп электроды
могли сближаться помощью винта, с точностью до 0,001 mm па
расстояниях от 0,05 cm до 1 ст. Обычное укрепление электродов
оказалось недостаточным, чтобы обеспечить точность этих расстояний,
потому что между электродами возникают силы до 300 gr. Необходимо
было озаботиться большою механического прочностью стенок сосуда,
а равным образом—достаточною их электрическою крепостью,—что
потребовало толстых эбонитовых стенок. При испытаниях
применялось однофазное переменное поле £0 пер : сек, доставляемое одноякор-
ным умформером Спменса-Шуккерта 6,5 kW, возбуягдаемого
аккумуляторного баттареею. Ток преобразовывался трансформатором. Эта
установка давала синусоидную волну.
Если испытывать одно п то же масло при тех же самых
условиях разрядами, быстро проходящими один за другим, то найденные
результаты могут различаться между собою даже на 50%- Однако,
измерения к гораздо большему единообразию приводятся простою
мерою, а именно: если выжидать между каждыми двумя пробоями
по 20 мин. Этого срока достаточно, чтобы успели осадиться частицы
сажи и чтобы тогда пробойное напряжение перестало зависеть от
числа произведенных пробоев. При таких условиях перекачивание
масла и фильтрование уже излишни,—но если, как сказано, заземлен
один из полюсов трансформатора; напротив, при заземлении середины
erOj образуется дуга, и тогда фильтровка масла необходима. После
каждого испытания требуется очищать и вновь полировать электроды.
20*
— 308 —
Испытанию были подвергнуты три сорта масла, и из них
первые два— особенно тщательному. Оба они имели полутора-годовук>
давность. Масло I хранилось не герметически закупоренным, а масло
II—герметически. ,Вот сравнительная табличка их свойств:
наело I
пасло II
предписание
Объединения Электр.
СтапдпІі
удедыіьш вес. . .'
вязкость при 50°
точка воспламененші
точка горения:
содержание дегтя
диэлектрический коэффициент
содержание кпелот
содержание щелочей
содер;каиие серы
потеря веса при 100е за 5 часов. . .
0,904
2
165»
197«
<W
2,2
0,12,%
0,903
1,86
138°
177»
0,28,%'
2,25
0,005»
2,7 "•,
0,35 "о 0,92
<3
> 160"
> ISO»
0.04",.
0,10%
Суть исследования заключалась в том, чтобы вычертить кривые
зависимости пробойной крепости от межъэлектродного расстояния
при постепенно проводимом процессе очистки масла. Тогда кривая
зависимости подымается вверх, приобретает все бблыпую
степень точности и все более уподобляется соответственной газовой
кривой, монотонно падающей с ростом межъэлектродного расстояния.
На фиг. 161 показаны эти кривые, причем сплошные относятся к
маслу I, а пунктирные—к маслу II.
Первое измерение было проделано над маслом, как это
последнее было получено с завода, причем на чертеж нанесены средние
из шести-кратиых наблюдений (наблюдения очищенного масла
повторялись то же число раз). Числовые данные расходились тут на 30 ~^ 50%.
Так построена кривая а. 3 а т е м масло было цептрифуговано, тщательно
очищено керосином и бензином и освобождено от более грубых
волокон. Наблюдения после такой очистки дали кривую б. Следующая
затем очистка была произведена двучасовым нагревом при 115°, ради
обезвожения, после чего масло фильтровалось сквозь тонкое
волосяное сито, в 9ОО~і500 клеток: см.2, и медленно охлаждено до 20°. При
этой температуре была получена кривая в. Кривые а, б, в имеют при
расстоянии 0,2 ~0,5 cm минимум: он объясняется как наиболее благо-
— 309 —
приятное условие образованию мостика из волокон и прочих
загрязнений.
Описанная очистка масла повышает пробойную крепость его на
Ю0.~ 200%. Следующие, четвертое, наблюдение относится к тому
же маслу, но при 60°. Нагревая масло последовательными подъемами
в 10°, от 10° до 100°, и измеряя пробойную крепость при наименее
выгодном межъэлектродном расстоянии в 2 mm, можно было установи ть
что температура в 60° соответствует
наибольшей крепости, и потому
эта температура была избрана для
наблюдения, давшего кривую г. Как
видно, тут впервые исчезает
минимум, и падение кривой становится
монотонным. Пятое измерение
'(кривая д) было сделано после того,
как масло многократно
фильтровалось через бумажный фильтр,
причем оно согревалось до 40*. После
двух-кратного фильтрования,
простым глазом уже нельзя было
заметить в масле волокон. То же
масло было подвергнуто затем
шестому (кривая е) и седьмому
(кривая ок) наблюдениям,
соответственна при температурах 60" и 85°.
Для восьмого наблюдения
(кривая sic) масло прогревалось в
течение 4-х часов при 115°, затем в
течение 36-ти часов при 60° п затем-
медленно охлаждалось до 20°;
предварительно оно фильтровалось чрез
■специальный бумажный фильтр,
применяемый Цейссом при очистке
канадского бальзама. Так
очищенное масло давало наибольшую
достигнутую при 20° крепость.
Наконец девятое наблюдение (кривая и) было сделано над тем же
маслом при 00°. Тут получились наибольшие значения крепости.
По мере очистки масла, результаты измерения оказываются
воспроизводимыми все с большею степенью точности: наблюдения
четвертое, пятое и шестое воспроизводятся с точностью до 5 ^ 10%,
наблюдения с седьмого по девятое—с точностью 1^1,5%. Напротив,
наблюдения первое, второе и третье воспроизводимы лишь с точностью
10-^20%) когда расстояние между электродами 0,5 ~1 cm, п даже
только с точностью 50 ~- 100%, при расстояниях 0,1 ~ 0,5 ст.
А (/т/т
J50
3*0
ЭѴі
зн
зос
Ш
14ч
Но
£Р0
JSQ
U о
}О0
So
во
Чо
2.0
о
"Ч
_|
к
X.
д
г|
к—
_дЭД&
<
\
•N
°Н
ч
(Ч
^^
і
>'
г-**'
T?J
г
3
1—"I
-А
щ
N
6о"
^
Ь,
>-м
£
А
1
ts-Ы
h?*
Ё£!,
пл"
чо-
*Я
Л
sy
/
"
IflO
ЩТвк
?.**.
р
S
І
т..
У
ть
час
fin
-*
л.
оі цг. о.і о.у as 0,6 a? o,s 0,3
Рас сто япи е ъяектролов
Ф и г. 161. Электрическая крепость
изоляционного масла в зависимости от толщины
пробиваемого слоя, при последовательных
очистках пасла. Сплоніпьіе кривые относятся
к одному маслу, а пунктирные-—к другомѵ.
(По В. Шнлті).
— 310 —
Подъем напряжения в атих исследованиях производился вполне-
равнрмерно и без толчков, со скоростью 17 "-25 kV: min. Бблыпая
быстрота подъема давала неточные результаты, потому что вольтметр
уже не поспевал за напряжением; а меньшая чем 17 kV: min давала
преждевременный пробой, потому что масло разлагалось невидимому
электро-химически. В чистейшем состоянии, при 60° масло обладает-
крепостью 3S0 kV: cm при 1 mm межъэлектродного расстояния. Для
пробоя . 0,1 cm чистейшего масла при 60° требуется напряжение на
20% низшее, но пробой наступает лишь через 20 минут. На зеркальной
поверхности масла можно тогда заметить тонко разбитую пену.
Итак, для безупречных наблюдений маело должно быть
освобождено от всех посторонних примесей, и прежде всего—от
микроскопических волокон. Должно быть устранено какое-бы то ни было
соприкосновение с водою или с водным паром и удалены воздушные
пузырьки, появляющиеся при наливании масла и при взбалтывании его.
При наблюдениях от. первого по четвертое, под микроскопом
наблюдались еще мелкие волокна; но, поеле многократной фильтровки,
нельзя было ничего заметить [даже при тысячекратном увеличении.
Этими волокнами объясняется минимум соответственных кривых при
0,2 cm, как расстоянии благоприятном образованию мостиков.
Аналогичные наблюдения сделаны с маслом II (фиг. 161). 'Гак
как это масло было закупорено герметически и очищено двухчасовым
нагревом до 115°, то тут последовательных очисток требовалось менее.
Первое' наблюдение (кривая а') относится к этому его состоянию-
при 20°. Второе наблюдение (кривая б7)—к тому же маслу после
тщательной фильтровки. Третье и четвертое наблюдения
(кривые в' и г')—к тому же маслу после фильтровки через
вышеупомянутый специальный фильтр, соответственно при 20° и 60°. Как видно,
это масло П достигает почти той же крепости, что и масло - I, хотя
последнее лучше удовлетворяет нормам. Несмотря на более низкую-
точку воспламенения и горения и несмотря на свою кислотность
0,005°/о. масло П оказывается столь же крепким, как и масло I.
76. Зависимость пробойной крепости от времени. Время есть
важный фактор пробоя, и притом определяющий это явление с
разных сторон. Если диэлектрик подвержен некоторому напряжению, то
в момент установки поля—пробоя во всяком случае не происходит,
и разряд запаздывает. Явление пробоя обнаруяшвает нечто в роде
инерции. Отсюда должна быть понятною необходимость различных
величин пробойных напряжений при различных видах этих
напряжений. Кратковременная нагрузка может быть значительно большею,
нежели длительная. В 1916 г. В. Пик исследовал пробой диэлектриков
напряжениями ударными, т. е. повышающимися весьма быстро, и
доказал, что при таком условии возможна значительная перегрузка
диэлектрика. Но различные вещества ведут себя тут несходно. Таковы
же опыты Пика 1931 г., над фарфоровыми пластинами. Характер
— 311 —
ударных пробоев исследован в 1921 г> так же Дж. Д. Морганом, на
малых разрядных расстояниях. При прочих равных условиях,
напряжение пробойного удара больше пробойного напряжения, когда оно
наростает постепенно. При данном пробойном промежутке, величина
ударно-пробойного напряжения зависит от многих условий: 1°. от
скорости, с какою растет напряжение; от устройства пробойника и от
первичного тока: 2°, от наличной ионизации среды: 3°, от времени
дальнейшего действия поля, после того как достигнуто известное
напряжение. Если поле однородно, то это время действия некоторого
минимального напряжения может быть весьма коротко; но при поле
неоднородном, и действие поля должно быть длительно. Пусть
имеются два пробойника, с электродами разного вида, но характеризуемые
одним и тем же статическим пробойным напряжением; при одной п
той же начальной ионизации, ударно-пробойные напряжения их
будут однако нетождественными.
Проводя механическую аналогию, Пик ж А. Швлйгёр, причисляют
одни диэлектрики к электрически хрупким, а другие—к
электрически вязким. Если отношение пробойной крепости при
нагрузке толчками—к крепости при нагрузке непрерывной назвать
вместе с Пиком фатпором врешпи диэлектрика, то у электрически
хрупких веществ фактор временп близок к единице, тогда как у
вторых—значищльно больше,единицы. У газов фактор времени
найден меньшим, нежели у масел, а у твердых диэлектриков превосходит
таковой же—жидких. Иначе говоря, в отношении электрического
удара газы электрически напоминают механически твердые тела,
преимущественно хрупкие, а механически твердые
диэлектрики—электрически похожи на газы, как эти последние сопротивляются
механическим силам. Вот оправдание давней практики защищать
электрические установки предохранителями, с искровым промежутком именно
воздушным. Мы окружены весьма твердою и вместе с тем хрупкою
электрически средою, гг трудно представить себе, какіімп путями пошла бы
электротехника, если бы земная атмосфера не обладала этими свойствами.
Вообще говоря, пробойная крепость диэлектриков убывает с
продолжительностью нагрузки. Но этот факт убываемости в разных
случаях имеет р азные причины. Бывает п наоборот: электрическому
удару некоторые изоляции противостоят гораздо хуже, нежели 50-не-
риодному переменному току. Уже давно указывалась, например
Тернером и Говартом в 1906 г., опасность внезапных зарядов гг
разрядов.
Противоречие только что изложенного взгляда со взглядом Пикл и
других объясняется отчасти неопределенностью слов внезапный и
ударный, применявшихся разными авторами в разных значениях, отчасти ;і;е
действительным различием разных изоляций в отношении удара.
Исследование Грюневальда 1923 г. поясняет существование
диэлектриков двух видов. Вот соображения этого последнего: Различие
пробойных крепостей в зависимости от времени нагрузки причиняется
— 312 —
неоднородностью диэлектрика, вследствие которой пробои зависит от
диэлектрического последействия. Диэлектрик вполне однородный
должен оказать электрическую крепость одну и ту же, каким бы
напряжением он ни испытывался; но для диэлектрика, характеризуемого
в разных местах равною релаксацией, с течением времени градиент
поля перераспределяется, и в некоторых местах могут возникать тогда,
хотя и кратковременные, но чрезвычайно высокие градиенты,
вследствие чего происходит местный пробой, облегчающий затем пробой и
остальной толщи. Так, в фарфоре, бесчисленные кристалики
силлиманита, включенные в основную стекловидную среду, обладают по
разным направлениям различными индуктивноетями; это
обстоятельство достаточно, чтобы сообщать им сравнительно легкую
пробиваемость электрическим ударам, а за нх пробоем следует и облегченный
пробой всей толщи.
Несогласованность релаксации отдельных мест может иметь
преимущественною причиною: либо различные индуктивности этих мест,
либо различие их кондуктивности. Отсюда, по Грюневальду,
разделение диэлектриков: на выдерживающие преимущественно
постоянное или медленно-переменное напряжение и на преимущественно
крепкие в отношении электрических ударов. К первым, то есть
выдерживающим медленное изменение поля, относятся те, которые
характеризуются различием индуктивности, при сравнительно
однообразной кондуктивности; напротив, ко вторым, стойким в отношении
ударов, но плохо выдерживающим медленное изменение поля,
принадлежат диэлектрики сравнительно однообразной индуктивности, но
с различною в разных местах кондуктивностыо. В самом деле, в
первых, при внезапном изменении поля, преобладают токи смещения,
устанавливающиеся со скоростью света, то есть в практически
бесконечно-малый промежуток времени градиенты распределяются тут
обратно пропорционально индуктивностям, и следовательно могут
возникнуть местные перенапряжения; но с течением времени эти
градиенты выравниваются проводимостью, и тогда опасность пробоя
ослабляется. Напротив, при различии проводимости, но сравнительно
одинаковой индуктивности разных мест, градиенты ударного
напряжения распределяются сперва равномерно, и следовательно нет угрозы
местных пробоев; но через некоторое время градиенты
перераспределяются в обратном отношении к проводимостям соответственных мест,
и тогда некоторые участки могут оказаться перенагруженными.
77. Анализ ударного пробоя. Ударный пробой опытно и отчасти
теоретически разобран в вышеупомянутой работе Грюневальда. Этот
анализ всецело примыкает к максвеллевской теории слоистого
диэлектрика; но прежде чем привести соответственные формулы,
рассмотрим частный случай двуслойного диэлектрика, проводимость
которого везде одна и та же, а кондуктивность одного слоя вдвое
превосходит таковую же другого. Очевидно, зто—диэлектрик, плохо вы-
— 313 —
держивающий электрический удар,—случай наиболее важный
практически, поскольку против медленных перенапряжений в цепи легче
принять меры, нежели против ударных, так что изоляция, не
выдерживающая ударов, должна особенно беспокоить техника.
На фпг. 162 представлен такой двуслойный диэлектрик, при трех
вариантах соотношения: по толщине их слоев. Принимаем линию О О' за
ось расстояний, а перпендикуляр в ОА—за ось напряжений. Пусть слева
приложено к диэлектрику напряжение 0, а справа-j- V. Если бы
диэлектрик был однослойный, то графом напряжения была бы одна и та не
пунктирная прямая ОТМ. Но различие индуктивности обоих слоев
делает этот граф ломанною OSn,причем
угловой наклон его (точнее—угловой
коэффициент его звеньев) характеризует
градиент поля. Так как падение потенциала
распределяется обратно
пропорционально индуктивности, то значительная
нагрузка падает на слой слева, в
особенности при малой его толщине. Пусть
теперь конденсатор внезапно
разряжается. Тогда разность на обкладках
равна нулю, а граф напряжения OSM
превращается в ломанную ORO', причем
наклон линии OR будет тем больше, чем
тоньше левый слой. Если, теперь, в это
время обкладки рассматриваемого
конденсатора получают потенциалы 0 и—V,
то граф напряжения OPN сам по себе
был бы зеркальным отражением в осп
00' первоначального графа OSM. Но в
данном случае ординаты графа OOP-
сложатся с таковыми яге графа ОЕО', так
что градиент в правом слое уменьшится,
а в левом увеличится, и следовательно
перегрузка этого слоя сделается еще
Солее значительною. Таким образом, в
первый момент, пока градиенты не
выравниваются действием проводимости,
левый слой рискует бытьпробитыы. Яс-
пое дело, подобные перенапряжения могут возникать не только в
диэлектрике двуслойном, но и в многослойном; к каждой паре
ограниченных слоев должно быть применено то же рассуждение, при чем
потенциал одной нз внешних границ принимается за нулевой. Такова
например слюда, в которой самая щепкость указывает на листовую
неоднородность. Действительно, исследованиями Роотл доказана
различная проводимость слюды по разным направлениям. Еще более явно
таков же—миканит и другие искусственные слоистые материалы.
Ф п г, 162. Схема двуслойного
поляризованного диэлектрика при
различной соотношении толщин обоих
слогв.Х означает проводимость среды,
угаяопноІІ индексом, it G- градиент в
ней при данном распределении
потенциала. (По Ггюігевллыу).
— 314 —
Обратимся теперь к аналитическому выражению рассмотренного
на схеме. Пусть V приложенное напряжение, ё сила поля или
градиент, Іс емкостный ток, /,, ток проводимости, 1 полный ток, е
диэлектрический коэффициент, у. проводимость, а толщина слоя, с
скорость электромагнитной пертурбации. Пусть далее имеется слоистый
диэлектрик, при чем принадлежность всех вышеозначенных: величин
некоторому слою «-ному будем обозначать индексом при них
(»=1, 2, 3, . . . .)- Тогда в переменном поле
"— " ^ ±-с* (U
Но так как полный ток чрез каждый слой—одіга и тот же, то
Если теперь V в течение некоторого времени, а следовательно и все
(5,„ установились, то
(284) і=*, е, =«, е2 = -/3 е3 =...
Иначе говоря, постоянный или медленно изменяющийся ток высокого
напряжения вызывает в слоистом диэлектрике действие обратив
пропорциональное проводимости слоев и рискует пробить слои наименее
проводящие, особенно, если они тонки. Когда релаксации слоев
различны в силу различия индуктивностей, а проводимости слоев близки
к равенству,, то
(285) ^ = 8, = ^ = ... ,
т. е. в таком диэлектрике устанавливается со временем всюду один
и тот же градиент. Это диэлектрик 1-го типа.
Заряд, прошедший через каждый слой за время т, дается
интегрированием системы равенств (283):
(286) Q=fidT = f*1«1d, + -^eI=^,Mr + ^e1 = ..
ob 'о
Если промежуток времени - незначителен, т. е. если
рассматривается ударное напряжение быстро возрастает, то вторые члены
равенств (286) могут быть пренебрегав мы, и следовательно
(287) гЛ = ^=.---=*,А
Таким образом, при ударе градиенты распределяются обратно
пропорционально индуктпвностям, и наименее рискует быть пробитым
индуктивный слой. Это — диэлектрик ІІ-го типа. Если же релаксация
слоев различна вследствие различной проводимости, при равенстве
индуктивно стей их, то
— 315 —
(2SS) ^ = 8, — ^....,
т. е. при ударе градиенты распределяются всюду равномерно.
Было бы важно найти градиент многослойного диэлектрика как
функцию времени, и притом при переменном напряжении любого
вида, то есть градиент как функцию переменного напряжения. Но в
виду сложности такой задачи, Грюневальд ограничивается лишь двумя
слоями, для чего к (2S3) присоединяет уравнение
(289) Г=а1^1 + Яаеа
откуда
(290) <b = Z=rA-
и
(291) d^=^dG,.
Отсюда получается, в соединении с (283), дифференциальное
уравнение градиента
(292) _^_ + -£-<£, = -*- V.
4ite1(x1a1+«s01)
где
(293)
и
(294) С,= ??•
Интеграл уравнения (292) есть
т
(295) е1=в1г+с1в-^.
Постоянная е1 определяется из условия, что для весьма короткого
времени сила поля дается уравнением (2SS). Тогда
(296) е —f-=l.
Принимая во внимание (288), находим
(297) С1=Ѵ- М*і»*—*і«і)
Сківі+і<аві)(«іві + в»ві)
Добавочный член в (295) исчезает, если
(29 S) 01=0
или если
(299) ^^—^^ = 0 ,
т. е. если равны релаксации обоих слоев. В этом случае
диэлектрик имеет одинаковую крепость при испытании его током
постоянным, током переменным обычных частот и напряжением ударным.
— 316 —
78. Классификация пробойных явлений в зависимостей от времени
нагрузки. Как было указано, разногласия относительно ударного
пробоя возникли отчасти из за неопределенности понятия электрического
удара. Кратковременное переменное напряжение может оказывать
пробойный эффект, слабый сравнительно с нагрузкою длительною не
потому,, что вещество хорошо выдерживает электрические удары, а
по причігне выделяющегося при длительной нагрузке тепла Сименса.
Поэтому, важно условиться, что именно называть электрическим
ударом, и не смешивать его с хотя и быстрой, но все же достаточной для
нагрева, нагрузкою. Согласно определению Грюневальда, ударными
должны называться все напряжения, в которых
йѴ
-(300) ~-г- = 2 000 000 V: see = 2 М V: sec .
Под понятие ударных напряжений попадают напряжения
непериодические и высокочастотные периодические, с частотою свыше 500 пер. сек.
Смотря по сроку нагрузки, можно разбить явления пробоя на
четыре разряда (из них первые три указаны А. Швайгером):
1°, ударная или толчкообразная нагрузка; время ее
действия—порядка от ю-в до ю-3 секунды.
2°, кратковременная нагрузка; время ее действия—между
несколькими секундами и несколькими минутами. '
3°, продолэісителъная нагрузка; время ее действия — несколько ча-
«ов, иногда суток.
4°, долговременная нагрузка, время действия каковой длится
месяцами и годами, то есть—того же порядка, что и полное время
службы данной изоляции.
Обсудим теперь каждый из этих разрядов особо.
79. Пробой ударною нагрузкою. В явлениях этого рода участвуют
непосредственно процессы ионной и электронной диссоциации.
Вышеупомянутое запаздывание разряда наиболее изучено-в
диэлектриках газовых, и тут механизм его наиболее понятен. Чтобы
произошел разряд, необходимо предварительно газу ионизоваться в
межъэлектродном пространстве, а процесс ионизации требует
времени, хотя и небольшого. Существует подобное же запаздывание и в
диэлектриках жидких и твердых. В этом факте надлежит видеть прямое
подтверждение известного и из других данных факта, что
электродиссоциация всех диэлектриков, в том числе твердых, предшествует
пробою. К. В. Вагнер и Гайден, считаясь при этом пробое лишь сростом
температуры, имеют в виду преимущественно пробой напряжениями
сравнительно малыми, при чем для пробоя требуется значительное
время. Но, при напряжении сравнительно большом, диэлектрик
пробивается в срок весьма малый, и тут экспериментатор столкнется с
ионизацией в чистом ее виде іг с запаздыванием разряда.
Подсчитывая крепость изоляции в соответствии с применяемым напряжением,
— 317 —
практика имеет обычно дело с пробоями, подготовляемыми в
сравнительно долгий срок. Но и быстрые пробои встречаются в установках,
при разного рода перенапряжениях с крутым фронтом ударно! волны.
Запаздывание разряда есть одна из причин, почему пробой при
постоянном и при переменном токе совершается при различных
напряжениях, в зависимости от постоянства или переменности поля и„
в последнем случае,—в зависимости от частоты и формы кривой
напряжения. Поскольку отсутствует или мояіет быть пренебрегаемо
рассеяние энергии, в переменном поле от диэлектрика можно ждать
большей крепости, нежели в постоянном.
В чистых диэлектрических жидкостях потерь, как известно, нет;
действительно, в опытах 1915 г. Ф. Коха, масла обнаружили в
переменном поле крепость бблыпую, нежели в постоянном, и притом эта
крепость с частотою повышается. Понятно, чем значительнее частота,
тем кратковременнее действие максимального напряжения и,
следовательно, тем заметнее должно выступить запаздывание пробоя.
Возможно, впрочем, ожидать при каких-то определенных частотах и
пробойного резонанса изоляции, но такового опыта пока не установлено.
В диэлектриках твердых запаздывание, при испытаниях сколько-
нибудь длительных, скрывается рассеянием энергии, возрастающим
с частотою. Если крепость, с возрастанием частоты, замедлением
разряда—увеличивается, а от рассеяния, с возрастанием же частоты,—
убывает, то, ложно предполагать, есть некоторая область частоты,
где оба процесса противодействуют друг другу, тг крепость твердого
диэлектрика оказывается, следовательно, независимою от частоты.
Действительно, по опытам Киицбруннера- 1905 г., пробойность
диэлектриков оказалась почти постоянною, когда частота изменялась от 20 до
75 пер.: сек.
Пробой ударным напряжением, или импульсом,
исследовался в лабораториях Американской Всеобщей Компании
Электричества в 1915, 1919 и 1922 гг. В. Пиком, преимущественно в отношении
воздуха. Ударные напряжения производились помощью особой
установки (ср. фиг. 161 б), которая впоследствии была превращена в
„генератор молний" на 2000 ІсѴ, с разрядного мощностью 10° кЛѴ, при
времени разряда—порядка 1 jisec. А максимальная величина удара
достигается в 0,5 и, sec, что соответствует частоте 500 000 пер.: сек.
(■цт-
Крутизна волнового фронта, т. е. -ѵ^ ? в этих условиях достигает
50.10іа V : sec. Такие разряды происходят наподобие взрывов: дерево
расщепляется, фарфор разрывается на куски и т.д.,—короче сказать,,
они напоминают многократно описывавшиеся удары ыолнип..
Пик изучал коэффгщгіент удара (impulse ratio), т. е. отношение
разрядного напряжения при ударе к разрядному
напряжению в тех'же условиях, но при технической
частоте 60 пер. : сек. Игольчатый разрядник дал:
— 318 —
Итак, коэффициент удара, при иглах (а. также и при других
электродах) возрастает с увеличением пробойного расстояния, т.е. с ростом
области короиообразования. Соосные цилиндры показывают
коэффициент удара отличный от единицы, когда отношение поперечников
пробоНпое рпсстояппо
n cm
2,3
3,35
6,34
10,0
кооффпцпспт удара
1,£
1,35
1,45
1,75
цилиндров >3; а это условие, как известно, соответствует разряду,
предваряемому короною. При разряде между шарами, когда поперечник
их превосходит искровое расстояние, коэффициент удара ft; 1, даже
если удары длятся ~0,l fi see; но разрядник при этом не должен иметь
больших последовательно включенных сопротивлений, например
порядка килома.
При прочих равных условиях, коэффициент удара есть
возрастающая функция крутизны ударного фронта; так, иглы на
расстоянии 3,6 cm дали при 55 000 пер.: сек. коэффициент удара ~ 1, а при
900 000 пер.: сек. он достиг 2,13. Изоляторная гирлянда в два звена
при~500 000 пер.: сек., т. е. при наибольшем напряжении через 0,5 j* sec,
имеет коэффициент удара 1,5. А гирлянда из шести звеньев, с сухим
разрядным напряжением ~ 800 кѴ, была перекрыта одиночным ударом
в 1200 кѴ,. длившемся долю микросекунды. Мокрое и сухое
испытание потребовало одного и того же ударного напряжения.
Жидкие и твердые диэлектрики обычно обнаруживали
коэффициент удара, больший единицы; так, трансформаторное масло,
пропитанная бумага, изоляционное полотно и проч., взятые в слое ~ 2,5 mm,
уже при частоте 200 000 пер.: сек., давали коэффициент удара порядка 2.
Жидкие и газовые диэлектрики, по прекращении удара, легко
восстанавливают свою первоначальную прочность. В твердых же
диэлектриках, даже не пробитых ударом, нередко остаются какие-то
последствия ударного перенапряжения. Если удар повторяется
несколько раз, то эти последствия суммируются и постепенно ослабляют
диэлектрик. В твердых диэлектриках была неоднократно
устанавливаема куыулятивность действия ударных перенапряжений, так что
удар, сам по себе неспособный пробить диэлектрик, пробивал его при
повторении. Вот табличка, относящаяся к ударам, сходным по виду
с волною синусоиды, вершина которой достигается через 2.5 цзео:
— 319 —
напряжение удара
в кѴ,яял.
100
140
15D
155
160
число ударов,
достаточное для нроОоя
160
16
2
1
Таким образом, при уменьшении амплитуды ударов, число
ударов, доводящих изоляцию до пробоя, быстро растет. Это
обстоятельство давало бы благоприятные шансы изоляции сохраниться целою
при ударных перенапряжениях, если бы, однако, многие
перенапряжения не возникали в виде ряда затихающих волн, при чем такие
ряды волн следуют друг за другом повторно.
Открытие коэффициента удара уже нашло себе практическое
применение: Вкстинглуз в 191S г., на основании работ Оллькотта,
построил роговой разрядник, обладающий селективною защитою,
т. е. особенно легко проходимый перенапряжением .ударным.
Показательною представляется зависимость крепости от формы
кривой напряжения. По опытам Бузона І9і9г., не синус оидность
кривой не сказывается на пробое, если испытуемый образчик диэлектрика
мал. Но если емкость составленного с ним конденсатора велика, то
возникает резонанс
обертона, и кривая
напряжения заметно
меняется. Самое
замечательное, это —
обнаружившаяся
большая прочность
диэлектрика при
возросшем таким
образом максимальном
напряжении. Но так
как кривая
напряжения имела очень
заостренные
вершины и максимальные
напряжения
действовали на диэлектрик
очень
кратковременно (фиг. 163), то
С
(301)
Фпг. 163. Инд, принимаемый кривою папряяеппп, когда
пробойник достаточно смог;, 'чтобы возник реэопапс гармоник.
Лробоііпап крепость при таком видя волны оказывается Облі.-
cfj шею, нежели при вол по в меньшим максимумом. (По Р. Бузолу).
в случае искаженной кривой было лишь 1,3, тогда как в случае
синусоиды 1, 56; возможность этого пояснена на фиг. 164. Следова-
I».
У
— 320 —
тельно, если при такого рода сравнительном испытании пробой
произошел бы в очень короткое время, то ббльшая крепость диэлектрика
при испытании волной синусоидиои была бы прямым доказательством
запаздываний разряда; напротив, длительность процесса пробоя
осложняет механизм его рассеянием энергии. Из опытов Буаона не ясно
что именно было здесь
деятелем пробоя.
Обсуждаемые
вопросы имеют значение в
испытании. Обычно
применяется при испытании
электрической крепости
материалов напряжение
переменное. Но оно имеет
некоторые недостатки,
среди которых должны
быть отмечены: 1°,
необходимость значитель-
. ных мощностей,
например, в сотни киловольт-
амперов, когда
испытуемый кабель или иной
образчик обладает
большою емкостью, и 2°,
диэлектрическое рассеяние энергии, осложняющее пробои. Напротив,
постоянное напряжение, с кенотроном на несколько киловаттов, позволяет
избежать этих трудностей. Но полученные с такою установкою данные
не отвечают условиям практики, где напряжение чаще всего
переменно. В виду этого Глйден и Эдаага б 1923 г. рассмотрели
отношение.?; пробойных напряжений, постоянного и
максимального переменного (амплитуда). Они пользовались схемою
кенотронной установки Кулиджа, дававшей при напряжении
трансформатора 71 кѴ постоянное напряжение 200 кѴ. Вот их результаты:
Ф тг г. 164. Пример двух кривых напряжения с сплыю
разнящимися амплитудами F; п Fj.no с одинаковым действу
юшгм напряжением V, Площади жжду осью абсцисс *и
обенш кривыми равпопелпкп. (По 31. Ф. Дэлго).
материал
петролпты (аморфные углеводороды
стекло, в в и до топких трубок. . . .
стекло, измельченное и размешанное
в насту с маслом
'
ъ 0,927
0.927
ъ 1,025
2,46
1,469
0,921
н р и м с ч а п п о
с возрастанием температуры
приближается к Г
значительность »*, всроятпо,
объясняете н большим диэлектрическим
рассеянном
результат кажется спорна мало
понятым, так как такой материал
явно не однороден; однако,
вероятно, что масло Ограничивает іпн-
н.сііпе пптрнопов н тем ослабляет
рассеянно энергии. 11. Ф.
— 321 —
Особого практического значения—данные испытаний
кабельной бумаги; в нижеследующей таблице столбцы I относятся к
бумаге неігроивтанной, а столбцы II—к пропитанной.
И
И
II
II
температура. . ,
среднее значение г . . .
чпело сзоев
среднее значение т . . ,
скорость возрастания
напряжения в и/0:зес
среднее значение г . . . .
250
1,158
1.277
20
1,231
2,036
2
1,857
)
1,861
50»
1,088
в
1,133
1,079
1,644
4
1,646
1,576
75»
1000
1,510
1,092
16
1,027
0,1 ^1
1,067
32
0,947
0,987
1,783
1,531
общее среднее пз всех значений г. .
I
1Д
И
1,773
Итак, отношение пробойного постоянного напряжения к аплитуде
пробойного переменного напряжения, г, у бумаги от пропитки заметно
возрастает.
Другие общие выводы Гайдена и Эдели таковы: 1°, пробой
диэлектрика есть явление івесьма сложное; его нельзя рассматривать
ни как чистый эффект непосредственной ионизации, согласно
прежней теории, ші как один только эффект перегрева, по теории К. В.
Вагнера [84-]. 2°, отношение »■ не есть определенная величина для всех
диэлектриков, а меняется в широких пределах, 3°, у воздуха г—1.
4°, в одном и том же материале г изменяется с его температурою, с
толщиною -и со скоростью подъема напряжения.
Следует заметить только, что законы пробоя при очень резких
электрических ударах и весьма быстрых колебаниях были изучены до
сих пор весьма недостаточно, но во всяком случае явно не совпадают
с таковыми же пробоя, при более пли менее установившемся режиме
и с колебаниями сравнительно медленными. Только последние два
года стали появляться работы по электрическому удару. В 1922 г.
японскими электриками С. Беккю п 0. Танно были опубликованы
результаты исследований над ударным пробоем различных
изоляционных материалов волокнистого состава—различных сортов
продажной бумаги, фибры, продажного лакированного картона. Потребное
напряжение давалось вторичною обмоткою трансформатора, обмотка
первичная коего непосредственно присоединялась к источнику
напряжения. Разряд проходил между сферою и острием. Искровое
расстояние оказалось н е стоящем в прямой связи с пробойным
напряжением.
П. Флоренский.—Диэлектрики.
21
— 322 —
Наиболее тщательно исследовал ударный пробой Грюневальд в
1923 г. Особый интерес придает его работе то обстоятельство, что один
и тот же материал подвергался при прочие равных условиях
пробойным напряжениям, весьма различно менявшимся со временем. Опишем
сперва испытательные установки, примененные в этом исследовании:
о) Испытание постоянным током высокого
напряжения (фиг. 165а). Источником напряжения служил трансформаторе
накаленно-катодным выпрямителем. Трансформатор питался 50-пери-
d
8,lj>
S*
г
о
л
J
А
'■О
й
с* і
ГХ
'&
пс
с=
Z gra
фиг. 165. Схема испытательных установок для получения напряжений разных видов.
(Но Грншевлльду).
одныы током. Полюс с выпрямителем был заземлен, а к другому
полюсу были присоединены два последовательно соединенные
конденсатора и, параллельно с ними, через сопротивление—пробойник.
S) Испытание 50-перподным переменным током.
Установка обыкновенная, пробойник присоединен непосредственно к
трансформатору..
в, г, д) Ударное н а п р я л; е н и е. Тут использована установка
Теилера и Пика (фиг. 165 в, г, д). Источником напряжения слу-
зза —
жила машина влияния, к искровому промежутку которой S
присоединялись два большие конденсатора CL и Сг, каждый емкостью
-SO 000 cm, и, последовательно, две дроссельные катушки Lt и Lt с
водяным сопротивлением Іі между ними; параллельно к нему
присоединялся пробойник F. Таким образом получался контур 3 <7L LL
ВРВПЯ В 10' С£Л
Фиг. 166, Кривые цаиржеяпіі, поучаемых помощью установок, предствнлі'ппых
па фпг. 165. (По Грюиепдльл.т).
3 L3 С, 3, который колебался апериодически или периодически, в
зависимости от затухательного сопротивления It. Кельвиновское
уравнение
(302)
r+an-^+L.c-^^o
показывает зависимость напряжения в этом контуре от времени.
Решение имеет, как известно, вид
<303) Ѵ=и*~*
и может быть представлено или как
(304) У=
' 1_е —е
(для непериодически протекающего ударного напряжения), или
как в
(305)
Ѵ.=
2 К,
-'е
sml
іѴ^-0
(для напряжения протекающего периодически). Здесь
■(306) A — C..L (307) В — С.1І.
21*
— 324 —
Величины С, L, R подобраны были так, чтобы максимум напряжения
наступал в 1,25.Ю-6 сек.; емкостыіробойника должна быть не слишком
велика (2300^320 cm). Ход напряжения представлен на фиг. 16&
кривыми в {непериодический удар) и д (периодический удар). При
непериодическом ударе, напряжение, достигнув максимума, остается
далее на короткое время испытания практически постоянным; при
периодическом же—затухание велико, и через 8,19.Ю~е сек. наступает-
еще один (второй) максимум напряжения, в только 0,7% первого.
е) Прерванное ударное напряжение. Так как
выяснилось, что кроме электрического последействия имеет значение также
время, которое длится электрический удар, особенно когда он
непериодичен, то поэтому оказалось целесообразным делать испытания и
с прерванным до времени ударом. Испытание производится помощью
установки для простого удара (фиг. іббе). Но искровой промежуток
раздвигается несколько более, и параллельно к пробойнику
присоединяется второй разрядник Sit который может постепенно раздвигаться.
Проскакивание искры в St облегчается радиоактивным препаратом.
Ход напряжения в такой установке представлен на фиг. 166 кривою е.
оіс) Конденсаторный разряд. Теоретически можно было
предвидеть, что пробой, при наличии электрического последействия,
должен протекать по особенному, если диэлектрик перед воздействием
напряжения высокой частоты был поляризован в обратном смысле.
Установка для такого рода испытаний представлена на фиг. 165ж: к
машине влияния присоединен большой конденсатор, емкостью
приблизительно 20 000 cm, параллельно к нему пробойник и разрядник F с
дроссельной катушкою на пути. Тогда, при разряде конденсатора,
возникают в контуре колебания, при чем первое колебание дает ток,
обратный проходившему при зарядке через пробойник конденсатора..
Ход напряжения выражается так:
О X
Максимум первой волны мало отличается от зарядного напряжения;
число периодов 20 000 1: сек.; от нуля до максимума напряжение
возрастает в 1,25.10-" сек. Ход его представлен на фиг. 166 кривою ж.
з) Колебания большой частоты. Предыдущее испытание
наводит на мысль, что чистые колебания высокой частоты, без
предварительной поляризации диэлектрика, должны показывать более
высокую крепость. Испытание такого рода проводится
трансформатором Теслы той же частоты 200 000 пер.: сек., как и в предыдущей
установке фиг. 165з. Машина влияния соединяется с конденсаторомClf
к которому присоединяется разрядник Я, с поставленною на пути
его первичною обмоткою трансформатора. Во вторичной цепи, с
параллельно присоединенными к ней емкостью С2 = 20 000 cm,
пробойником F и искровым промежутком S,, возникают резонансовые
колебания.
— 325 —
и) Непериодический удар, приложенный к
противоположно поляризованному диэлектрику. Так как
непериодический удар оказался для диэлектриков испытанием тяжелым, то
г*ооо
izooo
1
а
2ОО0О
/Sooo
/бооо
ічооо
іЗооо
/0000
8ооо
* бооо
9ооо
3000
толщина, пласгннпи в mm.
Ф п г. 167. Пробойное ишіряжеппо в зависимости от толщппы слоя, при электрических
иагруэках различи о го вида. Мадрасская слюда. (По Грюневальду), а Постоянный ток высокого
напряжения. С 50-тн порподдыіі перемсппыи ток. в 1-кратпыГІ непериодический удар, г 10-тн
кратпыіі поперподпчоскнй удар, д Апериодический удар, е прерваппыіі удар, we копдепса-
торпыіі удар, э токи большой частоты трансформатора Тсслы. м удар но предварительно
поляризовалиону в противоположном смысле диэлектрику.
нужно было предвидеть особенную трудность Tes же испытаний с
предварительной поляризацией в противном смысле. Установка этого
испытания несколько напоминает таковую же для простых ударов,
но осложнена добавочным сопротивлением Л, и добавочным
разрядником Sr Сперва диэлектрик подвергается напряжению постоянному.
Когда в 5: происходит разряд, то в &, проскакивает искра, и
диэлектрик поляризуется в обратном смысле. Если емкость пробойника
— 326 —
достаточно мала, а сопротивление It велико, то диэлектрик
подвергается напряжению приблизительно равному тому, что было при
зарядке, но—обратного знака. Опыт показал, что действительно этого
рода испытания наиболее трудно выдерживаются
изоляцией ж подтвердил таким образом теоретические соображения [73].
Помощью описанных установок Грюневальд обследовал слюду,
миканит и отчасти фарфор. Сводка опытов со слюдою представлена на
фиг. 167, причем все завпсимостп пробойного напряжения от толщины
оказались прямолинейными. Исследователь объясняет эту
прямолинейность тем, что повышение температуры (при переменном напряжении
оно было от 20" до 50") не изменяет крепости слюды. Исследование
велось над светлого, а в более толстых слоях—над оливково-зеленою мад-
расского слюдою, которая откалывалась от больших кусков одной
доставки; пробы брались величиною около 120 ста поверхности и толщиною-
0,0і'л-о,07 mm. Наиболее крепкого оказалась слюда в отношении
постоянного напряжения; затем идет переменное поле 50 пер.: сек. п т. д.
и, наконец, на последнем месте стоят удары при предварительной
поляризации обратного смысла.
Числовые данные испытаний мадрасской слюды, отнесенные к
толщине 0,05 mm, сопоставлены нижеследующею таблицею; при этом
указано «половинное время», то есть то время, в которое максимум
напряжения спускается до половины своей величины,—оно может
служить мерою длительности нагрузки.
испытан н я
а
е
ж
я
Род п а г р у а к л
Постоялпый ток высокого
Еапряжеппя
ПеремеппыіГ ток 50
1 вер.: сек
Одпоіфатпыіі", поперподп-
чесвпЙ удар
10-кратпыі'і пеперпол.н<ш-
свий удар
Периодически удары . .
ПрерваплыК удар . . . .
Копдепсаторпын разряд. .
Испытания посредством
трапсформатора Тесды .
Непериодический уюр по
полярпвовашіому в
противоположном смысле
диэлектрику
Іі
ПроСоіі-
иоенапряжение в
0,05
26 300
20 650
11050
8 ВСЮ
13 950
13100
8 800
11000
5 000
Пробой-
пос
напряжение в
ІВІЧ-
100
42,1
33,5
53
49,9
33,5
41,9
19,2-
Пол
овинное время
со
78,6 J.667.10-*
285.10-"
285.10—0
3,07.10-»
7,42.10-»
23,2.10-»
285.10"»
Половпппое
время
относится к:
всему ходу
пеловппе
периода
всему ходу
максимальной величипе
периодов
всему .ходу
— 327 —
Исследование миканита производилось над листами
приблизительно 0,25 mm толщиною. Крепость при постоянном токе опять
оказалась ббльшею крепости при переменном 50-периодном, именно
в 2,5 раза. Замечательно, что такое же соотношение крепости
установлено также и у некоторых других изоляционных материалов,
например у кабелей. В отношении непериодических ударов, крепость
миканита— того же порядка величины, что и в отношении перемен,
ного 50-периодного тока. В переменном поле миканит сильно
нагревается; крепость его при кратковременном действии переменного поля
больше, нежели при длительном, и разница может доходить до 20%-
В виду этого, приводя данные к одной температуре, нужно считать
миканит выдерживающим переменный ток 50-ти периодов лучше, нежели
непериодические удары. Приложенные же к материалу, предварительно
поляризованному в обратном смысле, эти удары оказались еще более
значительно разрушающими. Вот сводная табличка пробойных
напряжений для миканита:
fcs
Род нагрузки
Срсіпяя
пробои пая
крепость в Ѵ:шш
ПостояшіыІІ ток высокого па-
прял;емя
Переменный ток 50 пор.: сек.
Непериодические удары без
предварительной полярпаа-
Шітт
.ІІепсртіОдпчоскпс удары по
поляризованному в
противоположном смысле латс-
рпалу
15050
6S6SO
62400
42900
Наконец, подобные же результаты были получены при испытании
фарфоровых пластинок приблизительно 3 mm толщиною. Опять
постоянный ток выдерживался имя значительно лучше, нежели переменный
50 периодов, а непериодические толчки—хуже 50-ти периодного
переменного тока, при чем эту разницу нужно еще усилить, учитывая
нагрев фарфора теплотою Сименса.
80. Пробой кратковременного нагрузкою. Когда пробой требует
значительного времени, до нескольких минут включительно, то
существенное участие'в этом процессе принимает нагрев диэлектрика, хотя
исходным и тут служит проведение тока, опирающееся на
электрическую диссоциацию вещества. Во первых, нагрев диэлектрика
производится джаулевским теплом. Нагрев этот ничтожен, потому
— 328 —
что ничтожны самые токе (измеряемые ыелли- и микро-амперами); но
проводимость диэлектрика с температурою возрастает, и потому
пронизываемый хотя бы ничтожнейшими токами диэлектрик находится в
тепловом равновесии неустойчивом. Некоторое, несколько лучше
проводящее, в диэлектрике место рискует стать хорошо проводящим, раз
только отвод выделяющегося в нем тепла с самого начала не
совершается достаточно быстро. А во вторых, содействует общему
нагреванию диэлектрика и, следовательно, замедляет охлаждение слабого
его места рассеяние энергии, когда поле переменно. В итоге, это
критическое место обращается в нить, приблизительно нормальную к
поверхностям диэлектрика и пропускающую весьма значительный то,к.
В некоторых случаях, эта нить расплавляется. По наблюдениям
К. В. Вагнкра, если испытуемую на пробой пластинку подвергнуть
большому напряжению, но, не доведя его до пробойного, сиять
нагрузку и пластинку удалить, то, испытывая диэлектрик рукою, можно
заметить сильный нагрев некоторых его точек. Снова нагружая
пластинку, теперь уже до пробоя, исследователь убеждался, что она была
пробита именно в точках, подвергавшихся большому нагреву. С другой
стороны, прямое наблюдение бакелита, возможное при прозрачности
этого материала, в осторожно усиливаемом поле между двумя шарами,
обнаружило, как указывает А. Швайгер, что за несколько секунд до
пробоя пространство между шаром и испытуемою пластинкою
заполняется равномерным свечением; затем, внутри этой светящейся
оболочки вдруг появляется белая светящаяся непрерывная нить, далее
она постепенно утолщается, и наконец на месте этой нити происходит
самый пробой диэлектрика. Отсюда Швайгер заключает, что в этом
месте проводимость диэлектрика стала сравнительно большою.
При значительном числе периодов, частота является
существенным фактором нагревания диэлектрика чрез рассеяние им энергии, и
потому пробой, подготовляемый в течение нескольких минут, весьма
зависит от частоты. По опытам 1904 г. Мосцицкого, стекло теряет
более 50% пробойной крепости при возрастании частоты от 50 до
sooo ~ оооо пер.: сек. Более поздние опыты 1912 г. Лапоѵта установили,
что отношение пробойной крепости, при постоянном напряжении к
таковой же—при напряжении переменном 50 пер.:сек. меняется от
1 до 4, смотря по веществу.
Что частота, при сравнительно длящихся испытаниях,
содействует пробою преимущественно посредничеством рассеяной энергии—
показало исследование Бузонд 1919 г.: диэлектрическая крепость есть
функция величины W, причем
(309) ^Y=шCV^i (где со—частота).
Величина W выражает энергию, пущенную в оборот в течение
секунды в пробойник, и рассеяние энергии есть, попятно, тоже функция
этой величины. Был предположен закон: Пробой происходит при
изменении частоты всегда от одной и той же диэлектрической работы,
— 32У —
пропорциональной тѴ*. Но^этот закон опытом не подтвердился;
функция у (ш Р') оказалась бблее сложною и, как предполагает Бузон,
зависящею от рода диэлектрика п от отношения прободных крепостей
при напряжении постоянном и при напряжении переменном.
Выделяющееся от разных причин в диэлектрике тепло идет
частью на нагрев диэлектрика, частью же на нагрев окружающей среды.
Пусть в 1 сек. выделяется Q калорігй; пусть далее теплоемкость тела
есть с, а коэффициент теплоотдачи а. Предполагаем, что выделение
тепла происходит по.всему объему диэлектрика приблизительно
равномерно и что величины Q, с, а и прочие характеристики диэлектрика
не меняются с температурою. Тогда это искусственное упрощение
задачи дает зависимость между временем t и температурою & в виде
<310)
!) —
Я
Время т, равное--. есть «постоянная времени» данного тела, по про-
Q е — 1
шествии которой температура его Сбудет — .
Функция & возрастает с -, асимптотически стремясь к величине
. Это есть окончательная температура тела (фиг. 163). Асимптота
Q
кривой температуры горизонтальна и расположена тем выше над осью
времен, чем больше, при данном а, величина Q, т. е., при сделанных
предположениях, чем больше
напряжение поля и частота перемен.
Следовательно, некоторая
определенная температура &пробойн,
выражаемая графически
некоторою горизонтальною прямою,
■будет достигнута
диэлектриком тем скорее, чем выше ле-1
жит асимптота кривой темпе- %
ратур, то есть чем больше тепла
выделяется в 1 сек. Для
некоторого определенного значения Q,
означенная прямая сама
окажется асимптотою; иначего^
воря, нужно бесконечное
время, чтобы тело нагрелось до
указанной температуры 8проб.
Если Q окажется еще меньше, то асимптота кривой температур
будет ниже означенной прямой и, следовательно, заданная
температура в данном поле телом не будет достигнута, даже приблизительно.
Так как диэлектрическая крепость зависит от температуры, то
следовательно в данном поле пробой произойдет тогда, когда диэлектрик
В;;у;
Ф і[ г. 168. Зависимость температуры погруженного
диэлектрика от длительности нагрузки яри
различных коэффициентах тепловыделении.
(По А. ШваіігіЛ'у).
— 330 —
Волы
3000
2000
woo
\
э
•S-
а
7Г-
\
О ZO 40 ѲО во 700 1ZO Ser-
»- Прололжптепьность опыта
Ф ч г. 169. Электрическая крепость в
зависимости от длительности лробойпой
нагрузки. (По А. Швліігт.рі).
нагреется до соответственной температуры; пусть это будет &про6.
Значит, пробой либо вовсе не произойдет, либо произойдет через весьма
большой промежуток времени, либо наконец — в короткий срок, тем
меньший, чем больше выделение тепла Джауля и тепла Сименса.
Указанную выше зависимость
(2ST) !}проВ. от т нетрудно перечислить,
в иную, но равнозначащую
зависимость времени пробоя от
пробойного напряжения. Полученные
опытно многочисленные кривые
подобного рода (ф и г. 169), от Кинцвруние-
рл. и до новейшего времени, по виду
своему совпадают с теоретически
вычерченною кривого. Но это
совпадение не может быть полным уже по
одному тому, что характеристики
диэлектрика существенно зависят
от температуры, и это
обстоятельство искажает теоретическую
кривую. Кроме того, предположение
полной однородности диэлектрика
не может сойти п за первое
приближение, ибо, как сказано выше, при известной перегрузке поля
диэлектрик не находится в равновесии устойчивом. Повидимому
сравнительно близкое совпадение кривой теоретической и кривых
опытных должно быть объясняемо статистически, поскольку
неустойчивость равновесия диэлектрика определяется не одною, а весьма
многими случайностями, и в итоге подлежит законам больших чисел.
81. Пробой продолжительною нагрузкою. Действием поля, как
постоянного, так и переменного, диэлектрик пробивается иногда лишь
по прошествии нескольких часов нагрузки. Тут, наряду с факторами
более кратковременного действия, в особенности наряду с нагревом
диэлектрика, принимает участие и так называемое диэлектрическое
утомление. Оно подготовляет диэлектрик меньшей стойкости против
факторов более быстрого действия. Нагрузка, даже сравнительно
малая, может иногда преодолеть крепость изоляции, если действует
достаточно долго. Диэлектрик «утомляется», как иногда «утомляются»
механические сопротивления. В особенности утомительна для
диэлектрика нагрузка, близкая к пробойной. Напротив, если, не доведя
утомленный диэлектрик до разрушения, снять с него нагрузку и
держать некоторое время вне действия электрических сил, то диэлектрик,
как говорится, «отдыхает», то есть вновь восстанавливает
первоначальную стойкость. Этою способностью восстанавливать первоначальную-
крепость «утомленный» диэлектрик отличается от «постаревшего»: при
«постарении», от длительной нагрузки вещество уже не оправляется-
— 331 —
Работа М. Клейнл 1923 г. устанавливает некоторые числовые
данные, характеризующие диэлектрическое утомление. Одножильный
кабель с пропитанною бумажною изоляцией был разрезан пополам.
Одна из"частей на много часов без перерыва,была нагружена
высоким, но не доходившим до пробойного, напряжением. Затем от обеих
частей были нарезаны равной; длины куски (от нагруженной 50 кусков,
а от не нагруженной 40) и подвергнуты испытанию на пробой. Среднее
пробойное напряжение не нагруженного кабеля оказалось 92,05 kV, a
нагруженного S2.8 кѴ. Иначе говоря, перегруженный кабель потерял:
"м10% своей крепости. Один из оставшихся кусков нагруженного кабеля
был затем вновь чрезмерно нагружен в течение многих часов; 20
испытаний с ним дали среднюю пробойную крепость 79,5 KY;
первоначальное ухудшение возросло следовательно с 10% до 13,6%. Затем кабелю
был дан отдых. По прошествии пяти недель оба кабеля,нагруженный и
не нагруженный, были разрезаны на куски и испытаны на пробой, но
разницы в крепости нагруженного и не нагруженного кабеля не
оказалось; среднее же пробойное напряжение в обоих случаях было дая;е
выше, чем ранее у кабеля не нагруженного. Итак, это явление
действительно отличается от постарения, как бесповоротной порчп.
Может возникнуть мысль, не есть ли утомление — эффект
кажущийся, объясняемый просто более высокою температурою
нагруженного кабеля. Клейн устраняет эту мысль, указывая, что: во первых,
нагруженный кабель был после нагрузки охлажден; во вторых,
контрольные опыты с искусственным нагревом кабеля показали
независимость крепости от температуры, в пределах температурных границ
опыта.
Утомление диэлектриков есть явление чрезвычайно интересное,
но изучено оно весьма мало. Очевидно, ери длительной нагрузке
происходит какой-то медленный электронный распад диэлектрика,
понижающий его крепость и облегчающий в дальнейшем пробой.
Несмотря на опыты Ллмсдорфл 1909 г. п Гольтумл в 1914 г.,
диэлектрическое утомление не представляется пока ясным, как неясны и
аналогичные процессы сопротивления механического, с
восстановлением утраченной крепости, с зависимостью ее от окружающей среды
и т. д. Но, в порядке феноменологическом, достаточно известно, что
сопротивляемость строительных материалов разрушительным деятелям
зависит от времени действия последних, хотя бы при этом и необнару-і;и-
валось никаких грубо учитываемых последствий; с другой стороны,
известна способность материалов медленно восстанавливать свою
утомленную сопротивляемость.
Тем не менее, в смысле механизма этих явлений,
медленный ход их достаточно объясняется законом больших чисел и
статистическим характером как разрушения, так и последующего т
ним восстановления. В качестве наводящего вопроса можно спросить
себя, не разелабляются ли при диэлектрическом утомлении
внутриатомные связи у постепенно возрастающего числа атомов? Приняв во
— ІШ —
внимание, что сравнительно слабые удары по атомным электронам
не выбивают иг окончательно из атома, а лишь смещают к новому
динамическому равновесию, например, на новую орбігту модели Вора,
с квантовым изменением энерпш атомной системы, можно представить
себе атомные связи постепенно ослабляемыми от ударов, но ие
уничтожающимися сразу; тогда станет понятною и постепенно накопляющаяся
возможность разрушения атомов, а следовательно — и пробоя
диэлектрика. Таким образом подготовляется ионизация. Квантовым
изменением формы молекул, как было уже указано [64], объясняется
отступление газов большой плотности от закона Пашена.
Следовательно, тем более оснований предвидеть участие этого рода
молекулярных изменений вида в жидких и твердых телах.
82. Пробой долговременного нагрузкою. Наконец, обсуждая
диэлектрическую крепость, необходимо иметь в виду и сопротивление
диэлектрика долговременным нагрузкам, длящимся месяцами и го-
дамп. Это —нагрузки порядка самой службы изоляции. Они могут
быть сплошными пли давать диэлектрику паузы отдыха;—при
напряжении постоянном, как и переменном;—происходить в той или иной-
обстановке. В разных условиях, диэлектрик будет вести себя конечно
различно. Но хорошо известно постаренпе диэлектрика, приводящее
конечном счете к полной его негодности. Процесс этого постарения
не только весьма сложен, но и еще более разнообразен, в зависимости от
рода диэлектрика, качества его выделки, способа и условий его
службы. Точно также и срок службы изоляционных установок может
быть весьма различен.
Б виду этой сложности и этого многообразия, трудно говорить
о постарении вообще и приходится порознь рассматривать
отдельные разряды случаев.
а. Постарение. Прежде всего, следует распределить эти случаи на
постепенное ухудшение в самой толще диэлектрика и на косвенное
ухудшение крепости изоляции чрез изменение ее поверхности, тогда
как внутренние слои ее изменились сравнительно мало. Постарение
диэлектрика в его толще может происходить, во первых, само собою,
вследствие самопроизвольно развивающихся процессов, или под
действием побочных условий, в роде колебаний температуры, действия
влажности, света, толчков и сотрясений, механических деформаций
и т. п. Эти процессы могут быть микроструктурными, как-то перекри-
сталлпзовыванием или выкристаллизовыванием аморфной массы,
расщеплением или отслоением тех или иных форменных элементов
диэлектрика, проникновением в поры и капиллярные каналы влаги и т. п.;
могут быть молекулярными, как например происходящая
полимеризация или деполимеризация, потери пле приобретение молекулами
гидратной воды, переход в новую кристаллическую систему
(например серы), в результате какового вещество приобретает хрупкость
или даже рассыпается, и т. д.; наконец, это может быть химическим,
— 333 —
даже ультра-химическим изменением вещества, ведущим к утрате
ценных его служебных свойств. Так, проводимость свеже-выкристал
лизованной серы совершенно неощутима, но делается заметною, по
мере того как кристаллы распадаются. Эбонит окисляется на
поверхности от действия света и становится поверхностно проводящим.
В некоторых случаях, при неосмотрительном выборе лаков и
изоляционных масел, возможна полная порча соответственных установок:
изоляция зеленеет, потому что разлагается с выделением кислот,
разъедающих поверхность медных частей. Пропитанные льняным
маслом бумага и полотно при повышенной температуре окисляются
на воздухе, и' изоляция приходит в негодность. Уже давно отмечена
необходимость с большою осмотрительностью пользоваться лаками,
содержащими льняное масло, п хорошо охлаждать якорь и статор
машин.
В каучуке и каучуковых препаратах содержится, как
известно, сера; и потому при каучуковой изоляции медных проводов
[необходимо навести медь каким-либо промежуточным веществом,
отделяющим ее от прямого соприкосновения с каучуком. Обычно имеется
в виду возможное повреждение серою медной поверхности; но обсле-
дывающпй с 1919 г. в нидерландском Коникльскоы Институте
Инженеров вопросы каучуковой изоляции фан Россен отмечает, что
означенная наводка необходима также и для каучука: медный контакт
губителен для каучука и материалов на каучуковом основании.
Еще пример разрушения диэлектрика—это растрескивание
стеклянных и фарфоровых изоляторов при прикосновении с
портландскнм цементом, каковым обычно примазываются изоляторы.
Явления эти известны с 1901 г. По исследованию А. А. Блйковл
1922 г., при соприкосновении с толстостенным стеклом, изменяется
не только стекло, но и самый цемент и раствор его. Так, стеклянные
градуированные цилиндры, наполненные цементным раствором, через
3'>-'4 недели давали едва заметные трещины, а в течение года
оказывались совершенно растрескавшимися, при чем внутренняя
поверхность покрывалась приросшими к стеклу кристалликами, сперва
очень мелкими, а затем—до 2~3ют в поперечнике. По химическому
составу они оказались гидратом окиси кальция Са (0Н)3, т. е. гашеною
известью. По объяснению Байкова, известь выкристаллизовывается из
коллоидного раствора, при чем наиболее благоприятное условие
кристаллизации—это ультрамикросконическпе трещинки, образовавшиеся при
производстве толстостенного стекла вследствие неравномерного его
охлаждения. Вот почему тонкостенное стекло, охлаждающееся более
равномерно и, очевидно, не образующее трещинок, не страдает от
цемента. Подобный же процесс разрушения происходит в фарфоре и
других материалах, имеющих нелчайшпе трещины и способных
срастаться с кристаллами водной извести. Отчасти сюда же относится
разрушение фарфоровых изоляторов в приморских странах, изученное
в 1923 г. Э. Сгольваном. Соленые брызги и пыль морской воды, попа-
— 334 —
дая на поверхность изоляторов, способствуют поверхностным токам,
эти последние ведут к более сильному нагреву изоляторов и,
следовательно, подготовляют условия повреждений. Особенно губительны
в этом смысле соли магния, тогда как натриевые сравнительно менее
вредны.
До епх пор приводились примеры процессов, протекающих или
сами собою или действием обычных факторов, которым
подвергается более пли менее всякая вещь на земле. Но, во вторых,
известные процессы постарения диэлектрика могут причиняться, прямо или
косвенно, электрическим полем, при несении диэлектриком его
службы. Действие поля может иметь механизм весьма разнообразный;
главные же, подмеченные пока на практике процессы этого рода таковы:
б. Электролиз. Электролиз диэлектрика в особенности имеет
практическое значение, когда диэлектрик содержит свободную кислоту
или легко диссоциирующие соли и имеет строение, допускающее
ионную проводимость. Напротив, если подвергающиеся электролизу
вещества разбросаны отдельными зернышками, неспособными
перемещаться или сливаться; то вредное действие электролиза может быть
предотвращено или ослаблено. Жидкости,—в роде изоляционных
масел,—в этом отношении могут [быть особенно подвержены действию
поля; вот почему кислотность и содержание солей в маслах, а также
в лаках, не может быть допустима. Понятное дело, с электролизом
приходится считаться в особенности при напряжении постоянном.
в. Температура. Когда диэлектрик находится в службе, он нередко
подвергается нагреву, кале действием атмосферных факторов
(солнечные лучи, горячий ветер) и окружающей рабочей обстановки
(нагретый воздух помещения, лучеиспускание печи, паровых труб,
и т. д.), так и теплотою, производимою электрическим полем. Этот
нагрев в разных отношениях может разрушать диэлектрик, в
особенности если происходят резкие температурные колебания большого
размаха. Так, при разнородности частей, составляющих изоляцию, и
вероятном тогда различии тепловых коэффициентов расширения,
легкомогут возникать механические силы, ведущие к трещинам и
разрывам и подготовляющие пробой. Различие тепловых коэффициентов
расширения фарфора, цемента и железа есть одна из причин
постарения фарфоровых изоляторов, завершающегося пробоем. Отсюда
естественно следуют и предупредительные меры: выработка цементов
того же коэффициента расширения, что и фарфор, например, из
фарфоровой же муки; сюда же относится: возможно ограниченное
применение цемента, запасные свободные пространства для расширения
железных частей, для каковой цели в изолятор вмазывается гибкий
наперсток, или вкладываются пробочные подкладки, коническая
насадка изоляторов и т. п. Отсюда понятно также стремление заменить
фарфор материалами расширяющимися так же, как и железо, что
должно позволить совсем обойти трудность склеек, и заливать
железные части непосредственно в диэлектрик. Литой карболит, плавленный
— 335 —
■базальт равно обладают требуемыми для этого свойствами и допускают
производетво'изоляторов без склеек. Тем же достоинством отличаются
изоляторы из плавленного кварца, но техника производства их пока
не может считаться достаточно разработанною, чтобы соперничать на
рынке с другими изоляторами.
При внутренней неоднородности самого вещества диэлектрика,
перемены температуры еще губительнее. Различные форменные
элементы, расширяясь в различной степени и, при кристаллическом
сложении, расширяясь различно по различным направлениям, неизбежно
расшатывают внутреннюю связность твердого диэлектрика и
следовательно ослабляют также диэлектрическую крепость его. Как
следствие многократных перемен температуры, происходит растрескивание
и разрыхление диэлектрика, расслоение
и расщепление его, если он слоистого
сложения (например: бакелит-бумага,
бакелит-картонмпканит и пр.); как бы
ни были ничтожны эти трещинки
первоначально, длительный процесс
разрушения будет их углублять и расширять, а
затем получатся последствия от других-
процессов, ведущих к тому же концу.
Наиболее страдают от нагревов
лаки. Применяемые во внутренних областях
генераторов, в особенностп при
недостаточной вентиляции, они делаются
хрупкими и потому теряют диэлектрическую
крепость; самое стремление сообщить им
бблыпее удельное сопротивление,
помощью усиленной сушки, может
способствовать их хрупкости, т. е. постарению
(фиг. 170). ФлАЁт, в 1921 г. указавший
приемы испытания изолирующих лаков,
делит лаки на три разряда; способность
их стареть возрастает с номером разряда
и с быстротою сушки. Точно так же,
горячая сушка масел может привести
их к частичному разложению.
г. Холод. До сих пор электрики были заняты преимущественно
старением изоляции от температур сравнительно высоких. Но
несомненно выступает на очередь и соответственная забота в отношении
температур весьма низких. Во первых, электрические линии
начинают проводится через горные цепи и в северных странах; по каково
действие сильных холодов на изоляционные материалы—еще не
выяснено. Во вторых, электрические установки могут быть необходимы в
криотехнцке; и наконец, уже намечаются применения холодотехникн
в установках электрических, например охлаждение линейных про-
кѴ
9
а
■)
в
s
ч
3
г
і
ере пл
Ф и г. 170. Крепость изолирующих
лаков в зависимости от их <шоста-
решія». (По данным Общества
Производства ^пэлектрпческпх
Материалов Тернер п Гоблрт). а дпэлектроль.
б обыкновенный лак, высушенный
при самых благоприятных условиях,
в обыкновенный лак, высушенный
при нормальных условиях, ъ
обыкновенный лак, высушенный при
условиях неблагоприятных.
-^н
N
пч,
\
N
\
S
\
\
^
\
\
\г
ѵ 6 і
ц^
^•*s
\-
\
->
*
л is.
т
— 336 —
водов, заливка трансформаторов жидким воздухом (А. Н. Шдевский
в 192S г.), и т. л. Между тем, доведение диэлектриков при низких
температурах со стороны электрической почти неизвестно, а со
стороны механической—немногое известное показывает, что некоторые
свойства их существенно изменяются от холода, например: резина
делается в жидком воздухе чрезвычайно хрупкою. Тем более,
следовательно, возникнут вопросы о сложных диэлектриках, подвергающихся
многократному охлаждению.
д. Озонированный воздух и онислы азота. Естественно беспокоиться
насчет постарения диэлектриков органического состава. Б
особенности есть место такому беспокойству, когда к органическим
диэлектрикам прилегает воздух, пронизываемый напряженным полем.
Происходящая при этом ионизация воздуха ведет к образованию озона п
окислов азота, вильно действующих на органические вещества в
присутствии атмосферной влажности; in statu nascendi эти газы
обладают повышенными окислительными свойствами и, как показал в
1919 г. Ч. Ф. Гардіінг, действуют на вещества сильнее, чем азотная
кислота. Поверхность изоляторных установок из органических
материалов подвергается, следовательно, этому окисляющему действию,
когда по соседству е нею возникает корона. Если светящийся слой
стелется по еамой поверхности такого диэлектрика и, тем более, если
образуются лижущие языки, то окисление пойдет ускоренно,
включительно до выжигов «елочками». Такие вьигаги начинают ветвиться
и постепенно растут, проделывая проводящие пути на поверхности
изолятора. Поле деформируется, и высокие градиенты постепенно
подводятся к местам меньшей диэлектрической крепости, пока наконец
дело не дойдет до пробоя. Этот процеес может быть очень медленным
но во многих случаях описанные елочки ползут по поверхности
органического диэлектрика,—например, пз конденсационных смол—,
неукоснительно; проходят может быть года, и изолятор оказывается негодным.
Микроскопическое исследование нитрованной выделяющимися
окислами азота поверхности карболита разъяенпло механизм этого
разрушения: поверхность карболптаоказываетсяразбитою на чешуйки
площадью 0,02 mm3, разделенных глубокими трещинками шириною б^^Т^
вид ее напоминает растрескавшуюся высохшую илистую грязь. Эти
трещинки делаются проводящею сеткою, вследствие застревающей
там воды и легко ионизуемого там воздуха. Таким образом, условия
электрических свечений и, следовательно, дальнейшего разрушения
поверхности оказываются подготовленными. Ж. В. Ллпп выяенил в
1922 г., что колебание высокой частоты в 100 000-^200 000 пер.:сек.
не обладают достаточной энергией, чтобы подействовать сразу на всю
толщу фарфорового изолятора. Но, при некоторых дефектах
поверхности, они причиняют иногда своеобразное разъедание поверхности
фарфора, которое может постепенно углубляться в его толщу.
е. Пористость. Градиент поля повышается, и пмеиио в обратном
отношении диэлектрітческих коэффициентов двух сред, когда силовой
4 _ 337 —
поток пронизывает узкий зазор или какой-либо другой формы мало
вытянутую по направлению силовых линий полость в толще основного
диэлектрика. Если полость эта наполнена воздухом, а диэлектрический
коэффициент окружающей среды есть е, то сила поля возрастет в
s раз, сравнительно с таковою же в диэлектрике. Для фарфора это
будет усиление поля приблизительно в 5~7 раз, для бакелита—в s раз.
Ясное дело, в такой полости, не учитываемой обычно при
расчете изоляции, да и не могущей в большинстве случаев быть
учтенною, могут возникнуть непредвиденные градиенты и, подвергаясь
ионизации, воздух таких областей, во первых, сделается проводящим
и следовательно изменится картина поля, а во вторых,—повредится
диэлектрическое вещество. Такие полости, раковины, каналы, зазоры
и поры могут быть вредными и в диэлектриках неорганических, делая
его, при известном напряжении поля и далее, вдруг наполненными
проводящими газами, как это выяснено опытами Вути [64].
Вытекающее отсюда изменение всех четырех основных характеристик
диэлектрика понятно само собою.
В виду этого, одним из технических условий специального
изоляторного фарфора признается, после печального опыта с «изоляторным
кризисом» в Америке, возможно меньшая пористость фарфора,
для чего фарфор подвергается при обжиге остеклованпю всей массы.
Подобный же прием диэлектрического улучшения керамической
массы предложен в 1919 г. П. С. Философовым, применяющим для
изоляторов на среднее напряжение горшечную глину, при обжиге
нагреваемую до остеклованпя и тем теряющую свою пористость.
Чрезвычайная важность вопроса о пористости изоляторного
фарфора повела к предложению многих приемов исследования и оценки
этой пористости. Наиболее точными должны быть признаны приемы
микроскопические и ультрамикроскопические, особенно с применением
фотографии. В 1920 г., Д. А. Ппсли предложил предварительно
выдерживать испытуемый фарфор в растворе фуксина и тем делать
поры более заметными. Но некоторая сложность изготовления
фарфоровых шлифов и необходимость исследователю иметь специальные
навыки ограничивают применение этого способа; такого рода приемы
не вошли в практику. Поэтому пользуются другими; однако все они
имеют существенную односторонность в самом замысле, ибо считаются
лишь с «открытыми порами», т. е. полостями сообщающимися, через
протоки, между собою и с наружного атмосферою. Пористость фарфора
оценивается емкостью таких его пор, полости же закрытые
оказываются неучтенными. Таким образом оценивается лишь так называемая
«открытая пористость».
Емкость открытых пор определяется по весу воды влп иной
жидкости, поглощенной испытуемым образцом при его пропнтке. Однако,
и эти открытые поры представляют трудность: как известно уже из
давних опытов Жлмена, гидравлическое сопротивление капиллярной
трубки с рядом содержащих газ вздутий может быть чрезвычайно
П. Флоренский—Диэлектрики.
— 338 —
велико, а полости, сообщающиеся между собою тончайшими
капиллярами, представляют систему именно таких трубок. Поэтому
трудно обеспечить заполнение всех полостей жидкостью.
Американская литература рекомендует выдерживать фарфор в воде несколько
суток; предлагается также продолжительно кипятить образец в воде
и, еще, выдерживать его в воде под давлением до 150 атмов.
Однако, эти приемы не оказались удовлетворительными. В
качестве усовершенствования их предложено выдерживать
испытуемый образец в весьма совершенном вакууме, измеряемом долями
мпкроатма (т. е. десятыми ртутного столба) п вскрывать выкачанную
стеклянную оболочку с образцом—под водою. Понятное дело, каковы
бы ни былп достоинства этого приема, по своей трудности он имеет
мало данных стать техническим. Наконец, по предложению ЦЭС'а
Центральный Государственный Научно-Техндческіш Институт в
Петрограде выработал иной прием, повщщмому более доступный,—
помощью аммиака. Тщательно высушенный образец взвешивается
и затем выдерживается в разреженной атмосфере і~1,5 cm
ртутного столба пол-суток, затем, при атмосферном давлении, столько
же времени в аммиаке, затем в разреженной до 1-—'1,5 em ртутного
столба аммиачной атмосфере пол-суток и—снова в аммиаке при
нормальном давлении, и т. д. После троекратного повторения этой
операции, образец помещается на суткп в воду, затем вытирается и
взвешивается. Полученный прирост веса характеризует пористость
образца. Смысл этого приема—в жадности, с которою вода втягивается
в пространство, наполненное аммиаком. Однако современные
требования к фарфору настолько строги, что пористость лучших сортов его
слишком тонка для учета этим приемом.
ж. Газовая ионизация. По Г. Б. Шанклпну и Дж. Дж. Метсону
присутствие' окклюдированного газа есть слабое место изоляторов,
потому что происходящие здесь электрические истечения разрушают
диэлектрик. Срок службы изолятора, в котором происходит ионизация
газов, колеблется, до оценке этих исследователей, между шестью
месяцами и шестью годами. В кабелях, изолированных бумагою
пропитанной минеральными углеводородами и заключенных в
свинцовую оболочку, наибольший допустимый градиент есть І9~20 kV: cm.
В кабеле хорошей выделки слой воздуха, прилежащий к проводу,
был в исследованных случаях 0,008 от и 0,003 ст. Пропитанная
бумага с течением времени разрушается. Но обычному химическому
объяснению этого процесса, с его ссылкою на окисляющее действие
озона и окислы азота, Адамс в 1919 г. противопоставил другое, а
именно, что электрическое истечение разрушает изоляцию скорее
механическою бомбардировкою ее; Адамс полагает количество
заключенного в кабелях воздуха недостаточным, чтобы произвести
опасную для изоляции дозу кислоты.
Исследования Кларка и Піереклинл явлений ионизации в кабелях
привели к установке предельной нагрузки, а именно, к максимальному
— 339 —
допустимому градиенту в 1950 "V: mm. Такое требование очень сурово
и опровергается практикою кабелей, с успехом работающих в условиях
гораздо менее благоприятных. Исследование 1922 г. Гехщтлдтерл
приводит к выводу, что вышеозначенное требование объясняется слишком
высоким значением cos? в испытанных кабелях и неоднородностями
их изоляции. Было исследовано несколько одножпльных кабелей;
I, германские 1909—1910 г.г., разных толщин изоляции; II, германские
же 1920 г.; и ІП, голландские 1919 г. Б кабеле I cos 9 оставался
постоянным до напряжений 70 ItV относительно земли; при 60 кѴ,
градиент был в одном кабеле 13,3 kV: mm, а в другом х,Ь кѴ: mm, при
температуре 20°, cos ? был 0,015 и О.Оіі. Ионизации обнаружено не
было. Кабель П предназначен для передачи трехфазного тока в 50 кѴ.
За 6000 часов испытания он тоже не обнаружил никакого следа
ионизации. Диаметр его был 52 mm, тогда как, согласно норме Кларка
и Шереклина, от него'требовались размеры почти вдвое большие (95 mm).
Наконец, кабель Ш был испытан при напряжении 30 кѴ и при
менявшейся температуре. Оказалось, диэлектрические потери
минимальны при рО°. При градиенте 5,7 kV: mm началась ионизация.
Таким образом, нагрузка кабелей могла бы быть весьма повышена
против нормы 1,95 kV: mm; но отчасти этому могут помешать местные
неоднородности кабельной изоляции, как по форме, так и по
химическому составу. Несмотря на меры предупреждения в производстве
у кабелей часто имеются так называемые «теплые точка», суммарное
значение которых в целом кабеле остается незаметным, но которые
подготовляют местные благоприятные условия пробою, раз только
напряжение и температура превосходят известные границы.
з. Обстановка. Увеличение градиента поля и соответствующая ему
ионизация воздуха могут возникать не только во внутренних,
замкнутых или практически отрезанных от внещней атмосферы полостях
диэлектрика, но и в примыкающих к поверхности изолятора щелях,
углублениях и неровностях, если они сравнительно узки. Хорошо
известно явление, когда оказывается коронирующим источником
всякая зазубринка проводника, торчащее волоконце обмотки или даже
приставшая пылинка. Шероховатая поверхность в разных смыслах
неблагоприятна его службе; в частности, наведение карболитовых
изоляторов карболитовым же лаком, образующим с карболитом
сплошную массу, оказалось повышающим качество этих изоляторов.
Напротив, ионизованные газы, образующиеся в мельчайших
углублениях поверхности, вредны: во первых, непосредственно, химически;
во вторых,—как делающие прилегающую к изолятору атмосферу, в
которой они распространяются, бблее проводящею и потому
облегчающие поверхностный, губительный для изолятора, разряд; наконец
в третьих, эти ионы могут делаться центрами сгущения паров и тем
осаждают атмосферную влагу на поверхности изолятора, т. е. опять
способствуют поверхностному разряду.
22*
— 340 —
Диэлектрическая крепость вообще не есть свойство аддитивное,
в особенности прн сложении изоляции из веществ различных. Ввести
некоторую диэлектрическую среду в новый диэлектрик, бблыпей
пробойной крепости, не значит непременно увеличить общую прочность
всей изоляции. Напротив, она может уменьшиться при этом и, во
всяком случае, тогда могут возникнуть благоприятные условия постарения
диэлектрика. Так как мы начали здесь обсуждать некоторые условия
постарения, то следует упомянуть об опытах Э. Р. Волькотта 1919 г.,
выясняющих значение в службе диэлектрика некоторых, на первый
взгляд безразличных и не имеющих прямого отношения к самой
изоляции, второстепенных частей и вообще обстановки, в частности
же—микроструктуры окружающих изоляцию материальных
поверхностей.
Прежде всего, двумя простыми опытами наглядно показывается,.
к&к увеличение диэлектрической крепости среды может
благоприятствовать пробою и как, напротив, уменьшение крепости может
воспрепятствовать этому последнему.
Фиг. 171. Пример ослабления электрической квепостп пзолящш от избытка диэлектрика.
Изоляция системы I слабее таковоіі же системы 1І, а провод пли вязка его, в іеяо
изолятора, 5 шзырь пли иное аааемлепиое укрепление, г добавочная залпвка провода нлп
вязки параффппом. (По Бргвдпге).
Еели шарики разрядника, например у машины Вимшерста,
раздвинуть за границу возможного разряда, то внесение эбонитовой
пластинки в разрядное пространство мояіет облегчить проскок искры,
а стеклянная пластинка—при тех же условиях сама может оказаться
пробитою; однако ясно, что электрическая крепость двух слоев
воздуха, разделенных стеклом, должна быть бблее, нежели одного только
воздуха.
Другой опыт: если меящу острием и диском поместить бумагу
с отверстием, поперечника в 1 cm, то возникает при соответственном
напряжении поля постоянное свечение. Но если бумага прикрыта,
заземленным металлическим экраном с соответственным вырезом, или
просто смочена, то свечение прекращается. Подобным образом Брун-
диге в 1918 г. отметил вредное действие параффиновых заливок на
— 341 —
подвесные изоляторы; избыток изоляции отклоняет здесь силовые
линии, скучивает их и вызывает опасные перенапряжения (фиг.
Независимость облегченного пробоя от избытка несоответственно
введенной изоляции показал в 1923 г. также Мандль, имея в виду
изоляцию трансформатора. Он поставил вопрос: как именно должны
быть электрически уединены друг от друга обмотки высокого п низкого
напряжения. Представим, что обмотки соцентренны и разделены
гильзами из пропитанного картона и слоем масла. Так как
индуктивности картона (гкг=4,5) и масла (еи = 1,8) не равны, то градиент
поля составит только 40% от градиента его в масле. Следовательно
масло будет подвергаться соответственно большему усилию, тогда
как электрическая крепость его как раз менее таковой же—картона. В
■отсутствии картона нагрузка на масло была бы меньшею. Еели
картон заполнит почти весь промежуток, то градиент в масле возрастает
в 2, 5 раза. Иначе говоря, оно может быть пробитым, и тогда картону
придется взять на себя целиком всю нагрузку, на которую он, быть
может, и не расчитан. Отсюда следует необходимость очень
осмотрительно пользоваться сложными изоляциями из разных диэлектриков.
В частности, Мандль отмечает целесообразность применять
картонную изоляцию подразделенною на отдельные слои.
В опытах Волькотта (фиг. 172), слюда, помещенная в поле между
отрицательно заряженным острием и положительно заряженным диском,
расстояние между которыми в этом, как и во многих прочих случаях,
Фиг. 172. Схима установки Волькотта для шяспспня зав ценности пробойного напряжения
■от присутствия посторонних тел. Т трапеформатор, первичное папряямпне которого
регулируется автотрансформатором Та. В рубнлышк, А амперметр, У вольтметр. Коэффициент
трансформации 1000. Іл н 7Ч самоиндукции. Т> вращающимся эбопптовыіі дни: выпрямителя.
Р, п Р2 металлические накладки, Е„ ~ІСЬ iJTs, К,, коллекторы, 5 пекромер, F металлическое
острие рнарядипка, (7 металлические диск, па который накладывается исследуемое вещество.
(По Волькоттѵ).
оставалось неизменно б cm, производит разлпчные действия, в
зависимости от положения этой слюды. Находясь возле острия, она оказывает
действие слабое, наибольшее же—когда находится в расстоянии 1 mm
от дпека; замечательно, что находясь на диске, она действует менее
сильно, чем под ним. Вот табличка наблюдений Волькотта:
— 342 —
напряжение
120 кѴ
123 „■
122 „
65 „
60 „
р asp ид
дуга
V
в
п
пскра
аамсчаппя
слюды пет
слюда возле оетрня
слюда шь половппе расстояния между острием п диском
слюда возле дпска
слюда возло лишь
Точно также, действие меняется в зависимости от вещества;
нижеследующая табличка показывает пробойное напряжение при
веществах положенных прямо на диск:
120 кѴ
,50 „
50 „
50 „
70 „
!І0 „
100 „
118 „
90 „
65 „
Количество диэлектрика, способное понизить разрядное напряжение,,
чрезвычайно мало. Так, в случае пыли, содержащей 20% серы,
получились результаты:
плотность раепродолонпя порошка
в mg:cma
0
0,91
5,74
S,7S
19,14
разрядное нал ряже пііо
в кѴ
130
120
74
60
50
Эта табличка должна заставить задуматься о том существенно
вредном действии, которое при известных обстоятельствах может причинить
изоляции, вызывая тихие разряды, даже тонкий слой пыли, насевший
на окружающие изоляцию предметы. Напротив, вопреки ожиданию,
влажность этой пыли не только не усиливает ее действия, но,
напротив, может его совсем парализовать. 2,25%-иое содержание влажности
в означенной пыли еще не достаточно, чтобы исключить ее эффект;
но 2,91%-ное содержание уже поднимает разрядное напряжение до
его нормальной величины, т. е. полученной когда на диске вовсе не
было пыли. Это взанмопротиводействие влажности и пыли было
замечено во многих случаях. Окись цинка оказалась столь чувствительной
изолецпоппм маат. (gras de dielectriqne) . . .
слюда
сера і
стеклянная вата
лакированный картой
проиускпая бумага
асбест
ннечая булата . .
пдпеспроваапая писчая бумага
краіі стеклянной пластипкн
— 343 —
к влажности, что даже при 1°/0 влажности действие порошка было
незаметно. Следует отметить: лпшь часть диска покрывалась в
опытах этим непроводящим веществом. Омачивание вещества уничтожает
его действие. Вещество должно иметь пористую или морщинистую
поверхность, п атмосфера должна быть суха, чтобы действие было
заметно. Толстая пластинка стекла, покрывающая весь диск, не
только не понижает разрядного напряжения, но, напротив, повышает его.
В сырое время года эти опыты с большинством веществ н е удаются.
Опиеанное явление объясняется,невидимому, ионизацией
воздуха в узких промежутках между диэлектрическими частицами.
Распространяясь, далее, в искровом промежутке, ионизованные газы
облегчают разряд. Влага же, напротив, замыкает капиллярные поры
и препятствует распространению ионов, следовательно ослабляет
проводимости воздуха.
и. Стрикто- и пиэзо-электричесние явления. Из многочисленных
процессов, старящих изоляцию, следует еще отметить явления стрикто-
и шіэзо-электрические. Под первыми разумеются механические
натяжения, претерпеваемые изотропными или псев до изотропными
диэлектриками в электрическом поле и происходящий отсюда прирост
линейных размеров в одном направлении и убыль в других, а
равно—изменение объема диалектиков. Пиэзо-электрические явления родственны
вышеописанным: они происходят в кристаллических средах, при чем
коэффициент изменения размеров зависит от направления
электрической силы относительно кристаллических осей. Пиэзо-электрические
явления обратимы, так что механические силы вызывают в кристалле
электрическое поле и свободные электрические заряды на гранях.
Понятно, что и стрикто- и пиэзо-электрические явления не могут
быть безразличны в службе изоляции. Электрическое поле, при
неоднородности изоляции, вызывает натяжение мельчайших форменных
элементовд иэлектрика и тем расшатывает его внутреннюю связность.
Поле переменное заставляет всю толщу диэлектрика рптмическ,
пульсировать с каждою полу-волного и, повторяющиеся множество pas,
эти пульсации внутренних микро структурных натяжений не могут
не оказаться рано пли поздно угрожающими механической и
электрической: крепости диэлектрика. Так, из пропитанных маслами и
жидкими диэлектрическими составами волокнистых материалов
может быть выдавлена их пропитка, и материал утратит своп
технические качества.
Разрушительное действие пиэзо-электричества особенно обратило
на себя внимание, как фактор постарения фарфора. Остеклованная
основная среда фарфора содержит в себе рассеянные в этой магме п
крепко с нею спаянные кристаллики. В переменном поле, эти
последние расширяются и сокращаются—дышут в ритм электрическому
напряжению поля, и фарфоровая масса внутренно расшатывается и
расстекловывается; по прошествии некоторого числа лет изоляторный
фарфор приводится таким образом в ветхость.
— 344 —
Таковы нркоторые и лишь слегка рассмотренные деятели
постарения диэлектрика. Однако процессы постарения слишком мало
изучены, чтобы перечисленные факторы можно было признать хотя бы
приблизительно исчерпывающими круг вредителей изоляции. Между
тем, теория пробоя не может быть выработана, пока, смысл этих
разрушительных процессов не будет представляться сколько-нибудь ясно.
Единственная сколько-нибудь отчетливая попытка разработать теорию
пробоя, принадлежащая К. В. Вагнеру, облегчает себе дело и
совершенно не считается с этого рода явлениями.
83. Тепловая теория пробоя. Первоначальный взгляд на
электрический пробой уподоблял его м е х а н и ч е с к о м-у разрыву плп разлому
твердого тела. Нигде точно не формулировалось, в чём именно состоит
процесс этого нарушения целости, но повпдимоыу причиною его
считались, несколько недоговоренно, те механические натяжения, которые
возникают в диэлектрике, когда он находится в электрическом поле.
Или, точнее, было смутное представление, что электрические заряды,
находящиеся например на обкладках конденсатора, притягивают друг
друга и раздавливают изоляцию механически; но конечно, при таком
взгляде была непонятна диэлектрическая крепость веществ
механически не крепких. Более позднее толкование привносит сюда понятие
о диэлектрической поляризации и чрезмерную величину
электрического градиента внутри диэлектрической среды считает причиною
местного разрыва этой среды, при чем механизм разрыва оставался
вне обсуждения. Еще далее, это понимание осложняется и уточняется
понятием об ионизации диэлектрика в местах чрезмерно высокого
градиента. По отношению к газам, это толкование разработано и
опытно и теоретически, но жидкости и твердые тела остались в этом
смысле за чертою ионной теории пробоя. В 1922 г. К. В. Вагнер
сделал попытку разрубить узел запутанных соотношений при пробое
твердых диэлектрігков и свести этот, по существу электрический
вопрос, к чисто тепловому: понять пробой, как простое перегорание
диэлектрика вследствие нарушенного п неустойчивого теплового
равновесия.
При испытании на пробой, как указывает Вагнер, диэлектрик
до пробоя сильно нагревается в некоторых точках джаулев-
ским теплом, тогда как остальные сравнительно холодны. При
.этом, пробой всегда происходит в точке нагрева. Но, если напряжение
снято д о пробоя, то нагретое место не отличается по своим свойствам
от мест холодных. Пробой этих нагретых мест Вагнер объясняет
увеличением проводимости диэлектрика при его нагреве, вследствие чего
к нагретому месту усиленно притекает энергия, влекущая за собою
дальнейший нагрев. При известном напряжении, горячая точка
наконец перегорает. Представим себе (фиг. 173) пластинку Р
изолирующего материала, снабженную с обеих сторон электродами. Эта
пластинка не будет обладать одною и тою же электропроводностью по
— 345 —
I,
всему сечению, но напротив, за отсутствием однородности в
материале, проводимость ее будет в некоторых местах выше, чем в
других. Пусть А такое место. Кривая 1 может представлять
первоначальное распределение проводимости в плоском сечении. Подвергнем
пластинку теперь некоторой электрической нагрузке, и ток станет
проходить через нее. Плотность тока будет в А немного выше, чем в
других местах. Изолирующая пластинка будет нагрета током в А
несколько больше, чем
в других местах. Так
как проводимость
возрастает с
возрастанием
температуры, то распределение
проводимости в
пластинке теперь уже
будет представлено
кривою 2, которая
в точке А подымается
над кривого 1. Если,
после поднятия тем-
I
I
о^~
ПРОТЯЖЕНИЕ
Фиг. 173. Мокашшм пробоя, как перегорания слабой точка.
(По К. В. Вагнеру).
пературы в А, тепло, уходящее в окрестности А, будет равно теллу,
в А возникающему, то кривая 2 останется неизменною. В противном
же случае кривая, показывающая распределение проводимости, станет
Н
>Г
^Ѵ
нзПРиіНЕние
Ф іі г. 174 Характеристика
диэлектрика ирп пробое. Точка
Л соответствует наибольшему
достигаемому напряжению У,„.
Касательная ОТ показывает
возрастание тоіш чорез
диэлектрик при во сыт малых папрл-
ікешшх, (По Е,. В, Вагпегу).
''К,
на. прям ение
ф и г. 175. Пробоппое время в
зависимости от напряжения.
(По Е- Б. Вашем).
ф п г. 176. Возрастание
тока с точением времени.
(По К. В. Вагперѵ) .
еще более заостренною. Это может произойти,
в случае неустойчивости кривой 2, если
напряжение поля возрастет; и тогда получится
кривая 3. В итоге получается состояние, представленное кривою 4.
При этом возникающее тепло растет быстрее, чем отводится к более
холодным частям, температура увеличивается очень ускоренно и
подобно ей —проводимость. Так будет происходить до тех пор, покуда
не произойдет пробой в месте А. Таким образом теория пробоя
сводится к рассмотрению тонкой нити изолирующего материала.
— 346 —
Этот процесс перегрева протекает конечно не мгновенно, к
следовательно не мгновенно падает напряжение между
электродами. Пусть на фиг. 174 представлена зависимость напряжения от
времени. Для любого напряжения V, превосходящего пробойный,
находится некоторое время чтг которое должно протечь, прежде чем
произойдет пробой. Запаздывание пробоя объясняется необходимостыо-
скопиться в известном месте диэлектрика достаточной тепловой
энергии. Это требует времени, которое зависит от силы тока через данное
место, т. е. от приложенного напряяіения и от электропроводности
данного места диэлектрика, а также от его теплопроводности и
теплоемкости. Теоретический разбор показывает, что вид означенной
кривой, зависимости напряжения от времени (фиг. 175), один и тот же
для всех веществ, если только соответственно подобраны масштабы
времени и напряжения. А именно: за единицу времени должно быть
взято отношение теплоемкости материала к его теплопроводности, а
за единицу напряжения — пробойное. Фиг. 176 справа показывает
возрастание со временем—тока, проходящего через изоляцию.
Аналитический подсчет приводит к выводу, что вначале возрастание тока
пропорционально третьей степени напряжения; а так как возрастание
тока выражается угловым коэффициентом касательной, то
(311) tga — аѴ\
где а постоянное. Это соотношение проверено опытно.
Теория Вагнера приводит к выводу, что пробой возможен не
ранее, как при условии, что весь путь тока сделался неустойчивым;
хотя бы отдельные участки его и были нагружены чрезмерно, но
такая нагрузка не причинит вреда, пока есть еще на пути тока места.
не перегруженные.
Любопытно, что результаты аналитических выкладок по своему
общему смыслу оказываются в этой теории мало зависящими от тех
или других^частных предположений, как именно возрастает
проводимость вещества с.ростом его температуры; кроме того, пробойное
напряжение оказывается пропорциональным толщине пробиваемого слоя.
Вагнер видит в том и другом положительные стороны своей теории;
но в первом скорее следует видеть слишком большую
приблизительность его анализа, а второе—едва ли действительно подтверждается
опытом.
В переменном поле необходимо считаться при рассмотрении
нагрева пластинки также и с теплотою Сименса.Вагнер принимает
ее приблизительно пропорциональною частоте (которая менялась в
его опытах- от 0 до 500 пер.хек.) и квадрату напряжения. При таких
условиях, пробойное напряжение переменного тока должно быть по
подсчету меньшим, нежели тока постоянного,—если тепловое
равновесие установилось. При низких и средних частотах пробойное
напряжение убывает как линейная функция частоты (см. фиг. 177).
— 347 —
Все эти соображения аналитически проводятся, коль скоро
принято следующее:
1°, с напряясением меняется сопротивление лишь нитевидного
канала, тогда как сопротивление остального диэлектрика от
напряжения не зависит.
2°, сопротивление этого канала есть функция температуры,
причем Вагнер рассматривает порознь зависимости I, П, ПІ,—см. (7fi), (77),
(78).
3°, если напряжение возрастает
медленно, то поглощаемая этим каналом
энерпгя VI равна тепловому потоку,
отходящему от рассматриваемого канала,
и определяется равенством
хѴ
(312)
г*= ре,
где р есть коэффициент
теплопроводности, а 0 температура; когда должно
быть принято в расчет и тепловое
лучеиспускание, то тепловой поток имеет
большее значение, так что
го
■'Л
/л
cfo
45
4
№ а £ 04 '
1<J Wo J l"i
чгстотз-
Ф л г. 177. Пройомпое напряжение в
вішіісшіостіі от часто™.
(По К. 3. Влгпер)-),
(313)
ВОЙ
(ЗН)
Г1=(Ю«,
где
Л.
Основная задача—составить уравнение характеристики, т. е. кри
1{Ѵ, I) — О
связывающей силу току с приложенным напряжением. С этою целью
в (312) вводится сопротивление канала Е посредством закона Ома
*=£•
(315)
Следовательно
(316) |3Q^=F3.
Не делая пока частных предположений о виде зависимости В от Й
мы можем написать
(317) А=^?(в),
где И0 начальное сопротивление, а а (0) есть одинаковая для всех
веществ (надо заметить, эта гипотеза весьма сомнительна)
убывающая функция, при чем
(318)
Итак
(310)
у(0) = 1.
е.?(0)=отг.
I'-f'n
— 348 —
Левая часть (319) означает произведение ординат: кривой <р(Ѳ) и
прямой Ѳ; так как 0 убывает быстрее, чем I/O, то при некотором
значении Ѳ левая часть имеет максимум. Течение кривой G.f (0)
представлено на фиг. 178, с вершиною в точке М. Вершинная
ордината этой кривой не зависит от коэффициента теплопроводности р и
от начального сопротивления В0; поэтому, если обозначить
соответственное напряжение через Ѵт, то
(320)
Ѵт^ЩВа,
При опытном изучении пробойных характеристик, наблюдаемый
ток имеет двоякое происхождение: он слагается из тока через слабое
место и тока через остальную толщу. На фиг. 179 кривая 2 есть
характеристика одной только здоровой части пластинки, кривая 1—сла-
»а.црк>кепче
*~ѵ
Фиг. 178. Течение фуикциіі
Ѳ, ч.(Ѳ) и Ѳ.о(Ѳ).
(По К. В. Влгнерг).
'I1 п г. 179. Характеристика
здоровой части пластины
(Г), слабого места (2) и
вм'й пластины в делом (3).
(По К. Б. Влгттг).
Ф и г. 18Ѳ. Схема пробоя,
когда пдастппа имеет два
слабых места.
(По К. В. Влгнерг).
бого места, а.кривая з—пластинки в ее целом. ЗЗсли имеется несколько
слабых мест (ф и г. iso), то к характеристике здоровых частей
пластинки должны быть присоединены характеристики каждого из слабых
мест. Но, не зная не их сопротивления, ни приложенных к ним
напряжений, мы не в состоянии построить теорию такой пластинки.
До сих пор рассматривалось медленное изменение V и
соответствующее таковому стационарное состояние. Но если Г изменяется
быстро, то тепловое равновесие установиться не успеет, и
следовательно напряжение V может временно превосходить пробойное Ѵт.
Но тогда срок нагрузки до пробоя будет меньшим, нежели при
стационарном состоянии, п очевидно -т тем короче, чем более V: Ѵт.
Каждый момент между 0 и ~т выделяемая энергия /I пли Ѵ':Уі
покрывает тепловой поток ро,в окружающее канал вещество и тепло к~, ,
накапливающееся в самом канале ф теплоемкость вещества). Итак
(821)
P4-*SU^
и
— 349 —
Дифференцируя (315), имеем
(322)
Пусть в начальный момент -0
(323)
Z <!* ??
'.йа' dO dx"
Кроме того, при т = о можно доложить Р = 0, почему (321) дает
(324)
Тогда
(325) ■
(326)
* dT-B0'
/di\ __Ц Ё?
d7^
dxJT-
АД,<
73, при tbz=o.
Иначе говоря, начальный градиент тока или скорость возрастания
его пропорциональна кубу приложенного напряжения (311).
Обращаемся теперь к частным видам зависимости, связующей
сопротивление с температурою. В нижеприводимых столбцах, под
номерами I, II, III, показано, какой вид получают одни и те же формулы
при соответствующих предположениях о видах зависимости
(Ѳ—температурная постоянная).
I
II
III
я
Характеристика
Соответствующее
пробою
пацряли)-
ппе Ѵ,„
Соответствующий
пробою
ток І,„
Л
-*(-!)'
зпачеппе напряжения
л=г°(й+ѳ)'
(327)
1 1 Р
(330)
(333)
(328)
1
'0 \IJSJ -'
(331)
г,„=-
^ѵ^
1±.
(1+«) % __
(дрдв=11ГІН-ЛуІд^
(334)
в-1
2
Г _(1+°) ^/^
" ~ V %
(„р„0=1 7«-y/f)
(329)
F(jiT+FJ>-^0(№i'=o
(332)
й-~1
й-~1
(335)
!,„ = ■
W?
(о-1)
(прца=І, 2„, = оо)
— 350
Соответствующее
пробои
сопротивление Д„,
— V • Т
I
II
Ш
з п а ч е н п е напряжения
(336)
В„І = В9:в^ОМЩ
Пробо п и он папряікеппа
прямо пропорппопальпо
толщине пзоляцпп, а пробой-
пыН ток от этой толщины
не завпспт.
(337)
*-=Ш'*
ЛроВоыпое напряжение
прямо пропорционально
толщине иволяции, а ток про-
боііпьш от этой толщппы не
завпспт. ■
(333)
*»=(==*)•*
(при 0 = 1, В,„ = о)
Пробоііпов папряжеппе п
пробоинып ток зависят от
толщины пзоляцпп.
Значение частоты.
Если емкость канала С, то потерянная в канале электрическая
мощность есть
(339) W=u>CV* cos? =GV\
. Обозначая диэлектрическое рассеяние канала чрез
(340) G = wCcosv
и считая G независимым от температуры, имеем комбинированное
сопротивление Д составленное из переменного омического
сопротивления канала В и рассеяния G -.
^__ B.1/G _ В
(341)
В:
B + l/G~l-\-RG
Поэтому, если I есть слагающая полного тока в канале, в фазе с
действующим там напряжением V, то
V В
(342)
I~l-\-BG
Характеристика
(ГД)
Соответствующий
пробою
ток 7_
(343)
V+VGB0e'~a^'fI+
(344)
7 — ^ 1 I ПѴ
Так как к мало, то
II
(при а = 1)
(347)
ъ-Іу/^-ф,
III
(349)
У,
_. (*-1)
о—1
2
s/
fiBtf-
•[•-(^)'¥]
— 351 —
I
(345)
_tf<l-bB,0/e)
V 4a»(?4i„;i a=G*
(346)
*-*V?(-¥)
линейная функция частоты.
II
(3.(8)
'-Vf(>+¥)
лныенная функция частоты.
Ill
линейная фупкцпя частоты.
Г.
Значение времени нагрузки.
Для достижения каналом температуры 0 необходимо время ~т^
определяемое уравнением:
Время пробоя определяется из условия 0=«>.
I
II
III
,ѳ
А так как
(351). i = fc \ рт
йѲ
V
то следовательно
°б_3і
(352) *„-$[*£ +
-(^)Ѵ,(^)Ѵ.]
полагая
(353)
имеем
№
— г ій »
<•"> —7[(f)W+
+- (f)W+
+..(!)'(*) V,.]
При a s= l
Полагая
Ѳ
(356) ^г = 1,
Та
(355)
t 2_arc sm(-f )
(357)
имеем
^ (Ж)"-А
где
(359) Х=Нг,
при а = 2
(360) т,и=-^==..
Г*. , ^'/^ і
где
(361)
4=41
— 352 —
Соотношения, даваемые уравнениями (362,) (353) в (358)
представляются кривыми, подобными между собою, если за абсциссы приняты
V £
величины =-, а за ординаты—величины -г -„,. Нижеследующая таб-
лица сопоставляет числовые значения вышеуказанных величин.
V
К,
і
і,и
1,25
1,43
1,67
2,00
2,50
3,33
' 5,00
10,00
/Jt„, / к
| за коп сопротивления.
I II
со
5,805
3,133
2,055
1,310
0.823
0,490
0,261
0,1115
■ 0,0274
со
4,625
2,473
1.520
0,965
0,604
0,359
0,192
0,0822
0,0201
III
со
9,26
4,95
. 3,12
1,93
1,21
0,7186
0,3844
0,164-2
0,0403
Величины в столбце Ш почти вдвое больше соответственных
величин столбца II, тогда как величины столбца I отличаются от
таковых же столбца П приблизительно на множитель 1,35. Согласно
этим отношениям, каждая из соответственных трех кривых может быть-
обращена в другую простым изменением масштаба времени.
Следовательно, одними только испытаниями на пробой невозможно решить,.
ТТробойНый предел
ПЕРЕЙДЕН | НЕ ПЕРЕЙДЕН
Фиг. 181. Дробойная характеристика
прозрачного диэлектрика а зависимости от
прпмепеппоіг пагрувкп (точка В). Кривые
слева относятся к предельным пагрузкам, а
справа—к непредельным. Кривая 1 получена
прп росте нагрузки, 3—прп убылп ее, а
3—при вторичном росте нагрузки, по
остывании дпвлектрпка. Несовпадеппе кривых
1 и 3 объясняется частичным
перегоранием слабых мест. Напротив, если нагрузка
не доведена до предела, то восходящая и
нпсходящал точкп между собою практически
совпадают, по и тут пеполпое пх
совпадение доказывает происшедшую порчу
наиболее слабых мест. (По К. В. Вагперг).
О.Ір
r.ltt
Ф п г. 182. Пробоііпал характеристика
гуттаперчи, в зависимости от то.ішппы испытуемой
пдастппка. Как видно, с увеличением этой
толщины вершина проСоііпоіі характеристики
достигается все ранее и подымается; это
значит, чем толще пластппка, тем меньший
требуется ток через псе, чтобы произвести
пробойный нагрев. Справа показала зависимость этого
критического напряжения от толщппы; как
видно, она представляется прямого лпппею.
(По К. Б. ВдгпЕРУ).
— 353 —
нТ
Сила, таил
Ф іі г. 183. Пробойные характеристик»
стекол. (Но К. В. Влгперу).'
L Свинцовое стекло. II. Высоконаавкое
стекло.
сила. токз.
фиг. 184. Пробойная характеристики слюды.
(По К. В. Влгперу).
У,,,^ 12 JsV, * = 0,021, S = Э СПГ-
V
І»
О
10,5 кТ
0,15 si A
0,062 шш
4,5 cms
8,5 кѴ
0,2 .іА
0.025 шш
4,5 ста
какой именно частный закон сопротивления применим б данном
случае. Это потребовало бы особого определения термической постоянной.
К. В. Вагнером и его помощниками произведен в 1914 и 1919 гг.
ряд опытов с деревянным пробойником [69), что позволило снять ряд
характеристик, т. е. связать напряясенне на электродах с сплою
проходящего через диэлектрик тока. Эти характеристики, для стекол,
нѴ
яо/ел
си^та. топа.
Ф п г. 136. Пробиі'шыс характеристики псиона.
(Но Іі. В. Вагнеру).
Всрхплл кривая.
У,» 5,88 кѴ
/,„ 14 u. A
В 0,05 mm
П. Флоренский.—Дчэлектрігкк.
ііліешія кривая.
2,1 кѴ
18 |лЛ
0,02 шш
5
if
6
1
К
о
f
1
j.
(ЙРИЧ
• '
і
Ч.
ч
4
і <
^
ч
S
> л
-.
"""Ч—
\
І '
\
1
а і;
Сила тока.
МЛ
Ф п г. ISO- Пробойная характеристика
диэлектрика из целлулозы. Тут прпмл-
игп дер о вігн и ын электрод, покрытый оли-
БИН1ШШ фольгою. Ѵ,„ = Ѳ,й кѴ, /,,, =
= и.Л, 3 = о,о-: mm, 5 = 5 cm!.'
(По К. В. Вліш-у).
23
— 354 —
лГ
і
«J
3
*
■tt
ч.
a
a
i
a
Г
/
Y
■^
^
г
-~»
■^И—
V
-t.
К
■■
*4-*
-^
-**
*
» у '*- >л
сила, та»a.
Фиг. 187. Пробойная характеристика
вулканизовало іі рѳзігаы, взягоіі в топкой слое-
Бетаь I отпосптся к возрастающему
напряжению, а II—к убывающему Значительное
расхождение пх показывает особенно наглядно
повреждзппость слабых точек при росте
напряжения. Ѵ„, = і кѴ", І,„ =» 0,75 |іА.
(По К. В. Вапгер!-).
КГ
I
9 г
rf
Г 1
4 J
1/
J
Е
2.0 ѴО GO АО «
смял тона.
мл
Ф п г. 188. Пробойная характеристика
промаслен о Іі бумаги. Ветвь I отпосптся к
возрастающему напряжению, а II—к
убывающему. Сплошною лппнею вычерчена
характеристика при очень быстром росте
напряікепня, апупктпрпою—при ыедлеппоы.
Ѵ„ = 5,8 кѴ, І„, = 20 (j-A, В = 0,217 шш,
S = 2,3 сш'.
слюды, целлона, продукта из целлулозы, гуттаперчи, промасленой
бумаги и т. д., представлены на фиг. 181—188. На этих чертежах
Ѵм означает максимальное напряжение, І,„ соответственную силу
тока, S площадь испытуемой пластины, a 6 толщину ее. Как видно
из кривых, рассуждения К. В. Вагнера в значительной мере опыту
не противоречат.
ѴП. Итоги.
84. Гистология диэлектриков и математика. Здесь прошел
длинный ряд наблюдений над диэлектриками. Но, несмотря на
разнообразие и даже пестроту имеющегося опыта, со всех сторон встает
■однако один и тот же вопрос, и невнимание к нему было до сих пор
препятствием к познанию диэлектриков. Вопрос этот—о строении
сред, в которых развертываются электромагнитные поля.
Изоляторы обычно рассматривались или в отношении своих
главных частей, или же в отношении процессов, свойственных
всякому диэлектрику, как таковому. Но большая часть явлений в
изоляторах не исчерпывается этою анашмшю и этою физгюлоішю изоляторов;
при сколько-нибудь внимательном отношении к их службе, находится
неразложимый такими методами остаток, и он ведет мысль всегда в
одну сторону: к тонкому и тончайшему сложению диэлектрика. Эту
область, имеющую предметом части, порядка микроскопического,
.ультрамикроскопнчеекого и, далее, молекулярного и атомного, уместно
будет назвать гиетолошею диэлектриков—изучением тканей
диэлектрика, как сложенного из разнородных форменных элементов и—отнюдь
не безразличной, бесструктурной «среды» электромагнитных полей
Тончайшие каналы и' поры, закрытые и открытые, волокна, слои,
зерна — именно они, как мы имели случай неоднократно
убедиться на протяжении всего обзора общих свойств диэлектриков,
определяют характер диэлектрика и по всем его основным признакам
и по разным частным проявлениям его в службе. Существенна тут
всегда форма таких элементов. Даже условия явно химические
сводятся тоже к форме тех или других молекулярных, атомных или
электронных группировок.
Такие элементы мы называли внутренними пеодпородностями
диэлектрика; но это—потому, что мы не имеем гистологии диэлектрика
и вынуждены отправляться от прежнего понимания его, как «среды».
Не исходя из гистологии, а лишь многократно приходя к ней, т. е.
в основе предполагая диэлектрики однородными, мы выпуя;дались
рассматривать форменные элементы—как исключения, и потому называть
их неоднородностями. Но пора сознать закономерность этих
«исключений» и необходимую структурноеть диэлектриков. Диэлектрик,
33*
- 356 —
как таковое, построен форменно, и понять его поведение в
электромагнитном поле можно, лишь полагая в основу эту его структуру.
Несомненно, изучение диэлектриков вступило в такой возраст своего*
развития, когда исследователь не может обойтись без микроскопа и
ультрамикроскопа, соответственно переработав и приспособив к своим
частным целям уже имеющиеся общие приемы микроскопии. Частично
п по отдельным поводам, диэлектрики исследуются микроскопически
уже в настоящее время все чаще. Но до сих пор не высказано
требования—связно и последовательно провести такого рода
обследование диэлектриков, и потому не сознается безусловная необходимость
иметь, в каждой лаборатории, изучающей диэлектрики и
испытывающей изоляционные материалы, кабпнет микроскопического и
микрофотографического исследования со всем подсобным оборудованием.
Но п использование приемов микроскопической техники есть
только половпна дела,—поскольку видеть можно, лишь имея слова ,
и термины, которыми сознается, уловляется и закрепляется смотрнмое.
Между тем, современная- микроскопия, при богатой разработке своих
внешних пособий и приемов, сама весьма страдает невнятностью своей
речи и не имеет точных и четких терминов для наименования
различных сложных структур. Тем более этот недостаток' надлежит
отметить в отношении диэлектриков. Однако трудно отрешиться от
мысли, что возможно отчетливо проведенное и систематическое
наименование типичных структур, ведущее за собою п ряд заранее
выясненных следствий о необходимых свойствах той или другой
структуры.
Действительно, очень много в этом направлении уже сделано,
и притом с величайшею тщательностью; но оставалось п остается до-
сих пор отвлеченным от познания природы. Четыре ветви
математики или, если угодно, метаматематики, между собою близко
родственные, вычеканили потребные гистологии, нп ею никак до сих пор не
использованные, понятия и подразделения форменных структур. Это:
теория множеств, теория функций и топология (Analysis
situs); сюда следует присоединпть еще теорию чисел, предмет
которой—изучение числа, как формы.
Разные виды множеств, единожды и многократно
протяженных, типы порядка, замкнутость и незамкнутость множеств,
измеримость их п неизыерпмость, мощность, точки накопления и т. д.—вот
чем например должна была бы позаимствоваться от теории множеств
гистология, всякая,—что бы в частности нп было ее предметом. Этого
иода понятия—необходимое орудие науки о тончаіішем строении.
Тогда многие типы структур могли бы быть названы одним
словом, п в нем, в примененном термине, подразумевался бы целый ряд
свойств, необходимо принадлежащих данной структуре.—Затем—
теория функций. Бее этп функции: неаиалвтпческие, функции
непрерывные, но не имеющие в том или другом множестве точек, а
то—и всюду, производной того или иного порядка; функции так или
— 357 —
иначе накопляющие особые точки; функции не допускающие
перемены порядка частного дифференцирования, и т. д. и т. д.—все
эти тонко выработанные понятия лежат до нынешнего дня мертвым
богатством, пли в лучшем случае применяются лишь отрицательно, как
буи, предупреждающие о возможных опасностях.—Далее: аналиу
пространственных отношений в топологии, понятия о
пространствах разных связностей, об узлах, сетях и т. д. и т. д.—как мало
применяются они в познанші природы! А между тем, ведь все эти
и подобные понятия указанных трех ветвей математики, со включением
сюда понятий теории чисел, отвлеченно изучили именно различные
■структуры, п следовательно нельзя не видеть сплошного
недоразумения, когда конкретное изучение структур остается чуждо этим
понятиям. Исследователь обычно даже не подозревает существования
потребных ему орудий мысли, готовых и отточенных острее, чем
-сам он когда-либо сумел бы отточить их; и конкретная наука о
строении, можно сказать, рвет голыми руками п скребет каменным оскол-
-ком. Между тем имеются склады всевозможных режущих орудий
-лучшей стали, не только не использованных, но вдобавок
считающихся у большинства за бесполезные выдумки отрешенной от
действительности мысли. Нет сомнений однако, понятия и термины
современной математики сделаются ходовыми в исследовании
приводы, когда оно займется структурными формами; и эти орудия мысли
станут необходимы исследователю нисколько не менее, чем до сих пор
был необходим анализ бесконечно-малых. Прежде же всего, новиди-
-мому,.об этом использовании надлежит позаботиться науке о
диэлектриках, становящейся на наших глазах наиболее ответственным устоем
■техники.
VIII. Приложения.
85. Виды дисперсности, В виду чрезвычайной важности понятшг
о дисперсной фазе вещества, и в частности в виду важности этого
понятия при обсуждении диэлектриков, как по общим их свойствам»
так и в отношении их производства, приведем классификацию разных
видов дисперсного вещества. Наиболее наглядно различные степени
дисперсности сопоставлены между собою на нижеследующей таблице
Вольфганга Оствальда.
а. Элементарный общий коллоидный анализ.
I. Химически однородные жидкости.
а. Вполне галотропно-неизменные; определенная
точка кипения и замерзания; молекулярная
энергия поверхности.
б. Физические смеси веществ одного
аналитического состава, но различных «телесных свойств»,
как-то точки кипения, молекулярной энергии
поверхности и т. д.; смеси изомерных веществ,
прочно соединенных в жидкости, и т. д.
П. Химически разнородные жидкости.
в. Микроскопически разнородные; составные части
отделимы друг от друга обыкновенным
фильтром; легкое разделение составных частей,
■ например на центрифуге; самопроизвольное
разделение, по большей части уничтожаемое
взбалтыванием.
Нормальные
оюидкожи.
Жзодитер-
соиды, изо-
поллоиды.
Грубые
диоперсиопы
(суспепсиопы
и шулъси-
оны).
г. Оптически, по крайней мере при малых кон- ) Молокулярна-
центрацпях, однородные, хорошо диффундирую- / дисперсные
щие и диализируемые через перепонки. J растворы.
д. Микроскопические, часто мутные; тиндаллевская
реакция дает положительные результаты
(применения николя, чтобы выделить
флюоресценцию); не диффундирующие и не диализируемые,
или плохо диффундирующие и диализируемые.
Коллоидные
растворы.
— 359 —
Б. Элементарный специальный коллоидный анализ.
е. Внутреннее трение существует ббльшее, нежели
таковое же дисперсионной среды; очень легко
' коагулируются электролитами,, именно солями
с многовалентными катионами (например, 1%-
ный раствор квасцов).
ж. Внутреннее трение уже при малых
концентрациях существенно выше такового же чистой:
дисперсионной среды; с температурою оно
изменяется быстрее, чем у этой последней; трудно
коагулируются нейтральными солями, т. е.—
только большими количествами их, например
до насыщения.
з. Электрическая характеристшса:
1. Отделимы капиллярным анализом помощью про- 1 Полооюи-
пускноіі бумаги; выпадают от ионов S-и As2 S3~; ) тельные
солы; электрофоретпческий перенос к катоду, j коллоиды.
2. Неотделимы капиллярным анализом помощью
пропускной бумаги или мало отделимы;
выпадают от гидрата окиси железа-сола; электрофо-
ретически переносятся к катоду.
Уже из этой таблицы, подчеркивающей различие разных видов
дисперсного вещества и преднамеренно методологически проводящей
возможно резкие границы между ними, видна тем не менее полная
постепенность переходов между различными дисперсными системами.
На самом деле постепенность этих переходов делается все более
очевидной. Новейшие исследования 1922 г. Дж. Мак Бена и Ч. С.\ль-
мона установили класс веществ, названный коллоидными
электролитами. Этим противоречивым, на обычный взгляд, названием
обозначаются соли, в которых один из ионов замещен поливалентной ионной
.группой (micelle); она переносит полный электрический заряд,
определяемый ее валентностью и эквивалентностью в отношении
замещаемых ею ионов. Таким образом, теория электролитической
диссоциации расширяется, а отсюда намечен постепенный переход от
обыкновенных электролитов (настоящие солы) и еложных ионов к
типическим коллоидным электролитам.
Постепенность этого перехода хорошо наблюдается на
растворах мыла. Насыщенные растворы мыла содержат только тішые группы
(молионы) и катионы, тогда как разбавленные мыльные
растворы ведут себя как растворы кристаллоидов с нормальным
молекулярным весом. Точно так же, намечен постепенный переход от
собственных коллоидов к коллоидам слабо заряженным и к коллоидам
нейтральным. Исследование велось наблюдением точки росы. Конная
группа образована скоплением кислотных ионов, соответствующих
рассматриваемому мылу, и известного числа молекул воды.
Суспензионные коллоиды
(лшфобные
коллоиды).
Эмульсионные коллоиды
(лиофилъныв
коллоиды).
Отрицательные
коллоиды.
— 360 —
86. Статическая теория электропроводности. Электронная модель
вещества предоставляет два нехода к объяснению электропроводности.
Первый — учитывает работу электродвижущих сил при переносе
электрона в объеме вещества и выведении его за пределы этого
объема; отрыв электронов от атомов признается тут происходящем сам
собою. Другой исход—подсчитать работу на только что упомянутый
отрыв, предполагая затрату энергии на удаление электрона из
вещества несущественною.
Первый путь ведет к формулам классической электроники, а
второй—к соотношению Кенигсбергерл (61); при этом первые относятся
к металлам, а второе — к изменчивым проводникам. Само собою
понятно, такая двойственность подхода к различным телам могла, быть
лишь терпимою, за неимением единого подхода, но и то—пока два
рода веществ представлялись разграниченными достаточно
определенно.
Однако, широкая межа, их разделяющая, постепенно сужалась,
а исследование проводимости сернистых соединений, особенно
сернистого, молибдена А. Т. Влтерманом, показало все промежуточные
виды проводимости между металлическою и изменчивою. Отсюда
понятна попытка в 1923 г., того же Влтермлвл, разработать единую
теорию проводимости, учитывающую как ионную и электронную
диссоциацию атомов пли молекул, так и работу удаления
диссоциированных элементов.
Энергия электрического отрыва есть ?, а энергия удаления
электронов из тела есть і. Пусть теперь 1\ есть потенциал отрываемого
электрона, когда он находится на периферии атома, или, иначе говоря,
потенциал ионизации (его можно уподобить отчасти потенциалу
газовой'ионизации),, а Ѵ3 средний потенциал того же электрона в
пространстве электропроводности. Тогда энергия q, затрачиваемая на
электропровёдение, выражается как
(362) і^іѴг — У,) е = ? —ф.
Нужно думать, <? мало изменяется с температурою и практически
может быть признана независящей от нее; пусть эта неизменная
величина есть аа, Что же касается до ^, то по общим соображениям
термодинамики
(363) і = ф0 + І-ДУ;
сюда нужно было бы добавить еще слагаемое, соответствующее
удельной теплоте электричества, но за малостью оно опускается.
Следовательно,
(364) «=(?,-<№—§-вг-
Такова энергия электропроведения, затрачиваемая иа ток, если
относить ее к одному электрону. Подсчет всего процесса в целом
— 361 —
может быть произведен, если будет известно число участвующих в
процессе электронов. На единицу объема пусть это будет п.
Возникающую при электропроведении диссоциацию Ватермлн
рассматривает по обычным схемам химической динамики. Простейшая
электронная реакция выражается тогда равенством
(365) А+А*+в,
которое означает процесс разложения (или наоборот, воссоединения)
нейтрального атома і на (обратно: из) однозначный ион А* и один
электрон е; а общий случай реакции многовалентной представляется
тогда равенством
(.466) A ^Z Л'' * + ѵ е,
где ѵ есть валентность.
Остановимся сперва на случае одновалентной реакции (367).
Диссоциированные электроны, концентрация которых пусть будет С\.,
взаимодействуют с образовавшимися ионами, концентрации С+. Если
теперь концентрация нейтральных ионов есть С, то, по общему закону
взаимодействия химических масс,
С. ѵ С,
(367) j0gL±-g^ = fc.
Обозначим через N полное число ядер в единице объема
рассматриваемого вещества, а через п число свободных электронов в
единице объема. Тогда C^_=Cf = n п C=N—n. Поэтому (867) дает
(366) log^l- = 7.-,
откуда
(369) п = А в* (— 1 =!z)ІТ+4ЖРГ).
Это соотношение имеет силу при всех температурах; но если не
■считаться с состоянием сверхпроводимости, то N велико в сравнении
с е*, и потому (369) дает:
і_ &■
.(370) : n = N-e'\
Это соотношение может быть раскрыто, если показать, к&к именно
зависит к от температуры и основных электронных характеристик
вещества <э и <]>. Известно из общей термодинамики, что к
удовлетворяет дифференциальному уравнению
где q есть средняя энергия, отнесенная к атому, идущая на реакцию
и уже указанная в (362) и (364). Подставляя значение q из (364) в
(371) и интегрируя, Ватермлн находит:
(372) * = -^А_|]0„Г+с(Ш31,
— 362 —
тут f0 и ф0 не зависят от температуры и характеризуют вещество и
его строение. Принимая во внимание (370) и (372), находим
(373) п=Л1РТ 4е 2ВГ .
Это уравнение считает N независящим от температуры.
В классической электронной теории электропроводность дается
равенством
(374) «=-£|ІІ=,
2\/ЗшІИ'
где I средняя длина пробега электрона, a m его масса. Принимая же-
во внимание (373), находим:
(375) * = A'NT 4е 2IU\
к
где коэффициент
(37Й) , Д<= А*'1
2\/3mR
Удельное же сопротивление р будет:
1_ _5 W_2"J^
(377) p = CN 2 V 4 е"8К7' ■
Подобным же образом, принимая во внимание. (366), Вдтермлн
выводит соответственные выражения для реакций многовалентных.
А именно:
1 * 13 (ft -%)
(378) н = (ѵ^(ч + 1)е(" + 1}-Л(ѵі?)(-' + 1)Г 2(-' + 1)е(ч + 1)^2'.
_j__ І-- + 4) (ft - фо)
(379) х = А,(уАт)Іч + 1)Т ^С + ^в (- + 1) R2-.
L_ JHilI to-»
(380) р=С(ѵ2Г) (v + l)2'2(v + l)e(v+l)Rr]
где
(381) ^--ЙГ ■
' Итак, по этой теории, от валентности элемента зависит его
проводимость. Так например:
(382) одновалентная реакции (ѵ= і) р гу '/' е
1,00 (5.-і,)зііт
(383) двувалентная реакция (ѵ = 2) о ^ Т е
0.Е75 (х _ J,Л 4ПГ
(384) трехвалентная реакция (ѵ = 3) p^J' -e
0,800 (b_iUSBT
(385) четырехвалентная реакция (ѵ = 4) р"" Т е
И Т. Д.
— 353 —
Во всех этих случаях удельное сопротивление и абсолютная
температура связаны функциональным соотношением вида
ь
(386) p—Cl*^,
где С, а и Ъ характерные постоянные вещества. Эта формула
относится ко всем твердым телам при постоянной электродвижущей силе
и постоянном давлении; исключение, может быть, составляют только
сплавы. У наилучших проводников, т. е. металлов, а близко к
единице, Ъ : Т при обычных температурах мало, так что сопротивление
почти пропорционально абсолютной температурь. При низких
температурах, Ь следует считать отрицательным, потому что сопротивление
стремится с уменьшением температуры к нулю экспоненциально.
Показатель степени Т при всех валентностях приближается к
единице, а малая и отрицательная величина 5 объясняется тем, что ?,_,
слегка меньше і0: потенциал между атомами меньше, чем. н а их
периферии.
Дурные проводники, вроде селена и бора, а также многих
сложных соединений, имеют Ь большое и положительное, так что
степенной множитель Т" значит мало, а сопротивление вещества падает
экспоненциально по мере роста температуры. У таких проводников »
значительно превосходит 4; потенциал между атомами больше, чем
в самых атомах.
Наконец, существуют еще промежуточные вещества, как кремнип
и германий и некоторые сложные соединения. При температурах
сравнительно низких, проводимость их подобна таковой же дурных
проводников; с ростом температуры сопротивление падает, достигает
наименьшего значения и затем возрастает,! уподобляясь сопротігвленшо
металлическому. В таких телах («„ — '!„) положительно и имеет среднее
значение, а а близко к единице. Формула (380) предуказывает
наименьшее сопротивление при температуре
Если 9о<^о. то сопротивление не имеет минимума (не считая
недостижимого, по третьему закону термодинамики, абсолютного пуля);
это — случай металлов. У дурных проводнпков <р0 значительно
превосходит б0, фѵ у<Ь0; это значит, температура наименьшего
сопротивления очень высока и превосходит точку плавления. Полиморфизмы
и другие перемены строения влекут за собою изменение характерных
постоянных.
Ватермдн проверял найденные им соотношения существующими
опытными данными. Щелочные металлы дают, нужно думать,
реакцию одновалентную (365); металлам же щелочно-зелельным
свойственна реакция двувалентная (366), с ѵ = 2. Те и другие вполне
подтверждают теоретические соотношения (377) и (380), с точным
— 364 —
приравниванием а единице. Но при дальнейшей опытной проверке
могут встретиться некоторые трудности, которые должны быть
оговорены заранее: электронные реакцпи (365) и (ЗЙб) до спх пор
рассматривались по схеме обычных химических. Однако, тут не может быть
полного отождествления, и валентность в электропроводности, вообще
говоря, не равна таковой же в химических соединениях,—кроме
случая щелочных металлов. Атом твердого тела ведет себя в отношении
электропроводности—как если бы он был газовым, и допускает
последовательные диссоциации вида
(Ж) Л ->- А* + е, А* -*- А** + в, А~* -+■ А*** + е и т. д.,
покуда атом не потеряет наибольшего возможного ему и
определяемого его наибольшею валентностью числа электронов. Поэтому,
всякий раз, когда химическая валентность больше единицы, надо
ждать значений а промежуточных между соответствующим единице
п соответствующим этой наибольшей валентности. Кроме того,
электронная диссоциация может осложняться: строением отдельных
атомов, если они дают облегченный выход дополнительным электронам,
и-—молекулярным илп междуатомным строением, когда в известных
случаях там застревают внешние электроны. Но, несмотря на эти
осложнения процесса, и более простые теоретические выводы
достаточно подтверждаются опытом. В частности, сверхпроводимость
металлов [25] рассматривается здесь как полиморфическое преобразование,
с изменением знака у разности (»„—і0). Потенциал междуатомных
пространств в металлах выше такового же пространств внутриатомных;
значит, электроны проводимости проходят здесь через атомы, а не
между ними. В дурных же проводниках пути прохождения
электронов пролегают через междуатомные пространства.
Ватерман выводит еще одно следствие из своей теории. Функция
60 должна быть тождественною функции термионической (в теории
-этого рода явлений ее обычно обозначают Ф0). Ватермлн
предполагает, кроме того, тождество своей функшіи <р0 с энергетическою
функциего фотоэлектрической эмиссии (в соответственной теории она
тоже обозначается Ф01. Иначе говоря, по.Влтермлну, при накале
испускаются лишь свободные электроны, а от светового возбуждения'—
электроны, связанные с атомом. Независимость фотоэлектрического
испускания от температуры делает такое предположение наиболее
естественным, хотя оно и не общепризнано. По обычному объяснению,
рост электропроводности под действием света объясняется
присутствием в веществе фотоэлектронов; по новой же теории нужно ждать,
что анергия атомной ионизации должна изменяться, когда атом
поглощает лучистую энергию резонансовой частоты. В таком случае
в0 в среднем должно уменьшиться; а потому, когда (?„ — 60)
положительно и велико и экспоненциальный множитель имеет преобладание,
то проводимость должна возрасти. В металлах же, при обыкновенной
— 365 —
температуре этим множителем можно пренебречь, если только <?0 не
слишком изменилось; и следовательно, металлы не должны заметно
изменять своей проводимости от действия света. Но при очень
низких температурах следует ждать ѳлектро-фоточувствительности и
металлов.
Таковы основные черты теории Ватермана, Он дает также
количественную поверку своих выводов, и вычисленные величины близко
совпадают с измеренными непосредственным опытом.
87. Библиографические примечания. Предлагаемые здесь
примечания имеют задачу главным образом оправдательную и
пояснительную, но ничуть не притязают на хотя бы приблизительную полнот),"
библиографических сведении. При этом, ссылки делаются почти
исключительно на новейшие работы, тогда как все остальные нетрудно
отыскать в любом справочном издании. Принятые сокращенные
обозначения многократно упоминаемых журналов перечислены ниже.
Порядок в указателе таков: в первом столбце стоят страницы,
'к которым относятся примечания, во втором, жирными цифрами,—по-
мера соответственных параграфов; далее идет фамилия автора,
название журнала—жирным шрифтом, число, месяц и год; том, волюм или
год издания — косым шрифтом; далее — номер, или тетрадь или
выпуск, и наконец страница. В тех случаях, когда приводимый: автор не
был упомянут в тексте, делается иногда краткая заметка о
содержании работы. Сокращения же таковы:
Эл
ТиТб П
ВОФ и ЭІИ
Техн Св
Phys Вег
Z f Ph
Phys Z
An Ph
BBCM
El Set
Af E v
Z f teohn Ph
ZfangwChem
IdTuT
ETZ
RGE
J de Phys _
Ann de Phys
CR
Phil Trans
Phil Mag
Phys Rev
Электричество.
Телеграфия и Телефония без проводов.
Вестник Опытной Физики и Элементарн. Математики.
Техника Связи.
Phvsikalische rierichtc.
Zeitschrift Шг Physik.
Physikalisehe Zeitschrift.
Annalen der Physik.
Brown Boveri Go. Milteiliingcn.
Der Elektrisrhe Betrieb.
Arohiv Шг Elektroici'hnik.
Zeitschrifl Шг technische Physik.
Zeitschrift fiir angewandte Chemie.
Jahrtiufih der drahtlosen Telographie und Telcphonie.
Elektrotechnische Zeilsehrift,
Revue Gerirrale de I'Electricito.
Journal de Physique.
Annalcs de Physique.
Comptes Rendus.
Philosophical Transactions of Hie Royal Society of'London.
Philosophical Magazine.
Physical Review.
— 366 —
El W Electrical World.
El Rev Electrical Review.
El J The Electrical Journal.
J A f E E Journal of the American Institute of Electrical Engineers.
G E R General Electrical Review.
Electr The Electrician.
J Frank Inst Journal of the Franklin Institute.
101 21 A. Biiltemanu. В Bet, 29 авг. 1923, 21, № 16, 182—3.
11 > 3 ^ On же. Z 1 Angw Chem, 15 полб. 1921, 34, № 91, 565—S; 18 полб. 1921,
12 J 41 № 92, 573—8.
On же. Helios, 1921, 27, .V 34, 401—4; № 37, 413—8.
Hi 3 Alfred Schob. ETZ, 24 авг. 1922, 43, 1086—8. (Сводвыс таблицы электр.
крепости, составленные по поручению Союза Гермапск. Электротехп.).
К. "Wernicke. Die Isoliermittel d. Elektrotechnik. Braunschweig, 1908.
V2 3 A. Schwaiger. Lehrbuch d. elektriaclieo Festigkeit d. Isoliermalerialien.
Berlio, 1919.
W. Demolli. Die Materialpriifuiig d. Isolierstoffe d. Elektrotechmk.
Berlin. 1920. 2-te Aufl.
K. W. Wagner. ДІЕ, 1914, 3, 67,
A. Matthis. Bui de la Soc. Beige des Electriciens 1922, 36: лпв.—февр.,
26—34; март—апр., 64—73; май—пювь, 117—29; июль, 145—55.
(Классификация п обзор изоляционных материалов).
Frank F. Fowle. Standard Handbook for Electrical Engineers, 1917,
4-& ed. (В части, p. 294—физическая классификация диэлектриков).
Schering. Die Isolierstoffe der Elektroteclinik. Berlin 1924.
J. H. Dellinser and J. L. Preston. Techu. Papers оГ the Bureau of Standards,
июль 1922, ,\» 216, p. 561—627. (Свойства лпетоватых изоляционных
материалов с копдепсадпоппимп смолами).
1j 5 Л. Горев. Электрификация Фрапцпп. Гос. Изд. 1922.
А. А. Горев и Е. II. Горева. Современные высоковольтпые устаповкн.
Изд. Главалектро. М-> 1923. (Статпстпчсск. сведения о росте передаваемых
напряжении].
W. W. Lewis. QER, 25, JS 10, 632. (Рост передаваемых напряжении).
Т. Cheron. RGE, 5 июля 1924, 16, .\« 1, 11—25 (тоже).
B.-G. Lamme- Proc ДІЕЕ, япв. 191S, 37, 1—21; реф. RGE, 30 мар. 1918,
3, 465—8. (История роста частот).
J. Е. Woodbridge, Harris. J. Ryan and J, C. Clark. Proc ДІЕЕ, япв. 1917,
36, 57—60, 61—76, 77—90; реф. RGE, 16 пгодн 1917, 1, № 24, 943—7.
18 G J. E. Whitehead. MIEE, шопь 1923, 42, 618—22; реф. RGE, 26 апр. 1924,
15, № 17, 770 — 1. (Доклад, представленный Нацпопалышму Совету Исследовании
Комиссией по диэлектрикам Дмсрнкапского Института Инженеров Электриков, о
направлении изучения диэлектриков).
19 В El Rev, Chicago. 4 авг. 1017, 71, 188; La Bavue Elactriqim, 1916, 388
реф. RGE, 9 февр. 191S, 3, Л» 7, 48 D. (Призыв к изучению дн электр и коп и
указание па иедостаточность знания их).
W. Kast. (Электрическая анизотропия лиідкпх кристаллов). См. прим. к
стр. 109, 35.
Ч. Ф. Бя.юбржескпй. Поппзацня жидких и твердых диэлектриков.
Уииверс. Изв. (Киев), 1912, май Уя 5, 1—34; сентябрь № 9, 35—126.
II. II. Косопогов. К вопросу о диэлектриках. Киев, 1901. (Кппга,
критически рассматривающая методы измерений).
G. L. Addeonrooke. Phil Mag, мар. 1023, Г6| 45, Л= 267, 516—25.
J. R. Weeks. Phys Rev, апр. 1922, 19, 319—22 (индуктивность 18 образцов
слюды).
Cohn irad Aions, Wied. An., 1888, 33, 15. (Первое определение
диэлектрического коэффициента воды).
А. Свпрскпй и Хощппскпн, Цеппек, Гак п др. — О значении ипдуктпв-
постн слоев земной коры в распространении электромагнитных волп; см. прим.
к стр. 82, 28.
24 8 Thornton. Phil Mag, 1910, p. 390. (Молекулярная теория полярпзоваппых
диэлектриков).
21і
21
22
23
7
7
7
7
— 367 —
26 9 xnorason. Phil Mag, 1893, 36, 320.
Nernst. Z Phys Chem, 1S97, 13, 530.
R. T. Lattey. Phil Mag, [6], шопь 1921, 41, № 246.
29 10 Gottlieb Adler. Sibungsber. K. flkad. Math.-Naturwis. CI, дек. 1890, 99,
№ 10, Abt Ila, 1044—1049. (Одно следствие Цунссопо-Мосоттпсвскон теорпп).
31 10 Elmer A. Harrington. Phys Rev, дек. 1916, [2], S, 5S1—94.
33 10 Jean Billltzer. Sitzungsberichte K. Akad. Wien. Ill; Phys Z, 1903,
4, ■№ 9, 261-2.
40 13 Adams. Phil Mag, дек. 1911, 889—900; Он же: J de Phys., 1912, 3, 65.
Adams and Heaps- Phil Mag, 1012, Id, 507; реф. J de Phys., 1012, [S|, 3,
1027.
40 13 Bedeau. CR, 17 июля 1922,175, 147—S; CR, 6 фсвр. 1922, 174, 380.
(Ртутный nap).
KarolQS u. Fiirst Reuss, Phys Z, 23, 362; ETZ, 8 дек. 1921, 43, 1328
(Измерение емкостей 0,001~10[iF с ошпбкою 1%)-
В. Gill. Radio Review, септ. 1921, 2, 450—4. (Измерите индуктивности
газов методом бясппй).
40 13 G. Falkenberg. An Phys, 1920, 61, 145.
41 13 Satyendra Ray. Phil Mag, июиь 1922. 43.
43 14 L. G. Jackson. Phil Mag, март 1922, 43, 481 — 9; реф. RGE, 17 июня
1922, 11, j\° 24, 90. (Индуктивность эфпров при низкой температуре мало
зависит от кислотного радикала).
45 14 Reinganum. An de Phys, 1903, 10, 334.
On же. I de Phys, 1903, [4|, 2, 45S.
On же. J de Phys, 1912, [5J, 3, 410.
P. Debye. Phys Z, 1912,13, 97—100; реф. 1 de Phys, 1912, (5], 3,2o5—6.
W. Pauli jr. Z f Phys, 1921, 6, A» 5—6, 319—327.
(Выводится формула;
3 e —1 /1 |J \
(389) ЪТ+а=\Т5? + АГ'
где [д. момспт диполя, Т абсолютная температура, йг число молекул в 1 сгаг,
А копстанта независимая от Г).
46 15 Н. С. P. Weber and Р. С. McKey. J Fran Inst, септ. 191S, 186. 374—
376; реф. RGE, 17 мая 1919, 5, Л 20, 718.
48 1G J. Herweg. Phys Z, 1920, 21, 572.
Aug. Frigon, CR, 22 мая 1922, 133S—40.
48 17 R. Wilde, Z f Ph, 1923, 15, № 6, 350—7.
J. Herweg Z f Ph, 1923, 16, № 1, 23—S.
On же. Z I Ph, 1923, 16. № 1, 29—33.
B. Gudden u R. Pohl. Z f Ph 1920, 1, 365. W. Molthan. Z I Ph 1921, 4,
262; 5, 284. F. Schmidt. An Ph, 1923, 70, 161—98.
52 18 Maxwell. A Treatise on Electricity. Vol. 1, § 52.
II. И. Косопогов. К вопросу о диэлектриках, Киев 1901, стр. 9, 4. (О
понятии диэлектрика).
Термин conductor, т. е. проводник введен впервые Desaguliers — Ріііі
Trans, 1739.
55 19 Рассуждение, отчастп подобное развитым в тексте, сделал Emil Kohn,
Wied. An., 5S, 454, Их повторил затем кп. Е. Б. Голицын в своих
„Наследованиях по математической физике", Ч. 1 (Уч. Зап. Иип. Моск. Ун., Отд. Фпз.
Мат., Вып. 10, М., 1893, стр. 47—50). По, несмотря па покушения А. П.
Соколова и Л. Г. Столетова („Суждевпе о диссертации кп. -Голппыпа
„Наследования ет.і" п „По поводу «Изыскашііі» кп. Голицына" в Уч. Зап. Иип. Моск. Уп.,
Отдел Фпз.-Мат., Вып. 11, М., 1S94, стр. 14, 21 — 2) п уклончивое
непризнание П. А. Некрасова („Термодинамика п электричество ", тан we, стр. 13), ос-
повпая мысль Копа остается правильною,.и пужпо только удивляться, как п до
спх пор обратную мысль шшіо встретить в учебпнках. Вновь Е. Kohn вер-
пулея к обсуждению индуктивности металлов в своей статье „О Максвеллевскоіі
теории" (Phys Z,' 1902—1903, 4, 619—24).
62 20 F. Sanford. Phys Rev, авг. 1018, [2], 12, 130—5.
Elihu Tomson, GER, июль 1922, 25, 41S—21.
Mc Clelland and power, реф. RGE, 23 пояб. 1918, 4, № 21, 161 D.
E. Schaw. Proe Royal Soc, 2S июля 1917.
Hickinbottom. Реф. RGE.
II. F. Richards. Phys Rev, авг. 1923, 32, 123—33; реф. RGE, 8 мар. 1924,
15, .\i 10, 89 D. (Э л о в т p и ч e с т в о при соприкосновении твердых
диэлектриков. Ричарде поставил задачею: выяснить, возможно ли дать
теорию контактных зарядов, охватывающую зараз диэлектрики а аіетазлы. Опыты с
— 36S —
флп нтглассом п сталью показали пеаавпспместь заряда прл трепни от степепіт
трения, лпіпь бы мог установиться совершенный контакт; по этот заряд пронор-
. цпопалеп поверхности со при косно вепня. Заряд пе изменяется такясо от понпза-
шш воздуха, попавшего мккду поверхностями н проппзанпого сильными гс-лучамп;
заряд пезавпенм такие от длительности сопрнкосповепня, продолжаем агося до
семнадцати часов. Так как воэппктпн прп трепші двойной слон пе
воссоединяется, то следовательно здесь возникает эффект Вольты; едппственшш основная
разппца трибоэлектричества п коптактпого электричества заключается в чпеле
соприкасающихся точек, бблыпем при трепнп. Есдн сонрн касаются вещества 1 и
2, с дпэлектрическими коэффициентами е, и ег, то контактпып заряд Qu на 1 сша
поверхности вычисляется, но крайней мере с точностью 14%, из соотношения:
(390) Q,e = с (ч ~ ЪУ,
тут с есть положительная постоянная, равная в электростатических единицах, в
среднем 4,43. Применительно к случаю сталп и флпнтгласса, надо принять
дпэлектрический коэффициент сталп £,=3,1. Этот результат согласуется с эле-
ктросмотпчеевпм измеренном Когспа. Ричарде изучал действие сдавливания
ва аморфный днэлектрнк. С этою целью были взлты каучуковые листы двух
сортов, имеющие днэлектрические коэффициенты 2,94 п 3,96. Они эажпмнлпеь
между семью твердыми веществами различных нндуктн в постен, в пределах меаду
2,8 н 7,3. Заряд,- отмечавпгпііся на зажатом диэлектрике, оказался пеэавнелтнм
от сжимающего вещества. Это доказывало, что эффект—происхождения пе
вольтова и что аморфшые тела могут быть электризуемы давлением так же, как
кристаллические. Электрический эффект удара между твердым непроводником ті
металлом бил испытан на четырех нарах веществ и оказался по знаку
противоположным эффекту треппя. Такпм образом, столкновение производит два
различных эффекта: одни — вольтов заряд, а другой — перепое электронов из
металла па диэлектрик, прп чем этот перепое возникает, очень вероятно, от
пперцип движущихся электропов; диэлектрически fi коэффициент стали не без-
копечеп, но равен 3,Г).
64 20 Daston L. Ulrey. Phys R, оюль 191В, [2], 12, 3& 47—5, 8; рсф). RGE,
24 май 1919, 5, .4 21, 753—6.
67 23 Субъэлектропы: МІШкап. АН Ph, 1916, It?, 729.
A. Joffe. Sibtmgber. Bayer. ЛШ.Т 1913.
Elirenhaft. Ober die Quanlen der Elektricilat Wien, 1914.
67 24 I. Slark. Die e'ektrische Quanten, 2-te Aufl., Lpz, 1922.
Th. Wereide. Дп Ph, 1918, -Л5 8.
II. II. Лукирскпн. Основы электронной теорпп. Петроград, 1923.
L. Silberstein. Phil Mag, nwiO. 1918, [6], 36. 413 — 20. ^Электронная тео~
рпя в ретеппн задач электростатического распределения).
67 24 У. Eorelius. Piill Mag, дек 192», 40, Уі 240, 746 - 63.
69 24 P. W. Bridgeman. Ргос. of the National Acad, of Sciences, окт. 1921; Rev.
Scienfifique, 27 мая 1922 г., 40, .439; рсф. Rev. Sclent, 27 мал 1922, SO, 339.
Orf же. Phys Rev, 1921, 17, № 2, 161 — 94; реф. Pliys Ber, 1922 [3] 3,
Я 3, 127.
70 24 Согласно открытию Ф. В. Астопа, элемепты могут пметь различный
атомный вес, образуя так называемые изотопы. Имел различную плотность,
изотопические элементы должны различаться п другими своими фпзпческнмн
характеристиками, в частности—электропроводностью. W. Jager и Н- V. Slein-
wehr (Z f Ph, 1921, 7, 111; реф. ETZ, 30 кар. 1922, № 30, 440) подтвердили
опытно, что действительно ртути, пмегощей по мепьтеІі море пять изотопов,
свойственна п различная проводимость. А именно, эти исследователи взллн
две смеси изотопов ртути, с разнппеіо плотпостеп -^ 0,30/м. Оказалось:
плотность ртути при 17°
меньшая пормальпоіі ....
яорма.тьпан
-■
большая нормальной ....
сопротивление
ртути при 17" в омах
0,4755975
5937s
ВООГщ
Различие нроводпмостеіі близки к границам ошибок наблюдении, п потому тут
требуется дальнейшая работа.
- 369 —
78
79
SO
31
82
27
27
27
28
26
71 24 G.Wendt and C.-D. Iron. J. Дтег. Chem, Soc, 11 мар. 1923; реф. Eiectr,
17 мар. n 21 anp. 1922, SS, 322 n 427; RGE, 25 пояб. 1922, 13, Л° 21, 800.
В. Ф. Міітіісшіч, Эл, 1922, Л» 1, 37-8.
72 25 Н. Kammerling Onnes. Rapport pr&senle an troisiemc Conscil de
physique Solvay. Bruxelles, anp. 1321; реф. RGE, 28 окт. 1922, If, № 17, 129 —
130 D. ВОФиЭМ. Д* 622 ПО), стр. 232—6,
Engineering, 24 дек. 1920, 110, 89G-7: реф. RGE, 12 фев. 1921, 9, К 7,
50 D.
75 28 Hideo Tsulsumi. The Sciente Repports Tokyo Imp. Univ., септ. 191S, S.
p. 93—105; реф. Chemie et Industrie, 1 anp. 1919, 2, 169 D; RGE, 28 пюни 1919,
a, J& 20, 202 D.
76 27 Nortrarg. Сообщение в Фарадеевском Обществе 13 дек. 1920; реф. RGE,
23 аир. 1921, 9, № 17, 500.
К. P. Brooks. Phys Z, 1910, 11, 471; реф. ETZ, 28 септ. 1911. 32, ;587.
A. Z. Williams. Phil Mag, септ. 1920, [6 J, 40. № 237, 287—90.
W. Ostwald. Kolloid Zeitung, .март 1920, 16, Ж 3, 138—40, реф. Ghemie
et Industrie, март 1921, 5, № 3, 282.
Greigtiton and Way. J Frank!. Inst,, дек. 191S, ISO, C77 — 08; RGE, anp.
1919, 5, Jfi 17, 129—30 Ю. (Проводимость пе-водпых электролитных растворов).
James Kaudall. J of the Amer. Chem. Soc, 3S, 1-ldO—97.
Wek'ker. Eol, 20 jhib. Ші2, 11, Й6—7.
B. van der Pol, Phil Mag, июль 191Ь, [6], 3n, 88—94. (Проводи л осте,
морской волы при радиочастотах).
Weicker. ETZ, 12 anp. 1923, 1-1, 336 — 7; реф. RGE, 10 ноли. 1923, И,
724—6. (Мокрое испытание изоляторов).
Eiers. Moore. Electr, 7 феп. І9і9, S3, 174 — 6. (Проводимость морской
воды в зависимости от температуры п частоты).
E. А, Свнрскиіі п Я. II. Хощшіски'гі. Радиотелеграфные измерения. Гос.
Изд., Москва 1921. стр. 275—S, 327 (литература).
J. Zeimeck. An Ph, 1307, .23,846.
F. Hack. Да Ph, 1908, 37, 43-
85 29 M. Pbilippson. О новом виде элсктрнч. сопротивления электролитов.
Сообщено 4 фсв. 1922 г. Бельгийской Академии, реф. RGE, 1322, р. 811 І>.
(Электролиты имеют особое сопротивление, смещающее по фазе ток; ато
сопротивление есть функция: 1° частоты тока, проходящая >.ерез мпппмум; 2° силы
тока; 3° числа ионов участвующих в переносе электрпчесш;., и 4° собственной
скорости этих попов).
Von Qnlntus Icilius. Pogg. Ann., 1857, 107, $>.
H. J. M Ureighion. J. Frankl. Ins., мар. 1919, 1S1, 313-M.
F. Slreioz. J. I. Rad., l9i:i, 10,221.
Он же. An Ph 1914, dd, 545.
P. Vaillant. Soc. Franc, de Phys., IS noiitf. 11121; RGE, 25 феп. 1922, 11,
,\° S, 269 — 70, (Сернистые соединения).
G. W. Viaial. El W, 21 пиші 1917, 70, 118: 22 септ. 1917, 71, 503 — 4:
реф. RGE, 37 окт. 1917, І1, .!\° 17, 130. (Сернистое серебро выше 175° проводит
металл]чески, а ниже 176°—электролитически; переход происходит впезаппо).
92 За L. Kouigslerger. J. f. Rad., 1907, d, 15S; Uratz, HaadhucL der Elektricitiii
und Magnelismus, 3s, 678.
99 33 A. Uyemant. Z f Ph, 1923, 17, ,V 3, 190—201.
Oh ;i;e: Kolloid Z., 1923, 33, 9.
Oh ;i;p. Z t. phys. Chem., 1923, 103, 200.
J. 1<rente!. Phil Wag, anp. 1017, [6],S3. 297-322. (Двойной dent.
103 34 J.-II. e'ndlender. ІЛ Revue des Produits Chimiques, 15 нояі\ 11122, Зй.
721—730: реф. RGE, 17 февр. 1923, 13, Л* 7, 2U7—3.
Kurt Arndl. Die Bedeulung der Kallotile fiir die Teclmik. Lpz. 1920.
704 35 J. S. Highfleld, W. R- Ormandy aad \ortual-Laurie. I. R. Soc, 25 нюня
1020, 68, Лі 3527, Б14—23.
P. BovenguL Фрапц. патент л; 516005, пепр. 26 мая 1920, пыд. 2 дек. І920.
Р. і-1, Pransnitz, Chem. Techn. Wochensehr., 22 септ. 1920, -І. .V? :)7—:1s,
291—4 реф. Chemie et Industrie, дек. 1921, О, ,Ѵ> 6, 770.
105 Ы Н. D. Klesman. Phys Rev, вен. 1922, 20, 272-9.
10^ 34 N. Н. GeHerl. GER, июль 1922, 432—5: ре«>. Эл , 1922, .V 2, 50.
Hubert ТЬеіуе. Z f techn Ph, 1021, ,Ѵ 7, 177—ft", ,v 8, 201—0.
C. Scliiffner. Melall und Егг. 1914, .V к.
П. llurer. Stahl und Eisen. 1919, ,V.V; 46, 47, -19, 50.
Hermanns. ETZ, 27 anr. 1922, 4.3, 1069—70.
Германский патент .V 331113, от 24 сеит. 1919, Аки. Коми. Biwq-Eo-
тегу, RGE, б янп. 1923, 13 .V 1, 6 1).
П. Флоренский.—Диэлектрики. |2-1
86
90
91
2В
3D
31
— 370 —
С. Р. Вагу. Франк, патепт .V 634081, испр. 12 апр. 1921, вид. 27 дек.
1921.
Schmidt, Horn aud Rathbun. JA1EE, дек. 1920, 41, ЮН—14.
G. H. Horn. JA1EE, июль 1922, 41, 552-8.
Walter A. Schmidt. ШЕЕ, пюяь 1922, 41, 547—5І.
Ы. Saget, Bui. de Soc. Fran? des Electricians, февр. 1922, [4] 2, M 12,
83 — 100. (Обширная статья со многими рисунками п чертежами осади тел г.пых:
установок).
Huff, Франц. патепт ,"\s 48G891, 20 септ. 1917. (Электростатическое
разделение тонких порошков).
35 W. Kast. An Ph. 1924. [4], 73, Л! 12, 145—НО. (Лппэотроппн в жидких
кристаллах в отпошепвн их нндуктітностн н электропроводимости).
Kurt Emil Mailer. An Ph, 1922, [4], 67, ,V 3, 20[ — II. (Теория токов „
зпизотроппых средах).
35 С. Doelter. Nova Acta К. Leop. - Carol. Dl. Afcad.. 190S. 117, 845; 1910,
110, 49; Handb. d. Mineralchemie, 1912, 2, 140.
36 Liangam CR, 18S5, 40, 540; Pogg. Ann., IPCS, [41, Id, 4S2.
36 Sclielford Bidwell. Lumiem Electrique, 1887, 24, SI.
Schuster. Phil Mag. 1S74. [4], 48, 251, 350.
Fr. Kisser und Ernst Barwird. Phys Z, 66, 373; реф. ETZ, 19 anp. 1917,
48, 224. (БыпрямптельныІі эффект кремния].
3S 0. В. Лосев. ТнТбП, авг. 1922, ЛІ 15, 564, 579-80.
Он же. ТиТбП, март 1923, № 18.
Victor к. Hunt and Laurens E. Whittemore Elecir, 29 док. 1910", 78,
451—3. la Revue Electrinue, 3 сояй. 1916, 26, 271—3; реф. RGE, 3 мая
1917, 1, Л» 9, 721.
38 Н. Н. Poole. Phil mag, окт. 1921, [6|, 42, Л? 250, 4S8—501.
386 К. W. Wagner. El W, 28 явг. 1920, 76, 432.
F. В. SiUbee and II. H. Honeman. J. of the Washington Academy of
Sciences. 4 мая 1919, 9, 252- «6: реф. RGE, 15 иоя(5. 1919, 6, Л> 20, GIS5—G.
38в К. W. Wagner. ШЕЕ, дек. 1922. 41, Л; 12, 1034—44.
39 Е. Marks. Handbuch des Radiologic. Lpz, 5 Bde (Bd. .", 1914: явлепня
свечения газов).
W. О, Schumann. Elektrischc DurchbruchfeMstiirke топ Gazen, 1923.
II. Zipp. л f E, 1923, 12, X- 4.
W. 0. Schumann A f E, 31 окт. 1923, 13, Уё :>, 379—380.
W. О Schumann A f E, 15 anp. 1922, 11, Л» 1, 1 — 20. (Обстоятельная
сводка литературы)
К. Klemm, W. 0. Schummann, H. Zipp- A f E, 29 февр. 1924,12, .Xi G—
12. (Обсуждение пробоя воздуха!.
L. Heis. Phys Z, 15 янв. 1924, 55, № 2, 25—41.
39G Ch. Eng. Guye. RGE, 20 anr. 1917, 1, Л» G, G10 — Gil, О. Е- Guye et
Stancescu. CR, 16 anp. 1917, G02—5.
H. Lehmann. Photographische Correspondent, июль 191G. (Кинематография
искры).
H. Rumpf. Die wissenschaftliche Photographie als experi men telle Grimd-
lage der Geschiitzbaue', Diiss^ldorF 1920.
396 Lavoro Amadduzi. Ellettrotecnica, 5 авг. 1922, 483 — G; реф. RGE,
31 март. 1923. 13, № V\ 550.
J. Beaulard de Lenaizan. CR, 29 anp. 1918, 166, 078; рсф, RGE, 3 anr.
1918, 4, ffi 5, НО. (Сопротнплеіше электрической искры).
(391) R = L^f, где
(392j V= ѴоѲ_""cos 2я-^|
при пекотором онределеппом расстоянии достигается R паимспгшес.
39г J". W. Born. Ph R, пояб. 1922, 20, 4711—85.
39r P. Dubsky. Proo. AIEE, фенр. 1919, 38, 141 — 01. (Крепость воздушных
пленок и эпачепие их в обмотках и кабелях).
40а V. Bush and E. G. Smilh. The Wireless World and Radio Review, 2 септ.
1922, 70, 22G—9; реф. RGE, 28 окт. 1922, 12, G32—3.
Те же. ШЕЕ, септ. 1922, dl, G27—35; реф. RGE, 26 мая 1923, 13, № 21,
882.
406 Gorges. ETZ, 3 июля 191.3, J* 27, 782—4.
152
153
154
157
159
159
160
43
43
44
44
45а
456
45G
— 371 —
140 40Б J. В. Whitehead and Brown, Proe. AlEE. 31, июнь 11)12, 839—86: феи.
1317; 36, 153 — 88: риф. RGE, 28 июля 1917, 2, .V 4, 129 — 32; ETZ,
17 snip. 1!) 3, .Wli, 442—4
140 40b J. В Whitehead, Johns Hopkins el T. Isshiki. Bull, de rinslilui Electro-
івсп. de Monlefiore, я jib.—фегф. 11)22, 1, 42—lil: март—аир.. 81—12n; реф. RGE.
30 дек. 1922, 12. X- 26, 1(4)9 —11.
li- 40r E. W. Peek. El W, 31 дек. 1921,76', 131!» —21; риф. RGE, 13 мая 1922,
11, Ді 19, p. 720 -1.
J42 41 11. I,. Curlis. Bull. Bur. of Siand., 191 J, 11. 421.
E. Pudzus. Verh. d. deutseh. Pliysik. Gesell., 19, 231; реф. ETZ. 1918, 22(1.
(Чистые диэлектрики),
Avey. JAIEE, xfe. 1921, 60, 58-04; реф. RGE. 15 аир. 11)22, 11, 553—1.
Hi 41 Л. Ф. Иоффе. Электропроводность киаріцл. Изв. Петрогр. Политехи. 1915.
ETZ, 24 Инг. 192:!, 43, 10S6— 8. (Различные и іюлііию иные .материалы іг
изменение их проводимости при рапных условиях, к той "і'.імо при
механических доформншіих).
145 41 13. Д. Кузнецов- Изн. Томского Технолог. Иист., 192: -13, № 3, ;J0—3.
148 41 ETZ, 1913. .\і 21, (,ЫН.
Weir. Dcmutli, Die Materialpriiffug der Isoliersloffe der Eleklroteehuik.
Berlin 11)20. S, 61-2.
Vorsrhriflen und Когшрп dfis Verbande? rteulscher Elektroleehniker. 11-te
АиП.; но Положению ,')і дек. 1922. Берлин, 1923.
Кол. Остііалі.д. Мир ойоінгпных величин, 1923, 91.
J. Stock. Кглк. Ans. A. 11112, иЧй.
J. A. Serret. Cours de caleul diff. et inlegr. 2, ed. 1-re, 296 = ed. 2gle,
21)3.
Uoeiif. С п. iipiui. к стр. 159 45a.
H. Л. ScliiViirli!. t lissom. Mai. Abb, Bd, 3, Berlin IS'.iO. 3011—11.
A. lioeiz. f'livsik und 'I'eclinik des Hoctivakuuins. Braunschweig. 1322.
(Saniml, Vie«eg, 6b. 113-2-2.
D. С. Нрпгѵ. Phil Mag. 11)22, II. Cisi)-7I.".
K. N. Pease and H. lay lor. J. Phys. Chem. Ithaca, аир. 1922, 2!', X 4,
24—аіі.т: peifi. Ciiemie et Industrie, парт 1321, ti, .V :l, 982
Irv. Langniuir. GER, nio.ii> 11)22, 25, Л» 7, -I l."i — ill = Trans. Farad, Soc.
1921, 17, IM.
Rev. Gen. des Sciences, 13 паи. 1917, 28, 3SS s, (Каталитическое
ускоренно вудканиоаннп каучука).
160 45в 1.. I.jDiiiio CR, "24 snip. 1322, 17d, -V 17, 1090 — 101.
102 45в Pirani. Z f Phys. 1922, 9, 327,—ІѴф. ETZ, 26 июни 1323, 4л, A» 26, 623.
0. Florissnn. CR. 12 июли [920, 171, lLli-8.
R. Godd-u'd. Phys Rev, 1912.
E Sehrbdinger. SiLfungsberichfe K. Acad. Wis. Wiei), Ila, 119, 121ГІ.
Tables Annuelles. 2, HJl I (H)I3|, 3+0.
165 45b S. Evershed. Z \ Eleklrolechnik und Masehinenbau, 1914, 8-1.
J65 46 G. Rebiiul. CR. 29 яокіі. І92И, 171, 10S2—llli.
167 46 (i. Rehiiul el. P. Biol. Socieie Francai.se da Physique. Iii толя І1І21. 10.
94—6; 2-1 септ. 11)21. 10, 293. Реф. RGE, :il .парт. 1923. 13. A? 13. йЗІ—2.
Сравни; It. \Ym>d. Phil Mag, 11)12, [li], M, ЗЦі. См. также Swann, King
(нрц.іі. к стр. 173 47г).
I,- Amadiizzi, CR, 25 июни 1921, 173, 222—■[.
169 46 P. 0. Pedei-ьеп On tlie Liclilenberg Figures. Iiopenliagen. Part I, 1913:
Part II, 1923.-Роф. RGE, 31 мар. 1919, 5, 778, 10 мар. 1923, 12, 3Wi.
P. 0. Pedersen. An Phys, 1922, [4] 69, -V 19, 205—30. (Upодолжение
нредыл.упшх работ о скорости распристрпінмпш лпхтенберговых фигур и
измерение с их чолощыо малых вре.мом).
Usahoro Yosliida. Memoirs of the College of Science Kyoto Imp. University,
мар. 1917 2, № 2, 105 ~Ш; рі'ф. RGE, 24 anr. 1918, 4, ,V 8, 253—6.
Lalay CR, 4 июля 1921, 173, 32—4.
169 47a Was. Sulejkin (И. H. Шулепкіш). Phys Rew. мар. 1919, [2|, 13, 197—20S;
реф. RGE, 16 aw*. 1919, 6, Ju 7, 199—202. (ІІоверхпостпыГі разрлд но твердому
алектролиту—алюминиевый предохранитель).
1. М. Eeder. Ргос АІЕЕ, опт 1920; нерев. Bui. dc Soc. Eranc. des Ete-
ctriciens, март. 1922. 2, 15J suiv. (Утечка no поверхности иаолнторов).
E. Moller. A1E, 31 септ. 1923, T-i, .^ 5, 393 — 7. (Фпгури разрядов
короткого замыкания па станиоле).
Topler. Род. An. 189a, 46, 1061, An Ph, 190(1, 193; id., 1907, Stl7, id.,1917,
217.
Он лее. AfE, 1921, 10, As 5-G.
24*
— 372 —
H. Gorges. ѴегЬатШшШвіІипдвп des Dresdner Bezirkveiems Deutsober
Ingenieure япв. 1017, 12, Я° 11, li.
0. H. Esclilmlz. El W, 3 септ. 1921, ?e 0.
J. W. Lege. El ', Док. 1910, 610.
170 47 Ai Scliwaiger. ETZ. 29 июня 1922, -13, 875 — WO. — Реф. RGE, 28 anp.
1923, 13, Л? 17, 716—9.
О" же. E u M, 1920, ;» 38: ETZ, 1920, S45; реф. RGE, 3, (146—59.
171 47a Harveg L. Curtis, реф. RGE, 30 гшлл 1921, 10, 159; Id., d авг. 1921,10r
191.
172 476 St. Jellinek. ETZ, 15 шопя 1922, 815—7; реф. Эл, 1922, Уі I.
173 47r "W. F. G. Sivann. Phil Mag, 1914, 28, 467.
R. W. King. Phys Rev, 1917, 10, 241; реф. обоих исследований: О.
Вавилов. Успехи Фнэич. Наун, 1918, 1, Ло 3—4, 2S5—9. .
174сл. 47д Карл Роттгардт. Сборники и Монографии по вопроса» науки и техники.
БИНТ, ліай 1921, пып. 8, стр. 289—99.
К. Eoltgardt. Z.I lectin Ph, 192], .V; 11, 315—2S.
О" же. MonatsblStter des Berliner Bezirkvereines Deutscber Ingenieure-
1922, 28-35.
Он же. Z f techn Ph, 1033, .^ 2, 63—6.
Он же. J d T v T, anp. 1922, 1<), ■№ 4. 299—307.
Ludwig Bergmaiin. J d T u T, лай 1923, Л? 5, 311—23.
On же. Z 1 techn Ph, 1923, № 1, 11—4.
Oh же. Z I teilin Ph, 1923, Л» 1, 11—4.
M- Adam. RadioelectricinS, авг. 1922, 3, 351—3. Nature (шігл.). июнь
1921, 439.
E. Poirson. L'OndB electrlque. 1922, № 1, 333-43.
S. Blocli. Bulletin de L'Unlon des Physicians, док. 1022, 54—11: реф.
RGE, 13, «ив. 1923, 13, 51—2.
E. Regeuer. Z f fechn Ph, 1923, Лі (1, 220-32.
J. Kriitfer. Z. f. Phys. u. ehem Unierricfit, 1919, 32, 54.
K. Doorski. RGE, 5 аир. 1924, 15, ,V 14, 671—7. (Электростатический
телефон; теории).
Alfred Jolinsen and Knud Eahbek. JAIEE, июнь 1923, 61, 13 — 725: реф.
RGE, 5 anp. 1924, to. & 14, 5!l9—605.
ls3 47e К. В. Гогушшв. Твхн ев, ?. .V 1-2. 132—3.
Ы\ 4Sa F. Michaud. CR, 1021. 175, ,V 21, 372—4.
G. Goiiy. CR, 19 дев. І921, 173, Л* 2о, 1317—9.
On же. J de Phys, 1910.
J. ZeJeay. Phys Rev, июнь 1013, [2] 9, 572: реф. RGE, 0 лив. 191ч.
3, Л» 3, 17 D.
On же. Phys Rev, июль 1917, |2| 10, 1—li; реф. RGE, 101s, 3,
i\» (1, 41 D. (Неустойчивость жидких наэлектризованных поверхностей).
Jeaa G. Popesco. CR, 31 шоли 1022, 175, 259 —ill. (Соотношение
между фот9-элсктрпчсскнлш явлениями и поверхностным натяжением ртути).
Ы 4SB Perkins. CR, 21 авг. 1922, 175, ,Ѵ S, ЗііЗ—5.
С. Hiiring. El Rev, (1 июль 1917, 81, s —'J. (Дгось од та «фарадей»
вводится как алвктрон - *то« - фалл).
1S5 436 I. Ѵ/егшсг, N. J.. Form an и Е. Е. Lindberg. Phys Rev, дек. 1922, 20.
5-2—3.
Ыі 49 В. Gudden imd PoLl. Z I techn Ph, 1922. Л- 6. 199—201.
iMj 49а Л. Гольдлан. Т и Т 6 П, 1922, Л» 12, 230.
ІЫі 4SB В. Gudden u. R. Polil. Z I PL, 1923, 16- .V 3, 170—у».
Они же. Z t Ph, 1923, 17, .V 4—5, S. 331—4li.
Они же Z I Ph, 1923, IS, ik 31, 190-206.
Они же. Z f Ph, 1920, 2, 361.
II.Rcse. Z f Ph. 19:0, 3, 174.
liuddec U. Poll). Phys Z, 192!?, 23, 417.
Volmer. Z. f. Electrochemle. 1015, 21, 113-
I-s 4Ss II. Piilabon. CR, 27 дек. 1021, 173, 141111—8.
Он же: CR, 5 авг. 1021, 173, 205—7.
Sneliamoy Datla. Phil Ifiag, септ, Ш2І, 42, 4(13—70.
Greinacher; реф. RGE, 111 поиб. 191s, -1, Л? 20, 15s I). (Селенши.:!'
]]Ыпря.мнтель|.
1-Й -'Ев W. Case. RGE, 22 ніон» WIS, 3, M 25, 8*9.
W. W. СоЫеШк. Scientific Papers of tie bureau of Standarts, 14 нюня
1018, № 322, 591—1164. Реф. RGE, 2li окт. 1918, •!, Л» 17, 129 D. ("Впс-
яутит п др.).
Он же. Scienlilic Papers of lite Bureau oi Staadurls, 9 аир. 1021, № 412.
170,— isfi: реф. RGE. (Прѵстпт = A|rs As S;,).
— 373 —
Jtt. Pelabon. CR, ^lS "юля 1921, 173, 142 — 4: реф. RGE. (Фотосср-
н истый іі фотоесдопнстын таллии).
49г Audubert. Ann de Phys, июль—авг., 1922, IS, .1—S3.
50 J. Hopkinson. Phil Trans, 1S77, 166, 489.
On же. Phil Trans, 1H78, 167, 599.
J. Curie. Дпп. do Chim. at de Phys., 18S9, |6], 241: 1SS9, IS, 203.
P. Sacerdole. Ann de Chim et de Phys, 1900, 20, 2s9.
A. Jafie. Ann de Phys, 11)23, (4], 75, 401-600.'
L. Decombre. J de Phys, 1012, [5], 3, Ш — S6. (Электронпаи теории
Остаточных ішлсішіі в диэлектрике).
L. Roy. RG, 1919, 6, 258. (Разряд конденсатора сквозь собственный
диэлектрик).
J. Labousse. RGE, 12 аир. 1924, 15. .V 15, 621—7; HGE, 19 аир. 1924,
16, Л» 10, 6ІІ7—74. (Сопоставление существующих теорий, методов изучении и
опытных результатов по потерям; обстоятельная библиографии. Заключенно
автора: посмотри па 30-тп летние изыскании, в изучении дпалекгрнкоп не
сделано никакого серьезного двн;кспнл вперед: по можно надентьси в пасіоящее
время на успех в виду новых средств техники).
52 J. Granier RGE, 13—20 авг. 1921, 10,219—4.
Он же. RGE, 30 септ. 1922, 12,Ъ 12, 459—61).
Он же. RGE, 26 япв 192-1, IS, .V 4, 125—УЗ.
II. lordan. ETZ, 9 февр. 1911, 32, ,Ѵ> 6, 127—30: 16 февр. 1911, ,Ѵ 7,
160—2.
52 A. Press. RGE, 30 дек. 1922, 12, ,М 26, 1901—2.
Он ;ко. JAIEE. аир. 1921.
53 J. О. Maxwell. A. Treatise od Electricity, 1, n"n0 :S2f—330.
53 Beaulard. J de Phys. 1900, [3]. 9.
Bouasse. Oours de magnelisme et d'elcctricite, 3.
A. R. Uarnier. Technique ftloderne, 1912. J6 7.
К von Schweidler. An Ph, ioo7, J4]. 24. 7U.
54 K. W. Wagner. ETZ, 6 полб. 1913, .V- 45, 1279—31.
Он же. ETZ. 16 февр. 1911, 32, J* 7, 172.
Oh xv.. An Ph, 1913, [4], 40, S17—55.
Он жѵ. AfE, 1914. 2, Л» 9, 371—87.
- Tcheslas Bialobjeski. Le Radium, 1912, 9, 250—9: реф. ETZ, 9 япв. 1013,
."\a 2, 3.4-9.
Raymond Bouzon. RGE. 2 авг. 1919, IS, ДЗ 5. p. 137 — 43: 9 aur. 191П,
6, .V 6, p. 1S1—7.
58 E. ScllOlt. JdTuT. авг. Iii2l. IS, .V 2, K2-132.
56a Warburg. Wied An. 1SS4. 21, 622.
56a A. Dobbie and T. Gray. Proc. Royal Soc. 1SS4. 86. 488.
M. Pirani u. E. Lax. Z f techn Ph, 1922, .V 6, 232-5.
Langmuir. Chem Soc, 1916, 3S. 2283; 1918, 40. 13s7.
S. Dusham. GER, 1921. 24, 247.
Ragnar Holm. Z 1 techn Ph. 1922, .4 9, 290—4; ,"\» 10, 320—7, 349 — 57.
(У голыше порошки).
565 Tank. ETZ, 1916, 306.
Leo Punps, AfE. 1912. 1, .V 8, 342.
Oh же. Ueber das die'lekirische Verhalten fliissiger IsolierstolTe bei hohen
Wecliselspannungeu.
5вв Относительно слюды ер. Weeks, прим. к ітр. 22.
Л. Bayer. La Nature. 30 ноли. 1921, 49, 2s7—8. (Принеси к с.іюд.о
устанавливаются х - лучами).
56в Slephan Proeopiu. CR, 14 июня 1920, 170, 1445-7.
Он :і;с. CR 29 нояб. 1920, 171, 1055—S.
Он же. CR, 1921. 1172.
Он же CR, 1 пая 1922, 174, .V IS 1170—2. (Дальнейшая литература
указана в этик статьях).
57а " Г. Meyer. Verh. d. dentsch. Phys. Ges.. 1<), 139 реф. ETZ, 1918. 187.
55 Max Griuiberg. Verluste in Dielectrica ted mi seller Kondeusatorun. ber-
lin, 1011.
W. Steinbaus. JdTuT, июль 1921, IS, .V 1,29—.'!;!.
ETZ, 2 септ. 1920, 41, 698. (Kiiuc.ni).
D. \X. Roper. JAIEE. март 1021,40, 201—2: pa]). RGE, 3 дек. 1921, 10, S25—0-
V. Gie-be u. G. Zickner. AfE, 16 ino.ni 1922, 11, Je 3, 109—2s. (Потери
в конденсаторах).
58 E. Schott, см. npiui. к стр. 2ІУ, 56, S. 114—115.
58 Ang. Frigon. CR, 21 мая 1И22, 171, I33s—40: реф. RGE, 24 нюня 1922.
11, .V 25, 917—8.
-- 374 —
59a Chester Arthur J5utman., El W, 9 марта 1!)18, 71,502-6; реф. 2 ионб. 191S,
A, № ІУ, p 6-Ш—51.
S. Rump: BBCM, авг. 1953, 151—4.
С. К. Skinner. J Frankl In, шояь 1917,183,647—714; реф. RGE, 2 марта
1918, 3, № 9, 319-327.
5Э6 ■ J. Granier. См. при». к стр. 203, 52
Hector J. Mac Leod. Phys Rev, hub. 1923, 53—73; реф. RGE, 19 аир.
1924, 15, At lli, 674—6. (Упачснпе частоты).
5ЭБ R. Mesny. L'Onne Electrique, март 1922, Jft 3, imp. 1922, № 4; особ.№<1-
4. (Потерн и конденсаторах при высоких1 частотах).
60а Delafield du Bois. JAIEE, септ. НЙ2, 41, p. Gs9—9м.
Evershed, см. прим. к стр. 165, 45в.
606 -і —Е. Slirader. JA1EE, соит. 1922. -Л, 702-9; реф. RGE, 31 марта
1923, І , .V 13, ЗД-.т
6І 1.. Colin. Phys Z, 1903, 4. 549. (Движении диэлектриков).
Vtad. yon Nicolajew. Phys Z, 1903, 4, 6-11. (Повал реакции волектрпч.
поле).
II. П. Лышкнп. Атмосферное электричество и его утилизации. Труды
IV Всероссийского Электротехнического Съезда в 1907—,4 гг. в К ноне, ~, Oil 8 .
1 DOS, 190—1. (О двигателе АрпоІ.
63 Л. Д. Чернышев. Труды IV ПссрпіхпІІскогоЭяектротохппческого Съезда
к 1907—S п-. в Киеве, ~'. СИ В,. 1909, 37-И.
63 ETZ, 16 <|*ир. 1922,. ДО, 223. (Upm'op для испытании диплсктрігческоіі
зрелости, исключающим несчастные случаи).
64 J. L. !■'. Jlayden. JAIEE, ноябрь 1923, 43, 852—3.
64 Е. Bouty. An de Phys, июль—август 1821, 1С, 15—34; на р. 6 список
. райит Пути потому асе вомроет,
Hughes irad'Diion. Phys Rav, ноябрь 1917, |2], 10, 495—514. (Потоп -
ішалі.і газовой ноннзащиі).
Clifton G. Eound. Phys Rev, июль 1920, 1С, Л» 1, -И—И; реф. RGE,
19 марта 1921, .'), .V. 12, р. 89 JJ. (Потенциалы газнпоіі іішінаапіін).
Hildegard Stucklen. An Ph, 1922, /7,9, У- 23—А, о97—621. (Пскропо'гі
потенциал).
On же. Дп Ph, 1922, С.9, .Ѵ23—4, 625—7. (Действие на некроиоіпіотешшнл
в кислороде малых примесей пара воды),
G5a Н. J. К van, Н. Н. Heuline anJ Е. Е. Іѵепзоп. E1W, 17 септ. 1922f
78, У 11, 560-5.
65В Е и М. 6 ионб. 1922, 40, 529.
I. Xeleny. Phys Rev., нюнь 1917, |2], 9, 5G2—3.
65в Sylvan J. Crooker. RGE, 7, 327. (Потерн па корону).
65в В. 1'\ Jakobsea. Ргос. ДІЕЕ, ігнв. 1918, 3d, 949—66; реф. RGE, В окт.
191S, 4, Д» 14, 456, 491—2. (Корона на горных линиях).
Leo Dlin. RGE, 5 июля 1919, И, 3—12. (Распределение силы тока, п
потенциала вадяь линни тока весьма высокого напряжения).
Raymond В. Abbot. Phys Rev, поиб. 1918, Id, 3S1—95. (Падение капли
в воздухе с переменною скоростью; важно нрп аішлпте л плен ни около изоляторов.
~А1Ь, Baldif, RGE, 19 J 9, в, 811. (Действие па изолированную проволоку дождяі.
R. Holm. Teknisk Tidscrifl, 54. Heft Elektroieclinik, 1924, I, 10: реф.
E u M, 23 мар. 1924, -12, У. 12, 189—90.
Tables Annuelles, 3, 277.
E. W. Peek. El W, 25 дек., 1920 70, 1258—9: реф. RGE, 16 anp
1921, 0, 538—40; RGE, 7 мая 1921, 9, Л' 19, 155 D.
65r L. Bouchet. CR, U поиб. 192І, 173, 914—6.
llURUenard CR, 22 окт. 1923, 177, 74.1-6, RGE, 8 дек. 19ЙЗ, II, .V 23.
902—3. (dynamic короны с острия ветров и деформания сиетлпіеііця оболочки;
ішепо Для измерения скорости ветра н дли учсиеліи ив.іеннп с короною в нро-
ко.т.ах при ветре, особенно на горных цепях,).
G. Slanffer. RGE, 1923, 14, 71V",.
V. Ignatowskv. Die Vektoranalysis. 1910, ^, 85.
ii. Gouy CR. 20 февр. 1932, 17-І. У 8, 510—5. (Элоктрострнкпнн).
J. J'l. Sehrader. El J. Август 1919;реф. Genie Civil, 4 out. 1919, 7.4. 333;
RGE, 3 ноніі. 191В, /;. № 19, 129 D.
65r E. Горбачей. 0 влиянии попнзищііі па скользящий ра.ірид в воздухе.
Тифлис, 1',(23. (Тут ;і.с литература).
65е Е. Iiudy. RGE, 11, 691.
Ср. Cli. Е. Guy e. Arch des Sciences phys. et nal.. толь п авг. 1915:
A. Perrier, id., июль 1'jHi; Guve, id., ионб. jaiii.
А. Ы. Tjndall and miss N. S. Searle. Phil Mag, март l'HS, 3',, 261—91.
i Распределение давления в короне j.
— 375 —
С. Е. Ciuye. СВ, 13 фсвр. 1922, 174, 4-15—8. (Распространенно закшш.
Панісиа на поляризован пью жидкости).
66 A. Schwaiger. AfE, 15 апр. 1922, 11, Л; 1, 41—F0. (Сравнение
^шинных электродов).
66 A. Matthias. Франц. патент 511451, 10 лая 1В20. (Defiagrateur .і.ія
испытания электрической крепости).
68 J- Spielrein. AfE, 1915. 4, Д> 3, 78—S3.
68 Allen. El Rev, London, 30 дек. 192J, -31, 576.
P. (iriinewald. AfE, 10 мар. 1923, 12, .V 1, 79-10, оиоб. 80-82, 93.
69 Gewecke uad Krukuvvski. Af--, \%U, -V, 63.
Schaaklin, Dubney и др. (Воздушные пленки); см. прим., к стр. 134, 39г,
F. М. Farmer. La Rovue Electrique, 17 аир. 1914. 21,401. (Тонкие слон).
В. J. Wiseman. I Frankl Inst, яші. 1918, ІНп, 143 — 6; реф. RGE.
1(J мар. 1918, :■}, Л» 11, 395—7. (Аномалии электрической крепости
лакированного картона).
70 Baur. Electr, О септ. 1901, 759.
SteinmeU, Proc A1EF, Ш9, 64.
Walter, ETZ, 1904, 874—5.
Schwaiger, Lehrb. d. elektrischen Festigkeit, 10.
71 W. Eogcwski. AfE, 10 март. 1923, 12, .V 1, 1-15.
74 N. W. Wagner. ШЕЕ. дик. 1922, 41, Л» 12; 1034—44.
J. L. R. Havden and Ch. P. SteinmeU Ei W, окт. 1922, 8i;.">.
A. Russel. ШЕЕ. 1І.07, 40, 6.
(i. E. Luke. E1W, 27 мая 1922, 7'J, 1069—71. (Нагревание илектр. vii-
нінп непрерывного действия).
74 W. S. Flight. ІЙІЕЕ, фспр. 1922, 00, 218—35.
Он jhc, ЕІ W, London, 13 янв. 1922, 00, 39—41; 20 яив. 1922, 7i>—9;
реф. RGE, 27 мая 1922, 11, 795—7.
75 Friese ETZ, 12 шт. 1922, 4:1, 54.
Oh же, VeroiTentliruungen aus dem Siemenskonzern, 1, .V> 2, 41.
El Rev, 22 июня 1917, ЬО, 6Й7; реф. RGE, а янв. 1918, .7, .V 1, 3 Г).
(Чистка изоляторов).
75 О. L. R. Hayden and W. Х- Eddy. JAIEE. февр. 1922, 41, 13S—9.
Th. Buck. El Bet, 24 anr. 1923, 21, 195—7. (Всем характористііким
масла свойственно большое колебание).
75 Laughlin. Electr, 1921,325.
Chirnbe, Ояата and Kubo. Electr, 1917, 651.
ЛѴ,—S. Flight. ВЕША, парт. 1922, 10, 217-23; реф. RGE, 12 anr. 1922,
12, 228.
F. Schrbter, A1E, 10 мар. 1923, '-U, Л1 1, 68—77.
76 Spath. AfE, 1923, 12, X? i.
75 RGE, 1919, 6, 13S, 327. (Приборы для испытания крепости масла).
76 J. D. Motgan. Phil Mag, парт 1921, 41, 462—9.
Turner u. Hobart. Die Isolierung eleklrischer Maschinen. Deutsche Be-
arbeilung топ Kiinigslow und Krause, 190(j.
79 M. F. Dahl. Bui ASE, окт. 1922, Hi, 461-9; реф. RGE, :S янр. 1ЯЭ.Ч,
13, Лі 7, 13 D.
E. Bouzoti, ем. при л. к стр. 209, 54.
79 С. Bekknand О. Таппо. Lot 1EE of lauon, aQp. 1922,263—93; реф. RGE. l'J2X
E. E. F. Ureigliton andP.E. bosegood. Electr, 20 окт. 1916. 78, 90—1.
79 F. (iriinewald. ETZ, 1 дек. 1921, Л« 42, 1377—8J; реф. Эл, 1922, Л5 :',,
40; реф. RGE, 3 нюня 1922, 11, 8-11'—2.
80 J. К. Clarke. Phil Mag. окт. 1920, 40, 502—4. (Опровержение замка
У'оритоиа, от носящего г я к теплопроводности твердых диэлектрнкоіО.
82 М. Klein. ETZ, 15 мар. 1923, 44, .Ys 11, 233—4; реф. RGE, Г дек. 1923.
14, И 23, 863—5.
82а Мшісе Koechlin. Франц. наг. 486912, выдан. 12 понб. 1918; реф. RGE,
1 ііоябр. 1919, О, J6 18, 125 D. (В виду постарения Фарфор нодвосны.ѵ нло.ш-
торов заменен особым растительным неществом).
Ргос. ДІЕЕ, аир. 1917,3(і, 371—90; реф. RGE, 19 япв. 191S, ■?, ."V 3, 23 D.
('[оклад комиссии по каучуковым изоляторам),
82 ETZ, S3 мар. 1922, 43, 392—3; 6 аир. 1921, 483—0. (Киучѵкі.
Л. А. Ііаііков Эл., 1922, Лё 3, 31-2.
Он же, Thomnduslrie Zeitimg, 1901.
On же. Цемент, 1901, 109.
Е. Sylwan. Teknisk Tidscrift, 1923, 55, Heft Elektrot, li, 12; pwji E и Ш.
■13, № 12, 190.
82в H. Schenkel., ETZ, 11 авг. 1921, ^31, 851-5. (Изоляторы).
— 376 —
Ernesto Yannotti. JAIEE, дек. 1922, 033—i. (Действие температуры na
пзоляцпон. матер.).
Wilhner H. Sander anil P. Hidnert Termal Expansion оГ insulatory
materials. Scientific papers of Uie Bureau of Standards, дек. 1919,М352; реф. Genie
Civil, 30 okt. 19^0, 77, 354—7. (Тепловое расширение фарфора, бакелита,
конденсата, формнкн, целлулоид.», збоппта, мрамора п изисстняка).
L. Drin. RGE, 1С окт. 1920, 542. (Плавленный базальт).
Elektrische Kraftbetriebe und Baknen, 10 фовр. 1922,',30, 31—2.
(Плавлен нмЙ базальт).
В. Bogitfh. CR, 19 дек. 1921, 178, 1368—60. (Расширенно при высоких
температурах некоторых хрупких материалов; кривые).
J. P. Pairard, RGE, 15 мая 1919, о, .V 1, За D. (Штырь дли легкой смены
пострадавших изоляторов).
RGE, 1919, 1, 433.
A. Bondonard. RGE, 22 пая 1920, 7. .Ѵ> 21, №П—[',.
J. A. Brundige and Penslee. RGE, 17 нояй. 1917, 2, .V 20, 7S0—2.
RGE, 27 окт. 1917, 2, У- 17, 642.
RGE. 15 дек 1917, 3, 922.
ІІЗо 82s Н. W. Fischer and К. W. Atkinson. JAIEE, 1921, .V 3. (Действии
теплоты на бумажные плолпиші).
А1Г. К. Mattliis. Les yi-rnis isolants en Electrotecbnique. (Англ. перса.
Insulating Varnishes in Electrotecbnies). Franz Seeligmann unil Kmi] Zieckt;.
Handbuck der Lack und Firniss InduEirie. 3-te Aufl., Berlin, 1923.
El W. 19 шаля 1920, 70. 1332.
W. S. Flight. El Rev (London); 9 док. 1921, 60, 771—3.
:>3ii 82д W. K.ehse. ETZ, 22 еент. 1921, ■№. 1064—6. (Далее кратковременные
тнхпе разряды в масле н па воздухе весьма йонп;катот крепость бумажных
изоляций в трансформаторах).
ЗД7 82е W. D. A. Peaslee.' El W, 19 нюня 1920, 75, 1450. (Испытание
пористости фарфора фуксином).
ti. W. Lapp. JAIEE, 1922, .V 7, 491—5; реф. Эл. 1922,.V 1, 10.
(Разъедание поверхности).
W. D. Peaslee. El W, 19 июня 1920, 75, 1420: poi).. RGE, 1 mm. 1921,
9, Л! 1, S9.
B. В. Скобельцын. Эл, 1922, -V 1, 38—9.
W. D. Peaslee. Proc. ДІЕЕ, 1916,1Э37; реф. ETZ, 1918,169. ETZ, 1917, 43s.
Он же. Proc. AIEE. март 1920: реф. Bui. de la Socieie Francaise des Ele-
ctriciens, япп. 1922, [41, 2. .V 11, 7fc (Фарфор).
Frank -H, Biddle. JAIEE, 1923, 42; м '■'
маіі, 341) — 3; июнь, 031 — 5; июль,
513—11, аш\. 858—63, 983-95: окт., 1897—102. (Фарфор).
338 82ж (J. В. Sehanklin and J.J. Matson. El W, 1 марта 1919, 75,427—8; реф.
RGE, 9 авг. 1919. С, Да 6, 47 I).
F. Dnbsky. см. прим. к стр. 134, 39г.
Ch. W. Davis and Ewald M. Simons. El J, июль 1920; реф. RGE.
5 февр. 1921, 9, Ли 6. (Максимальная нагрузка кайеля).
fficbsladter, ETZ, 16 февр. 1922, 43\ реф. RGE, 2 еопт. 1922, 12, № 9,
323—3.
340 82а Bruudige. Electr. 79, 756; реф. ETZ, 1918, 97. BRC. Mil., дек. 1920, 7,
327—9. (Кривые для определения ішдуктишшепі последовательно соединенных
изоляторов).
В. К- Wollcott. PhysRev, окт. 1918. [21, Х2, 281—92: реф. RGE, 25 лив. 1919
5, 3» 4, 131—2.
Thomson. Engineering, 25 аир. 1919, 10/. 543—і. (Шшоэлсктрич.
эффгкт).
W. D. A. Peaslee. JAIEE, май 1922, 39. (Ппэзоэлсктрпч. эффект).
См. прим. к стр. 298, 74.
Wm. Ost^ald. tirundriss der Kolloidcbemie. 5-te Aufl. 1-te Hiilfte.
Dresden [i. Lpz, 1919, 11—20.
J. W. Mc Bain and C. Salmon. J. Amor. Chem. Soc, март І920, di',
Xi 3, 426—66: реф. Chemie et Industrie, март 1921, 5: 281—2.
Weimarn. Grnndziige der Dispersoldchemie, 1911.
359 87 A. T. Waterman. Phis Rev. септ. 1923, [21,5.3, 219—70; реф. RGE, 8 мар.
1924, '15, Уі 10, 413—6.
34І
343
344
S58
82з
32и
83
86
Указатель
предметов.
.Абсорбция химическая 15S, 193, 221, 246.'
оптическая 92, 9.">, 96, НЮ cj.
, диэлектрическая 200.219—90,345,
950
агат 174, 176, 177, ISO, 181
адсорбция 102, 151, 15S—65, 190
азот 263.
азотистые соединения 93, 95
азотная кислота 81, 336
азотнокислое серебро 166
„ кислый свинец 187
активная слагающая 251, 2D2
ализарин 105, 106
алкалоиды 105
алкоголп 25, 29, 31, 32, 37, 40, .13, 57, GI, 102,
175, 250, 260
аллотроппзм 91, 94, 188, 231
алмаз 49, 91, 93, 125, 186—7
алюминий 75, 116, 138.190,218,23(1,262,371
амальгама 2 S0
амбропд 143
аммиак 14S, 160, 338
амплитуда 31!), 320
анизотропия 109, 150. 15!, 168, 224—5, 26!!,
279, 370
анилин 43, 163; апплиновое масло 270, 275,
292
анионы, ел. иопы
аномалии диэлектриков 193 оі., 1!І9—200, 375
анод 263
аномальный ток 195 ел.
антенна 246
антимонит 188
антрацен 49
антрацит 93
аиантит 1ВЯ
аргентит 189
аргон 261, 262
ароматические вещества 25
асбест 12, 32, 101, 342
ассоциативный коэффициент растворителя
!Ю
асфальт 12
аурнпнгмент 102
ацетампд 81
ацетил-целлулоза 12
ацетон 34, 43, 61, 260
ацетилен 2і;2
Базальт 12, 14, 2;!, 334, 376
бакелит 12, 22, 269, 302, 32S, 335, 376
баллистический метод 204, 205, 240, 243. 244,
246, 24S), 251
барий 190, 219, 220, 221
безваттная, си. реактивная
безъэлектітдпый разряд 258
бензин 39, 259, 260
бепзол 25, 29. 30, 31, 37, 40, 42, 61
берлинская лазурь 102
блеклая руда 114
борнит 116
бор, борон 91, 92, 93, 116, 363
бронза 77, 79
брызги 333—4
брукпт 116
буланжерит 18!)
бумага 12, 17,32,46—7,106,111,130,160—1,
165, 166, 226, 230, 234, 236, 240 — 3,
247, 300, 305-10, 318, 321, 331, 333,
335, 338, 340, 3-12, 354, 359, 376
Вазелин 145, 234
валентность 362—4
вар 143
вата 100, 160; см. волокнистые материалы,
волокна
ваттная, см. активная
векторная диаграмма потерь 200, 202
вероятность 251, 263, 275, 279—30, 304, 300,
330, 331
— 378 —
ветер 334, 374
„ электрический 143
взрыв 130
взрывной потенциал 131—3
вианая кислота 105
виннокислый ватр 105
вппо 172
вискоза 106
висмут 63, 75,77,76,92,101,102,110,116,144
виеыутит 137, 372
включевпл, см. зерва, капельки
влагостойкость 162, 163
влажность 147, 160 — 4, 164, 171, 172, 196,
221, .225, 226, 230, 241, 243, 246, 250,
268, 264, 300 сл„ 303, 304, 332 — 4,
339, 342, 343, 374
внутри-атомные связи 331—2
вода 23, 25, 30, 31. 32, 33, 36, 37, 40, 42, 43,
53—4, 61, 81, 83, 102, 104 ел., 106, 108,
115, 147, 160-4, 209, 221, 222, 225,
226,245, 24(1,250, 257,259, 264, 300-10,
332, 333—4, 333, 336, 338, 340, 343
„ порскал 333—4, 369
водород 137, 160, 161, 259, 262
воздух 101, 171, 269, 210, 220, 230, 246—7,
24S, 256, 259, 260, 262, 268. 269, 272,
2117, 2S1, 291—2, 304, 311,337,338,343
„ жидкий ЗЗіІ
возбуждение вещества 49
восстановление крепости 331—2
воблок 163
волокнистые материалы 10, 11, 12, 32, 106,
111, 135, 136, 163, 196, 201, 224, 300,
301, 318, 321, 343
волокна 279, 304—10, .339
вольтова дуга 66, 117, 263
вольфрам 103, 174
воск 32,46,47,122,143, 222—3,233—1,240—3,
246
время 124, 188, 189, 193, 195СЛ-, 199,211—7,
229, 252, 310-2, 326, 329, 315, 346,
351—3
„ половинное, см. половинное время
выбор диэлектрика И
выветривание ш
выжиг 336
вылряіштелп 114, 137—8, 322
выпрямительный эффект 114, 115, 165, 370,
372
вязкий гистерезис, см. гистерезис
вязкость 89, 90, 143, 192, 199, 201, 208,209,
210-15,217,222,230,240,241,245,249,
250, 251, 311
вязкость отрицательная 214, 215
Газовая проводимость 65, 136, 186
газовый выиряыитель 137—8
газы 25, 39, 40, 42, 45, 66, 97, 101, 106, 143,
144, 145, 158, 159, 162, 167, 194, 222,
263, 267—8, 281, 304, 311, 316, 337,
338—9, 343, 374
галалит 12, 142, 174, 177
галея, галевпт 116, 116, 162, 1$9
галоиды бария 144
свинца 32
серебра 144, 189
гаютроиво-непзменные еоллопды 358
гармоппка Шварца 157—8
гексан 34
гелиЗ 138, -іі2
гематит 91, 95
генератор нспусыпвпВ 167
„ коіебанпй 115
геиератор молний 317
германии 362
гигроскопичность, см, влажность
гидрат онисп железа 102
гипс 174, 177
гистерезис дпѳлектрпческий 13,196, 203, 20Й,
210—7, 247—8, 251
гистология 355
гіипа 100, 101, 104, 241, 337
глинозем 106, 220
глицерин 29, За, 37, 4'-і, 13, 105,245—6, 249,
250
горные лпппи 136, 335, 374
горпый хрусталь, см.кварц кристаллический
гранит 12, 23, 177
граница 265—6
графит 22, 91, 93, 95, 101, 106, 116, 1Ѳ5
гремучий газ 259
громкоговорильвпк 180—1, 183
грязь 136; см. загрязнен пость
губкообразное тело 112—3, 135--6, 154
гуммиарабик 148
гуммигут 102, 190
г у мм плав ПО
гуттаперча 120, 241, 243, зг>4
Давление электродов 274, 277, 278-
двигатель Арно 219
движение диэлектрика 199, 247—9, 374
двойной слой 99, 101, 151, 153
двуцреломлевие 225
декремент затухания 220, 231—С, 237
деполимеризация, см. полимеризация
дерево 106, III, М2, 143, 145, 160, ііііі, ЙН,
245, 24(1, 27!), 2нЗ, 317, 353
детекторы US, 1(12, Ні5, 173, 176
деформация 41, 210—к, 371
—. 379 —
джут 12
диамагнитные соединен пя 92
диафрагма, си. перегородка
дпполн 24—5, J 5,- 4S, 65, 201, 367
дпсперсповы 35S
дисперсия 37, 200
дисперсная фаза 31, 66, 97, 99, 101, 1-12,
J52—92, 219, 222, 221, ЗаК-9
дисперсность G5--6, so, 90, \н'.і ел., 1!ІН, 2(9,
22.1, 358-9
дпеиерсопды IОI, N3, .'158
диссоциация 9G, :і27, :!G0—(Jo
диэлектрики 62—4
„ естественные 1:5
„ органические 119, 135, 142—:!,
375
диэлектрическая постоянная, сы.
индуктивно еть
диэлектрическое смещение 195
дпвлектрогены 27—S
дпэлектрофоры 27
дпхропзм 161, 225
долонпт 23
доменные печи 107
древесина 101
дубление 106
дуга 13, 263
дураке 170
ДЫМ 83, 100, 1-13, 225 ■
Едкий натр и едкое калп 2:!, 44, 105
елочее 336
емкость, виды ее 203—С, 207, 238, 239,
240—4, 250, 252
Жаиесолит 189
желатина 63, 105
железный блеск ПО, III
железо 31, 69, 77, 70, иО, 91, 101, (02, 138,
1.14, 60, 210, ;Ш~5
железо-сод 350
„ сернистое 91
жпдкоетп 40, 42, 45, 66, SI. S5, 96, 97, 143,
145, 192, 194, 190, 222, 2-15—6, 2li5, 2S1,
317, 3(8, 376
нпрныѳ вещества 25
жпровпк 12, II
Зависимость электрической крепости от
длительной нагрузки 330
загрязненность 300 ел., 30:!—4, 305—10; сн.
грязь
зазоры, сы. пленки
аазубрннкп (67
завись азота 262
закон вероятности, си. вероятность
„ взаимодействия химических масе 361
„ Генрп 159
„ Когена ІІІ, [13
„ наложения, суперпозиции 106, 197
„ Ома 6S-0, 129—31, 133, 135, 186
„ Пашена 261-2, 267-S, 333, 375
я постоянства диэлектрической работы
при пробое 32s—9
„ Торшона 375
„ Франца п Епдснанла 73—1
„ экспоненциальный Э5І
законы больших чисел, си- вероятность
„ Пузона 218—s
заливка 231—1, 291—2, 269—70, 292
заливочные массы 301
эаоетревпя 1С6, І(і7
запаздывание iss, :Юі, зю, 316—7, 320, ЗІ6
зарял, перенос его и масса 60—70
затухающие волны ЗН>, 32:1—і
земля 23
зернистость 38, Я!), 135—6, 201, 209, 219, 222.
223, 2-10, 269
зерна (90 ел., 2-16—7, 334
звонки 178
звукопроводность 173
золото 22, 62, 77, 78. 70. 101, 102, 103, 116.
136, 13s-, ІКЗ—а. 262
Иглы, си. острия
идеальный диэлектрик, см. совершенный
избыток изоляции 3-10, 3-13;
известковый шпат 39, 1%
известь 97, 1-15, 172, ls2, 333 пзвостпяк 376
пзерив 116
нал он кривой 91, 05
измельчение 1,~>2, 153
изменение поля 199
формы иолеь-.ул 25, 30, 40, -II
пзиенчввые проводники Ш
измерение времени 169,.371
_ напряжения Jo
изодпйпереолды 357
пзоколлонды 357
изоляторы l!l, ;>2, 136, 170, IwG, 20», 254,
333—1, ::3-І-.\ 311. 37Г). 376
. гильзовые 273
изоляция и изоляторы энергетические 0—10
изомерия 91, 231, 259
изотопы 338
индивидуализация диэлектриков 15, |0
индуктивность IS, 20 — 65, 97—К, 120, IGs.
176, 10-1, 201—7, 219, 2.IS—0. 250,
265—6, 290, 304, 312-5, 376
безкояечно-большая 236, 337
— 380 —
■индуктивность мнимая и комплексная 22, 23,
20(!—7
„ нулевая 20—2
„ отрицательная 20
пперцпя электр и тесная 201, 310
аптегро-дифференциальные уравнения -Чу,
198
йодистая медь 01
йодистое серебро -І0, 90
иоднсгые соединения 9(і; см. галоиды
ионизационный ток 120, 121, 130, 195
ионизация 80 сл„ S6 ел., 2Н6, 311, ЗПІ, 321,
336, 337, 338—9, 342-3, 314, ЗііО
газов 66, 1(37, 168, 209, 245—7, 2s2.
292, 374
, электродов 262
„ ударом 130—3, 134, 13ц, 144, 263,
280—1, 332
ионная группа ЗііО
иокопластпка 173, 174
ионы 07, S3, 97, 112, 120, 183, 230, 257, 339,
343, 361
иридии 135, 138
пскуственные диэлектрики 13—1-
исландский шпат, си. известковый шпат
испарение 47, 75, 203
истечение электрическое 165, 106, 16У, 247,
260, 261, 263, 264, ЗЗу; см. тихий
разряд
ыстория Зу, 195 ст.. 20S
Набели 12, 18—9, 4S, 120, Ш, 218, 231,
234—5, 236, 243, 244, 246, 264, 270—2,
320, 321, 331, 338, 339, 374, 376
кадмпЗ 63, 77, 92
калпй 190, 219
калориметрический метод измерения
диэлектрических потерь 241
кальцит иЗ
каменная соль 49, 187
каменные пластпнкп 12
каналы 99, НО, 143, 167, 170, 2-16, 251, 300,
302, 332, 333, 33м
канифоль 143, 222—3, 233-4, 301
каолин 104, 105
капельки 143, 222, 246, 303, 374
капиллярность 164, 1S3, 300
капиллярный анализ 358
капилляры 100, 101, 110, 163, 337—s
карбиды 96
карболит 12, 32, 202, 301, 302, 334, 336, 330
карбонизация 301, 303
карборунд 103, 114
кармпн 101
карнаубекпй воск 32, 46—7
карта 170
картов 301, 321, 335, 342, 375
каталпзацпя 160, 371
катодное распыление 86—7, 134, 173, 1(4,
262
катафорез 66, 67, 100, 143, 133, 350
катионы, си. ионы
каучук 12, 36, 62, 63, 64, 221, 23(1, 241, 245,
333, 373, 376; см. эбонит
квазп-упругпе связи 45
кванты 268, 332
кварц 101, 102, 132—3, 166, 167, 371
кварц кристаллический 21, 22, 37, 39, 49,
63, 110. 125—6, 1-13, 144, 187, 221, 223
„ плавленный 12, 14, 17, 126, 128, 243,
181, 221, 335
кварцнлит 16
керосин 37, 30, 247, 250, 270
киноварь 180 %
кислород 162, 374
кислота 336, 338,
кислотность 334
кзапаны, клапанный эффект 16, 111
классификация диэлектриков G3, 223, 224,
229
клеіі 105
коагуляция 174, 19s—9, 225
кобальт 144
когерер 173, 176
кожа 106
колебания большой частоты 170, 200, 324,
336
„ электрические 323—4
„ температуры 334—5
коллодий 62
коллоидные растворы 358
„ электролиты 35D
коллопды 10, 14, 4П, 80, 103,106, 151, 152—3,
155
„ лпофобные, лпофпльные,
суспензионное, эмульсионные,
положительные, отрицательные 174, 219, 220,
333, 358—9
колчедан 62
кольца Ібіі— 7
компенсаторы сдвига фаз 44
конвекция 66—7, 143
кондепсаторы 219, 231—4, 2d7, 240-5, 251,
253, 257—9, 284, 293 ел., 313, 373,374
конденсационные смолы 12, 14
конденент 376
кондуктпввость 18, 312, 312—5
контакт 115, 116, 176, 181, 333, 367—8
контактная разность 98
конформное изображение 292—8
381 —
концентрация 90, 190," 193, 220, 220, 360
корова 40, 136, 138, 140, 140—2, 165, 1(і8,
247, 26S, 271—2, 336, 339, 374, 375
коропный вольтметр 140—1
корунд 96
коттреллевскпй способ 106—8, 369—70
коэффициент мощности 218, 229, 235, 237—В
удара 317-20
„ теплового расширения 334—5
краевой эффект 273-Й, 279, 282, 283—93
краски 106
красные лучи 92
кремнезем 105, 110, Ш, 187, 220
креп некисла Гі натр 105
кремний 92, 04, 95, 104, 219, 363, 370
кремнистый железняк 91
крепость электрическая, диэлектрическая,
см. пробойная крепость
кривая гистерезиса, см. цикл
кривизна поверхности 270, 283, 285—!'
кристаллизация 333
кристаллы 22-1, 300, 335, 343, 370
критическая точка 229
критическое поле 258, 259, 200, 370
ксилол 39, 42
кумулятпвность действия 318—9
куприт 116
Лаки 12, 143, 247, 266, 301, 333, 835
лампа Нериств 146
лампы 171, 1'2
латунь 116, 148, 149, 150
лед 36, 43, 44
ликоподий, шгауново семя 101, 102, 111
линии сил 64, 265—6, 269
лпофильиыи коллоиды 359
лиофобвые коллоиды 359
яистоватость, см. слоистые лпэлектрпки
литий 144, 256
литографский слапец 16—7
лихтепйерговы фигуры 168, 371
ломкость, см. хрупкость
льняное масло, сх. назла; 333
Магнезия 162
магнетит 91, 95: 96, 111
магнии 138, 190, 2(12, 334
магнит J14
магнитный ікелезпяк 95
марекаипт 161
марішардтовсісал ъаегл 126
масла 102, 225, 230, 231, 206, 27U, 581, 285,
301—2 ел., .Ч20, 333, 375
„ трансформаторные п выкдю нательный
'12, 37, 40, 106, 145, 222, 301, 302, П0Г
, 318, Ш, 341
масло, льняное 264, 333
я параффпповое 39, 145
„ сливочное 210
масло стойкость 13
мастика 102, 190
маттпровва 172
мачты 218, 246
мсгомит 12
медная окись 91
медный ку а орос 33
медь 62, 75, 77, 78, 79, 95, 101,102,116. 13S,
144, 333
мера множества 166
металлическая диссоциация 68—71, 186
металлов индуктивность 22, 55 — 63, 158,
367—8
металлоиды 27
метаксиловые растворы 31
металлы 75, 87—8, 138, 153, 186, 1S9, 20Ь
363, 364—5
метамерия 25
мпаргирит 189
миканит 12, 111, 2".'і, 300, 320, 327
мпаарта 226—7, 300
мнкартафоліи 332
микафолий 229, 232, 237, 238, 300
мпкроисследованпе 35, 225, 228, 337, 356
мвкроостаточное сопротивление 73
микроскоп, см. мпкропсследоваппе;335, ;!5ij
микроструктура 14, 89, 99, 108—18, 134—6.
154—8, 166, 201г 219, 230, 301,332—3.
337, 339, 343, 355—6, 350
мипос 219
многоатоипые газы 262
мкогограппш; 154
множестве 355—6
модель Вора 332
„ влажного диэлектрика 300
„ поляризации диэлектриков 24, :і9
„ рассеяния 22-1, 251
„ электронная ЗеО— 5
молекулы 268
молекулярпая концентрация 31
молекулярное омпжпепие 33, 91
строеппе 209, 249, 259, 262.
299, 301
молекулярный вес 95, 259, 262
молибден сернистый 360
молибденовый блеск 96
молшши 67, 89—90, 105, 112, 125, 267
молния 317
молоно II, 12
момент вращения 248-9
— 382 —
эіонтанскпй воск 32, 46—7
моров 44, 335—6
морщив и сто сгь 343
мостик: Поути, Нерпста, Вина, Гранье, 204,
205, 244
ыостшсп проводящие 304, 308—Я
мотограф 182
моча 172
мочевина 31
мрамор 23, 33, 245. 37(5
муравьиная кислота 25, 43, 46, S1
муравьи нокн ел ый мстил 260
„ этил 2S0
шило 172, 359
мышьяк 116
мягкость диэлектрическая 19, 60—1
Навивка 224
наводка 26!, 266
нагрѳваипе диэлектриков 118—9, 230, 255,
27U—7, 298—300, 301, 301, 316,321,
327—30, 332, 334—6, 344—53, 37.1
нагрузка, виды ее 316, 376
наперсток 334, 376
наполнение 219, 224, 321
наследственность 33, І!)У, 208
настройка волновая 213
натрий 77, 144, 219, 257, 334
натрпон 105, 144, 220, 320
негативизм 214
необратимый ток 196
неоднородность 39, 119. 201, 207, 209, 22U,
229, 230, 249, 282, 301, 312, 320, 355—6,
355
неон 262
непроводники 52—55
неровности 264, 280, 339
несаиостонтельаый ток 130
неустойчивое равновесие, сы. равновесие
никелин 83
ниаель 63, 88, 138, 263
нити, ниточки 101, 147, 246, 279, 304, 315
нитрация 336
нптробензо.1 152, 163
нормализация 12
нормальный ток 194
Обе опыление 143
обкладки 230, 239, 246, 279
обмотка 164, 165, 246
оболочки водные 89, 105
обрабатываемость 13
обработка 224, 225 ел., 226, 227, 228—9
обратимость процесса 98, 99
обратимый тик 196
обсидиан 161
обходы 292—29S
огнестойкость 13
одноатомные газы 262
однородности, см. неоднородность
односторонние факторы 224
озокерит 120, 121, 234
озон 136, 161—2, 336, 338
окиси металлические 44, 63, 91, 93, 95, 101,
102, 144, 145
окисление поверхности 151, 230, 264, 336
окислы азота 136, 336, 338
окись барня 145
„ железа 95
„ медн 189
„ цинка 342—3
окклюдированные газы 91, 115, 246
окклюзия 158—9, 338
оливковое масло 37, 43
олифа 106
олово 62, 75, 101, 102, 141, 230, 280
„ сернистое 91
омическое сопротивление поверхностное 13,
18
омическое сопротивление объемное 13, 18
опилки 1-15
онтннум газовой проводимости 135
оптический кланап 111
осмос-машнна 10;і, 104
осп 2^4—5
особые точки 166, 167, 175
остаточный наряд 37, 38, 39, 246, 230.
250—1, 373
ток 351 .
острие 114, 116, 175, 263, 271, 277, 318, 321
340—2
отвлеченный диэлектрик, отвл. конденсатор
194, 201, 207, 222, 233
отдых диэлектрика 330—2
отказ 254
отливка 224
относительное движение, см. движение
отщеиленпе электронов 92, 185—6
охлаждение электрических установок 335—6
охранное кольцо 274, 275, 283
очистка 229, 250, 301, 375
Палладий 77, 13S
нараффин 17, 30. 31, 32, 36, 37, 39, 42, 43,
46, 63, 122, 142, 1*13, 162, 163, 170, 171,
194, 240-3, 250, 261, 304, 340
паръэлектрические тела 52
пассивное сопротивление, см. вязкость,
трение і
пеарцеит 1Я9
пекштейн 12, 14
иена 310
— 3S3 —
■пере гора в пе, см. перегрев
перегородка 100, 101, 102, 105, 106, 10s
перегрев 218, 344 ел., 344—54
перекпеп 95
переклеь свинца 220
лере напряжение 136
перпкон 115, 116
перенос масс 96
пермутпт 144
песок 23, 100, 171
песчаппнк 23
петролаты 320
п пезо электричество 300, 343—4, 376
пплпт 163, 164—5
пирамидки 15G
ппрптк 114, 115. 116
плавиковый шпат 49, 1ST
илавлеппе 45, 176,221, 233, 231, 233-4.250,
269, 363
пламя 66
пластпнчатоеть, си. слопстые диэлектрики
платппа 62, 77, 101, 102, 103, 138, 144, 154,
174, 182
платиноид, платинит 88
пленкп 22, 116, 135,14S, 148, 158, 159,1G0—70,
1S4, 173—4, 175, 180-1, 183, 185, 189,
221, 230, 246—7, 260, 251, 266, 267, 277,
281, 282, 291 — 2
плотность 3I
„ газов 254
электрическая Кііі, 175,1,-13,21(1—7.
265
плохие проводники 16
площадь 152, 154—8, 247, 269—72
плунбнты 116
повареная соль 33
поверхностная проводимость 17, 147 ел.,
183—5, 1S8, 1S9, 336
поверхностное натяжение 183, 372
поверхностные разряды 136,169—71, 265—6,
2(І6—7, 336, 376
поверхность 97, 08, 148, 153, 153, 154 ел.,
163, 1(16, 170 сл„ 175,192, 193, 265—6,
304, ЗЗЯ, 343, 372, 376
поверхностный разряд, см. разряд
поверхностный
поверхности уровня 265, 270—1,2S4—7, 295
поверхностное натлженпе 183
поглощение, см. абсорбция
подкладки 291—2
показатель преломления 167
полевой шпат 101, 105
поле однородное 272—5, 270
„ пробоя 255, 258—70, 283—98, 299, 304
полимеризация 332
полиморфизм 363, 364
иолпморфичеікое преобразован не 364
полировка 148, 162
полнтронпш 91
половинное время 326
полость 256, 337
полосы поглощения 250
полотно 230, 236, 241, 247. 300, 31S
полупроводники 16, 17а, 173 ел.
поляризация диэлектрическая 344
„ обращенная 20, 22
„ электролитическая 96, 251,
225—7
по Спльбп и Гонеману 124—Ь
пополнение 32
порпстыг тела 106, 115, 160, 161, 11)6, 2-Ді,
241, 243, 250, 376
„ сосуды 241
порошки 78, 91. 135—6, 147, 148, 152, 153,
172—3, 370, 373
порфир 23
поры 90,115, 20!і. 246—7,251,332, 336—8,3J3
последействие 37, 38, 239, 312
постарение 332 — 4, 331, 336, 338 — О,
339—40, 343—4
постоянная времени 329
погаш 166
потерп диэлеіітрические 13, 18, 19, 33, 39.
63, 200, 205, 222, 220, 239, 373
правило Гельм гольца-Ламба-Смолуховского
151
„ Дебая 45
„ Добросврдова 27
„ Кена 52, 153
Еена в Райдта (заііои КогепаІ
98, 367-S
„ Ланга 27
Моссотн-Клаузпуса 30, 40, 41
смешения 90
Твпнга 26
Томгона-Нернста 25
Траубе 26
Филиппа 29—30, 31
„ Эренгафта 29
предохранители 15, 136, 311, 371
прерванпый удар 326
прессовка 224
прессшпан 12, 163,221,226,241,243,244,300
прилипание диэлектрпчесиое 257, 261, 262
прпмесн 32, 118, 370
принцип суперпозиции, см. закон наложения
пробои газовый 40, 129, 170, 256, 262, 268,
317—8, 370
„ изоляторов 135, 209, 218, 228,
254, 298—300, 344
— 384 —
пробой частный 254, 271
пробойная крепость 13, 14, 16, 18, 246,
254—6, S98, 340
характеристика 345—54
пробойник 26S—70, 272—5, 279,286, 292, 301,
307, 311, 341
провизия 105
проводимость 24, 299, 360-5, 367, 369, 371
і объемная 147.
„ поверхностная 64, 81 ел., 221,
222, 224, 246- 7, 249, 255
, четвертого вида 129, 143, 264
проволока металлическая 264, 271—2,
я эмалированная 12
промышленность изоляционная 12. 225
проппоновокпслый этил 260
пропитка 226, 240—4, 300, 338, 343
прослойки, сн. пленки
просушка 119, 221, 226, 227, 260, 300 ел.,
301 ел., 310, 335
проти во устойчивость действию сырости 13
проч весть, см. пробойная крепость
прустит 372
певвдоизотропные вещества 10, 219,220, 224,
300, 335
пепломелан 114, 115, 116
пустота 256
пустоты газовые 91
пузыристая масса 113
пузырьки 142, 246—7, 304, 310
пупырышки 157
пыль 100, 106, 108, 142, 224, 339, 342
Равновесие неустойчивое 11S—9, 218, 32S,
344
радиоактивность 82, 86—7, 262
радиотехника 44, 21S, 219, 233,.2-!3, 245, 250
размягчение, см. тестообразноеть
разрежение газов 265
разрядник, см. пробойник
разрушение материи 24, 38, 47, 4S, 48 — 9,
184 ел., 327, 331—2
„ изоляторов, си. постарение
разряд поверхностный 339, 376
раесеянпе энергии 13, 16, 229
„ диэлектрическое 207, 208 ел., 222
раковппи, см. полосгп, поры п пр.
растворы 43, 44, 83—5, 219
воіные 23, 31, 32
расшатывание диэлектрика 343
реактивная сіагающая 251. 252
резина 12, 120, 150, 233, 23'і. 237, 250
резонанс 37, 249-50, 319, 364
релаксации 16, 54, 55, 200, 207, 252, 312,
314 — 5
реле 16, 17S, 180—1
рициновое (касторовое^ масло 37 43
рог 177
роговой разрядник 319
родин 138
ролендовекпе токи 67
рост металлического сопротивления S6
ртутные мази 30
ртуть 40, 72—3, 75, 77, 82, 97, 162, 174,230,
258, 262, 372
рутил 23. 45
Сажа 307
сахар 32, 105
сверхпроводимость 63, 71, 85, 361—4
свет 332, 333
свѳтопенусканве 96
светочувствительная клетка 186
свечение 257, 259, 263, 264, 266, 32S; см.
корова
свинец 63, 73, 75, 77, 78, 9о! 101, 102, 14і,
210, 219, 220
евпнцово-борное стекло 210, 353
свинцовый блеск 96
селективная защита 319
селей 49, 79, S0, 91, 93, 162,1S7—8,363, :172
селенистые соединения 95, 372
селитра калиевая 90
сера 36, 37, 43, 63, 91, 93, 101, 113, 136, 143,
1U1, 162, 163, 186, 189 ел., 190ел.,21Л,
332, 333, 342
серебро 62, 75, 77, 7.4, 79, 102, 103, 116, ]3\
144, 165, 173, 173—4
серная кислота 81, 145, 161, 166, 257
сернистые соединения 189, 372
сернистое ікелево 104
„ серебро 36',)
серн петый цппк 49; сернистый молибден
360; еерппстый таллий 372
сернокислый барий 9іі, 186
„ натрий 105, 1Й6
серный ангидрид 108, 189
сероуглерод 36, -(2, 43, 101, 260
серпентин 177
сигнальные часы 179—81
сила 209
силикаты 219 ел.
сплпкон 115, 116
силлиманит 312
сильвин 49, 187
синтетические смош 12, І-І
сито 308
скачок и угол электропроводности Ь1, 03.
2.І9, 369
скользящие искры KID—71, 261І—7
— 385 —
округление края 289
слабое место 119, 276—7, 279, 328, 346, 348,
352
сланец 174, 177
слоистые диэлектрики 136, 201, 224, 239—240,
266, 282, 312—3, 332,335, 341
сюдовая дость 143
слюда 12, 44, 78,- 79, 111, 120, 122, 123, 161,
164, 186, 219, 22Д, 224-5, 231, 232,
233, 240—1, 243, 245, 247, 27В, 281,
300, 313, 320, 326—6, 342, 353, 373
смадьтнн, ншальтнн 116
смола 12, 14, 124, 231, 236^ 241, 336
совершенный диэлектрик 194, 233
сода 106 '
созревание суспензии 100 ел.
сол 358
солп расплавленные 90, 96
сопротивление, сы. проводимость
„ материалов в-леятрпческое 10
„ поверхностное 169 ел.
еппнтерметры 136
сплавы 76, 88, 91, 219
стабнлнт 143
сталь 63, 116, 210
станиоль 146, 147, 148, 149, 371
статистика, см. вероятность
створаживание, см. коагуляция
стеариново-квелый аммонии 32, 46
стекло 17, 22, 23, 34, 35, 36, 44, 63, 96
122, 123, 126, 127, 128 — 9, 143, 144,
159, 161, 162, 163, 169, 177, 219, 221
■ 231, 233, 234, 235, 236, 241, 243, 244
261,282—3, 320, 328, 333, 340,343,353
стеклянная вата 342
стереои зон ерия 25
стерилизация 105
стойкость 263
стрпкт о-электричество, см. электрострнкцпя
строение 219, 223—5, 249—51
структура, см. микроструктура
субъвлектроны 67, 368
сульфиды 40, 9о, 96
сургуч 143
сурмяной блеок 189
сурьма 62, 75, 77, 92, 116, 138, 220
суспензии 101, 103, 153, 174, 189—93
суспензпоны 358 .
сухость, см. иросушка
сушка, см. просушка
сфалерит 116
схематический диэлектрик, см. отвлеченный
сцепление диэлектрическое 257,259, 260 262
сыворотки 107
і П. Флоренский.—Диэлектрики.
ТаПЛИЙ 78, 190, 372
таптал 103
твердые тела 41, 42, 45, 66, 96, 07, 143, 194,
222, 245, 265, 281, 311, 316—7
текучесть 89, 105, 307, 358
телеграф 181—2
телефон 182, 372
теллур 91, 92, 94, 116
температура 230, 236, 255, 259, 298—300
„ эффективная 128
„ перегорания 127
темиературннп коэффициент 87—30, 376
„ „ проводимости
87 ел., 125
теория множеств 355
„ функций 355—6
„ чисел 355, 356
тепловая потеря 276—7, 34і
тепловое равновесие, см. равновесие
неустойчивое
тепловыделение 299—300, 344, 353
теплоемкость 346 ел.
теплоотдача 276—7
теплопроводность 271, 2S2, 345 ел., 375
теплостойкость 13, 376
теплота Джаудя 207, 235, 276, 299, 327—30,
344
Сименса 207, 20S, 21S, 276, 290, 327,
328, 346, 347
теплые точки 328, 339, 344
термин 355
термпопнзацня, тержшонпзацпя 145, 151
терпентин 37, 39, 101, 243
гестосбразяость 236, 250
тетраедрпт 115
тегра этпл-аммонпЭ-нафтален -(?-сульфонат
32
технические условия на диэлектрики 12—1,
15—8
тпндаллевская реакция 358
титан 91—92, 94
тихий разряд 136, 277, 376; см. свечение,
корона
ткани пэолнрующпе 12, 32, 111
ток насыщения 130, 263
„ проведения 54
„ смещения 54
„ от течения 101
толуен 260
толуол 42
толчки, си. удары
толщина сдоя 134, 239—40, 247, 258, 260,
280, 281—3, 352
топология 356—7
торф 104
25
— 3S6 —
точен слабые, горячие, см. теплые тгічеп
травы 106
трансмутация 70
трансформатор Теслы 324—6;
трансформаторы 326
трепиѳ 210, 249, 251
трещи вы 333, 335
трубки изоляционные 12, 229, 231, 232, 234
туман 143
турмалин 111
тяжесть 224, 225
Углеводные соединения 93
углеводороды 338
углекислота 81, S2, 221, 259, 262
углекислый натр 187
евпнец 49
углерод 03, 307
угол потери 200, 220, 221, 220, 230,234,237,
230, 240, 2-15, 249
уголь 91, Ю, 116, 138, 14-1, 152 159, 373
удар электрически3 310—27
уксусная кпемота 20, 4G
уксусно-кпелый нети л 260
я „ этил 160
улырагаэовое состояние 75
ультрамикроскоп 337
улырамппроструктура 39, 40, 154—8, 223
ультра молекулярное строение 209, 355
ультрапорнстость 159
ультрафиолетовые лучи 167, 1(38
униполярная индуктивность 225
униполярная проводимость 112 ел., 120, 121,
175
униполярные потери 225
унификация 12
упругость диэлектрическая 10, 37, 196, 210,
211, 215, 217, 222, 236, 244
усилитель напряжения 182
ускорители 160, 371
установка Теплера н Пика 322—3
„ Еулпджа 320
утечка 201, 205, 230, 231, 245, 246, 249,250,
266, 371
утомление диэлектрическое 330—2
Фактор времени 311
фарадей 184, 372
фарфор 12, 14, 17, 96, 126,128,143,144,150,
170—1, 219, 243,266, 274—5, 310, 312,
317, 327, 333, 334, 336, 337, 343, 373,
37G
фарфоровая земля 101
фенолы 31, 43, 46
феноменологический аналпз 5—6, 19, 209,
210, 257
ферромагнитные соединения 92
ферромарганец 107
фибра 12, 143, 1G6, 321
физиологический раствор соли 172
фильтр, фильтрование 302, 304, 305—6,
308—10
фланель 63
флуоресценция 187
фольга 280, 353
форма 356; см. строение, микроструктура
„ но леку л 268
форманпд 81
формула Ггоп І31 ел.
„ Кенпгсбергера 92, 360
„ Ппка п Уайтхэда 139-40
фосфор 91, 94, 95, 267
фосфорнокислый патр 96, 105, 183
фосфорнокислые щелочи 189
фосфорные соли 32
формирование диэлектрика 229
фосфоры 49—51
фотон пдуктпвность 49—51, 1S6
фотононпэацпя 145, 185—G
фотокондуктивпость 185—9
фото поляризация, см. фотопндуктпвность
фототроппя 190
фотоэлектрическое действие,
фотоэлектрический эффект, фотоэффект 48,49,150,
185—93, 372
фот о не пускание 364—5
фотоэлектроны 3G4
фронт волны 317, 318
фуксин 337, 37G
функции лпнпп 202, 203
Халкопирнт 116
характеристика 117 — 8, 345, 348, 349, 350,
352 ел.
химия 14
хлопчатая бумага 62, 108, 164
хлопчато-бумажное масло 37
хлор петая сурьма 8
хлористое серебро 90
хлористый калий 32, 33
„ натрий 33, 187
хлористые соединения 96
хлорофилл 101
хлороформ 30, 40, 61, 102
холод, см. мороз
холст 241; си. полотно
хрупкость 11, 223, 301, 302, ЗІ1, 335, 37G
— 387 —
Цешіон 353
.целлулоза 353
целлулоид 12, 64, 122, 143, 166. 376
цемент 333, 334—5
центрифуга 306, 308, 310
центры фосфоресценции 49—50
цепочка 173
цеолит 144
церезин 32, 46, 143
церусвнт 116
цикл гистерезиса 203, 205—6. 210—8, 240,
245, 251
цинк 63, 75, 77, 101, 102
цинкит 116
цинковая обманка 19, 1ST
цилиндры 269, 318
циркон 92, 94, 95
Частицы 101, 142, 222, 224, 225
частота, 236—7, 243 -6, 328—9, 346 -7, 350,
364
человеческое тело 171, 174
Шайба фарфоровая 274
шары 269, 318
шелк 63, 100, 101
шеллак 12, 122, 143, 275
шереховатостн 165, 174—6, 339; см.
пупырышки, неровности
шерсть 100, 108; см. пплпт, волокнистые
материалы
шифер 143, 174, 176, 177
шкала крепости 16
шлифовка 233.
штамповка 224
Щелочные элементы 143, 220, 221, 363
щелочноземельные элементы 364
шетка 114
Эбонит 12, S6, 37. 42,43,63,1311,142,161—2
162, 163, 1S6, 221, 241, 243, 2І4, 2-15,
250, 282 — 3, 307, 333, 340, 376;'см.
каучук
вПлеров интеграл 252
экономичность 11
экраны 16, 340
электродвижущая сила фильтрования 103
электроды 260, 260-70, 279, 280, 284 ел., 304,
306-7, 309 318, 375
шаровые 268, 269, 27S, 275,318
плоскпс'263, 26'J, 273, 276, 273,
279, 280, 284, 285
„ коаксиальные 260, 272
Роговекого 286
влектроклапаны 112, 114
электролиз 124, 145, 230, 334
электролит 153, 183, 250
электролитическая про во дни ость 67,80—90,
88, 90, 144, 257, 369
электронная проводимость 66, G7, 87, 144
„ реакция 361, 364
электроны 67, 72,' 75, 184, 360, 365
электронные трубки 40
электронный газ 57
электропроводность, электропроведение, см.
проводимость
электроскоп 178—9, 182
электросиос, влектроосиос 66, 99 ел., 150,
151 ел., 175, 230, 302
электростатпчэскпе притяжения 16, 174 ел.
эіектрострпкцня 265—6, 300, 343, 374
электрофорез 66, 67, 100 ел., 150, 153,
элеістрофоточувствительность, сы.
фотоэффект и проч.
эмиссия оптическая 9іЗ
„ электронная 97, 115, 117, 167, 1S6
эмульсии 30, 101, 105, 153, 303, 305—6
эиульспопы 358
эндосмос 100, 101
этилмалонат 102
этплнитрат 43
эфир 25,ц40, 42, 45, 48, 61
эффект Иовсепа п Рабека 174—83
Лпппмана 97
„ Перкппса 22, 183—Ъ
„ Гебуля 165—9, 175
„ Ричардсона 97
Явление Пельтье 78
Корра 48
яды катализаторов 160
янтарь 63, 162, 221, 244
35*
— 388 —
Некоторые из опечаток.
Страшщв
іі строка.
23'
55, форм. (21')
90, форм. (59)
106'і
Ш.,а
1582"»
171'*
175, фпг. 69.
Ib8,s
189>*
189лз
190. фиг. 81.
200, форм. (1741
201,0
202»
203,3_13
2191 *
220іѴ
236=й
240!<*
240"
241П ь
245.,,
245І-
245,
U 56
2523
261, форм. (21^)
261, форм. (213)
263, форм. (217)
26415
266"
269.20
277в '
277"
2813
286.2
2S6j
287, форм. (237)
287, форм. (242)
287^
28а„
289, форм. (247)
2395,..-,!!
290, форм. (250)
3171-
3193
31915
320,,
323, форм. (305)
332„е
334;
343 л
Напечатано:
[SO, 51
Р
дг*
0,0855
отгрузкою
ради»
сны еле
ЛІ-НОН
2,1№й
сернистого
клал
значение '": '„
1 Т
оѴ^-С-р V
фиг. 92 III
тзаші сито
емкости гут мжио
Гошгпксоп
ДИЭЛОКТНЧССКИМ
-0,3
обкладок диэлектриком
подобную
в сек. вер.:
л: асе
(93)
шічего не стоят и зависимости
і: ледов ате л по
Тогда
<£т=.(Ейчніт =
{Г + Wi
такого л;е
градпет
ЧТО
1000 V
исследование
вероятности
приходила
— А
с ■ cos о
1
(217) '
ледоступ mo
2c'*CQ5'=v
Ъ>
і+<9
масла
~
затихают
петролнты
*(£/£-')
КОНЕЧНОМ
карболит, плавлеппыіі базальт
элементов,!, нэлектрика
Должио бить:
[51, 52J
(КѴ
<»зя-
0,0855
отгонкою
роди К
смысле
МИЛЛИОН
направо букву k следует заменить
буквою Л', и наверху сделать более ясною
цифру 400 V.
2. № Q
серного
кэзл
значение I:L,
1 Т
2 ' " ^ Т
фиг. 91 III .
зависит от
емкости можно
Гонкипсоп
ДІІЭЛСКТрІІЧеСКІІ.Ч
,,,~о,з
обкладок с диэлектриком
подобную же
в пер. : сек.
.час л
(193')
пичего не стоят против таковых же в
зависимости
следовательно,
Далее,
а/ = 6, к =
{Т+Ь)ъ
такового ;і;е
граднепт
что
1000 к¥
исследования
в вероятности
проходила
—А
е ^ cos i
2 е ? cos <i>
(242)
, педоступпую
2 е ? cos '}„
в четырех местах вместо А„
7? U
2 + с'
масла
□о
затухают
нетролпты
*№£->*)
а конечном
карболит н п.іаелешіміі базальт
элементов диэлектрика
ОГЛАВЛЕНИЕ ПЕРВОЙ ЧАСТИ.
Стр.
От Редакции ■ 3
От Автора 5
I. Предварительные соображения.
1. Изоляция в техппкв 9
2. Электрическая прочность , 10
3. Виды технических диэлектриков 10
4. Технические условия диэлектриков 12
5. Перспективы будущего ■ 14
6. Основные электрические характеристики диэлектрика IS
II. Диэлектрически 8 коэффициент.
7. Общее понятие об ппдуктпвпостп 20
8. Физическая природа ппдуктпвпостп .' 23
9. Зависимость ппдуктпвпостп от химического состава дпз.івктрнка 25
10. Индуктивность смесей, эмульсин н растворов 28
11. Зависимость ппдуктпвпостп от времени 35
12. Индуктивность и диэлектрическое последействие 37
13. Зависимость ппдуктпвпостп от давлетгпя 39
14. Зависимость индуктивности от температуры 41
15. Зависимость ппдуктпвпостп от молекулярного строения п аггрегатпого состояипя. 45
16. Зависимость ппдуктпвпостп от напряжения поля 47
17. Зависимость ппдуктпвпостп от освещения 48
III. Электропроводность.
18. «Диэлектрик» а «непроводник» 52
19. IIндуктявность хороших проводников 55
20. Электрическое поле в проводниках '. 58
21. Проводимость и индуктивность 63
22. Ток смещения и ток проводимости 64
23. Виды электропроводности 65
24. Электропроводность металлов 67
25. Сверхпроводимость 71
26. Электропроводность при плавлении п нспарѳппп 75
27. Электропроводе ость сплавав , , . 76
28. Электропроводность электролитов . . , . • 80
29. Зависимость электропроводности металлов п электролитов от времени 8В
30,. Зависимость электролпто- и металлопроводности от температуры , , 86
Стр.
31. Изменчивые проводники 90
32. Обзор изменчивости проводников , 93
33. Электросмос п электрофорез , . . , 97
34. Электросмос п электрофорез в промышленности 103
35. Проводимость іі строенпе 108
36. Униполярная проводимость 111
37. Электрическая неустойчивость диэлектриков 11В
38. Зависимость диэлектрической провоап.чостп от силы ноля, времени и температуры. 120
39. Электропроводность чрез ударную понпэапшо .' . , . 130
а. Общпе соображения об ударпой поппзаднп 130
б. Формула Гюп 131
в. Изменение гозово5 проводимости от разных условии , 133
г. Сопротивление газа в тонких слоях 135
д. Сила поля " . , 120
е. Время 124
ж. Температура ....,•..,.■ . 125
з. Физическое состояние 129
п. Смеси 129
40. Некоторые применения газовой проводимости 136
а. Газовый выпрямитель Еёша п Смпта 137
б. Разряд прп высоких напряжениях 138
в. Коронный вольтметр . , 140
г. Весьма высокие напряжения 142
41. Проводимость изоляционных материалов 142
IV. Поверхностная электропроводность.
42. Общее понятие о поверхностной электропроводности 147
43. Электр осмотическая основа поверхностного электропр введения 151
44. .Поверхностное состояние вещества 154
45. Абсорбционные явления ._.,,. 158
а. Определения 158
б. Абсорбция и ваталнз ..,..- 159
в. Адсорбция воіц и других веществ . 160.
46..Явление Ребуля . . ■ 165
47. Некоторые электрические явления па поверхности 169
а. Поверхпоствын разряд 169
б. Общественная опасность эагряапеппых ламп накаливания 171
в. Проводимость порошков , 172
г. Сопротивление пленок 173
д. Электростатические прптяікеппя ■ 174
е. Технические применения эффекта Hon сепа-Рабека 177
48. Поверхностный заряд и физические свойства поверхности 183
а. Поверхностная электрическая плотность н капиллярность . 183
б. Эффект Перкппса 183
49. Фотоэлектрический эффект 18&
а. Общее понятие 185
б. Алмаз и другие кристаллы 186
в. Селен и подобные вещества 187
г. Действие света па суспензии 189
V. Диэлектрическое рассеяние энергии.
50. Аномалии диэлектриков 194
51. Расширенное понятпе емкости 201
Ы, Комплексные диэлектрический коэффициент , , 206
- ш -
Стр.
53. Понятие о диэлектрической! рассеянии 207
54. Феномепологпческнй анализ диэлектрического рассеяния 209
55. Зпачеппв диэлектрических потерь в технике 218
56. Зависимость диэлектрического рассеяния от состава, оостопппя и строения ве-
, иества .." . . 219
а. Зависимость рассеяния от химического состава.. 219'
б. Зависимость рассеяния от физического состояния диэлектрика 222
в. Зависимость диэлектрического рассеяния от строения вещества .... 223
67. Зависимость диэлектрического рассеяния от обработки вещества 225
а. Завнсішость от гигроскопичности н содержания влаги 225
б. Зависимость от обработки 226
в. Зависимость потерь от времени службы 229
г. Зависимость потерь от рода обкладки конденсатора . . .' 230
68. Зависимость диэлектрического рассеяппя от температуры вещества 230
69. Зависимость диэлектрического рассеяния от напряжения и частоты 236
а. Зависимость рассеяния от напряжения 236
б. Зависимость рассеяния от частоты . ■ 240
60. Зависимость рассеяппя энвргниотводпыхп воздушных включений в диэлектрике. 246
а. Зависимость рассеяния от водных нор 246
б. Завнсішость рассеяппя от воздушпых включений 246
61. Гпстерезпс при относительном двшкешш • • 247
62. Новые данные о днэзектрическпх потерях 249
VI. Пробойная крепость.
63. Общее понятие о пробое , . . . . \ 254
64. Пробой газов 256
65. Некоторые явления, связанней! р. ионизацией гааов 263
а. Ступени ваеовоготірдбоя 263
б. Остриевой^разряд ,„$ . ■■*>■,як» 263
в. Потерн паіЛропу .... . . • 263
г. Газовая ионизация у поверхности диэлектриков 265
д. физическая природа поверхностного разряда 266
е. Закон Нашепа и пробойпое напряжение 267
66. ПробоІппк -': 263
-67. Зпаченпе формы ноля , 270
68. Пробоя в однородном ноле . . * 272
69. Зависимость пробоиной крепости от площади испытуемого образца 275
70. Зависимость пробойной крепости от толщппы образца ' 280
71. Аналитическое исследование пробивающего поля 283
72. Электроды Роговского 287
73. Толстые электроды 292
74. Зависимость пробойпоіі крепости от температуры 298
75. Значение влажности и загрязненности 300
76. Зависимость пробоНпоЙ крепости от времеип . • 310
77. Анализ ударного пробоя 312
78. Классификация нробойпых явлеппй в зависимости от времеип нагрузки .... 316
79. Пробой ударною нагрузкою 318
80. Пробой кратковременной нагрузкою 327
81. Пробой продолжи те льпою нагрузкою , 330
82. Пробой долговременно» нагрузкою 332
а. Постареппе 332
б. Электролиз 334
в. Температура 334
г. Холод 335
IV
Стр.
д. Озоппроваппыіі воздух п окпслы язота '• ■ ■ 386
е. Пористость . . ■ ■■ 336
ж. Газовая попизадпя 338
а. Обстановки • 339
п. Стрпкто.-п ппэзо-электрпческне лвлевпя 343
83. Тепловая теория пробоя 3-**
Пі. Итоги.
84. Гистология диэлектриков и математика 355
85. Впды дисперсности . , 358
8G. Статическая теория электропроводдостп 360
87. .Іптературные примечания 365
88. Указатель предметов . , 376
89. Некоторые опечатки 388
90. Оглавление первой части • 389