Физика в играх - Бруно Донат

Теперь представьте себе два листа оловянной фольги (рис. 103, А) с перегородкой между ними — стеклянной пластинкой. Мухи — это частицы электричества, которые попадают на бумагу, находящуюся слева от электрической машины. К правой бумажке прикреплен провод, соединенный с землей. Электрический заряд, который из кондуктора электрической машины переходит на левую оловянную полоску, притягивает электрический заряд земли на правый листок оловянной фольги.

По мере работы электрической машины на обоих листках скопляется все больше и больше электрических зарядов. Таким способом можно получить на стекле очень сильный заряд. Если бы можно было вытащить стекло, оба электричества стремительно соединились бы друг с другом. То же самое произойдет, если предоставить им какой-нибудь другой путь соединения, например присоединить к обеим сторонам проволочки. Тогда при сдвигании концов проволочек между ними произойдет сильный разряд. Этот прибор и есть конденсатор (сгуститель электричества), а листки оловянной фольги, приклеенные по обе стороны стекла, называются его обкладками.

Такой плоский конденсатор изобрел американский ученый Бенджамин Франклин.

Рис. 103

Если вы дотронетесь до одной обкладки заряженного конденсатора правой рукой, а к другой прикоснетесь левой, разряд электричества пройдет через ваше тело, и вы почувствуете сильный толчок или сотрясение. Сила сотрясения зависит от того, насколько заряжен конденсатор.

Количество зарядов, которое может скопиться на нем, зависит от величины поверхности обкладок, от толщины перегородки между ними, а также от источника электричества.

Можно наэлектризовать обе поверхности стекла и без оловянных обкладок, — нужно только потереть его одной стороной о кондуктор электрической машины равномерно всей поверхностью. Заряд стекла можно увеличить, если к другой стороне стекла, напротив того места, которым стекло натирается о кондуктор машины, подвести откуда-нибудь отрицательное электричество. Но при разряде такого конденсатора нельзя получить сильный толчок. Это происходит оттого, что стекло — плохой проводник электричества, и, когда к нему прикасаются пальцы с обеих сторон, разряд происходит только на тех небольших площадях, к которым прикасаются пальцы. Понятно, что на таком небольшом пространстве не может быть сильного заряда. Когда же вы прикасались к оловянным обкладкам, приклеенным к стеклу, разряд электричества происходил одновременно по всей поверхности обкладок, прекрасно проводящих электричество.

Если свернуть такой плоский конденсатор в трубку, получится так называемая лейденская банка — конденсатор, который дает возможность сосредоточить большой электрический заряд на маленьком пространстве. Два ученых почти одновременно изобрели конденсатор-банку. Один из них — Домхер Клейст в Померании, а другой — физик Кюнеус в городе Лейдене. По имени города Лейдена, где Кюнеус построил свой конденсатор, его назвали лейденской банкой.

Говоря о лейденской банке, мы не можем уже говорить о правой или левой, о верхней или нижней обкладке; мы будем называть их внутренней и наружной.

На рис. 103, Б показаны две лейденские банки. Первую сделать трудно, но зато она действует лучше.

Оклейте оловянной бумагой гладкий стакан снаружи и изнутри до одинаковой высоты. Оловянная бумага должна на несколько сантиметров не доходить до края стакана. Оклеить стакан снаружи нетрудно, а для того, чтобы аккуратно и точно оклеить его изнутри, придется основательно повозиться. Но не отчаивайтесь и терпеливо доведите работу до конца.

Обычно с кондуктором электрической машины соединяется внутренняя обкладка лейденской банки. Для этого можно провести узенькую полоску оловянной фольгой до края стакана, но лучше сделать иначе. Припаяйте к концу обрезка толстой проволоки отдельные кусочки тонких проволочек так, чтобы образовалось нечто вроде зонтика. Толстую проволоку с зонтиком на конце опустите в банку зонтиком вниз, получится хорошее соприкосновение со стенками и с дном стакана. Для того чтобы проволока не вываливалась из стакана, вырежьте картонный кружок, наденьте его на проволоку и вдвиньте в стакан. На конец проволоки наденьте какой-нибудь металлический шарик.

Простую лейденскую банку можно сделать из небольшой бутылки. Так как бутылку оклеить изнутри невозможно, насыпьте в нее мелко нарезанной оловянной фольги. Фольга ложится как пена, неплотно, но во множестве точек соприкасается со стенками бутылки и с проволокой, пропущенной через пробку. Снаружи бутылка, как и стакан, оклеивается оловянной фольгой.

Чтобы разрядить заряженную лейденскую банку, надо соединить внутреннюю обкладку с наружной. Для этого нужен так называемый разрядник. Это просто проволочная дуга с медными шариками на концах. В середине дуги разрядника прикрепляется стеклянная или сургучная ручка. Разрядить заряженную банку этим инструментом очень легко. Поставьте ее на стол. Этим вы соедините наружную обкладку с электричеством земли. Одним концом разрядника прикоснитесь к наружной обкладке, а другой подведите к шарику стержня банки (рис. 103, Б).

Когда вы сведете шарики достаточно близко, проскочит яркая искра и раздастся треск.

Заряженную лейденскую банку можно переносить, если держать ее только за одну наружную обкладку. Но как только вы возьметесь за шарик, немедленно последует разряд, и толчок от лейденской банки окажется гораздо более чувствительным, чем от машины.

Проделывая опыты с лейденской банкой, никогда не доверяйте ей после разряда. Она вас обманет. Она с первого раза никогда не разряжается до конца и по прошествии некоторого времени снова может дать искру. Правда, эта искра будет слабой, но, если неосторожно прикоснуться рукой к наружной обкладке и шарику, удар может быть все же довольно чувствительным и напугать неожиданностью.

Электрический ветер. Маленьким кусочком воска приклейте к шарику кондуктора обыкновенную булавку так, чтобы она была расположена горизонтально и касалась кондуктора головкой. Теперь вертите машину правой рукой, а левую поставьте наружной стороной против острия булавки. Вы почувствуете ветер. Булавка дует. Если вы смочите руку, ощущение будет еще сильнее. Попробуйте обрезать покороче фитиль свечи, чтобы огонь был небольшим, и тогда этим электрическим ветром вы сможете даже задуть свечу (рис. 104).

Рис. 104

Что же это значит? — спросите вы. Разве электричество может дуть? Конечно нет. Явление это объясняется так. Вы помните, что однородные электричества не притягиваются, а отталкиваются. Когда электрический заряд находится на сферической поверхности, он распространяется по ней равномерно. Но чем длиннее предмет по сравнению со своей толщиной, тем больше электричества скопляется на концах. Скопляющееся на острие булавки электричество притягивает к острию противоположный заряд электричества воздуха. Как только эти частицы дотрагиваются до булавки, они сейчас же электризуются одноименным электричеством булавки и отталкиваются от нее. Это и есть электрический ветер. Теперь вам понятно, почему при описании изготовления электрических приборов мы все время предупреждали, чтобы вы тщательно сглаживали все углы и острие ребра в частях машин. В каждую выдающуюся часть устремляется электричество и уходит из нее в воздух.

Электрическая вертушка. Вспомните, что мы говорили в главе о механике о той силе, которая заставляет предметы двигаться в сторону обратную вытеканию воды или пара. Мы говорили о сегнеровом колесе, паровой турбине и о маленьком пароходике. Так же действует и электричество, когда оно стекает с остроконечных предметов.

Если вы аккуратно сделаете описываемый нами прибор, вы увидите, что стекающий заряд электричества производит такое же действие, как пар или вода.

Возьмите пробку (рис. 105), выдолбите ее в середине снизу и в это углубление вставьте самый маленький наперсток. В эту же пробку снаружи воткните несколько крючков из медной проволоки. Все концы крючков, проходящие сквозь пробку, должны соприкасаться с наперстком, а все острия должны быть направлены в одну сторону и находиться в одной горизонтальной плоскости. Это колесо наденьте на вязальную спицу, воткнутую другим концом в широкую пробку, а под пробку подклейте изолятор — просто обломок стекла. Спицу соедините проволокой с кондуктором электрической машины.

Рис. 105

Чтобы быть уверенным в том, что проволочные крючки прикасаются к наперстку, можно обернуть пробку оловянной фольгой так, чтобы бумага соединила проволоки с наперстком.