Викитека

НЭСГ/Электричество

< НЭСГ

Электричество, причина обширной группы своеобразных явлений, играющих весьма важную роль как в природе, так и в многочисленных отделах искусства, техники и т. д. Явления электрические обыкновенно делятся на электростатические и электродинамические. Первые характеризуются неизменностью того особого состояния и тех свойств, которые называются электрическими; про самые тела говорят при этом, что они наэлектризованы. Характерным признаком вторых служит непрерывное изменение электрических или иных свойств тел, а в некоторых случаях и столь-же непрерывное изменение химического состава данной группы тел. Причины, вызывающие электрические явления, называются источниками Э-а. Наэлектризованные тела обладают прежде всего тремя особыми свойствами: во-первых, они способны притягивать к себе легкие тела и притом независимо от их состава (кусочки бумаги, бузины и т. п.). Этим электрическое притяжение существенно отличается от магнитного, которое с заметной силой проявляется лишь на небольшой группе тел (железо, сталь, никкель, кобальт и т. д.). Во-вторых, наэлектризованные тела способны в некоторых случаях обнаруживать явления искры и, в-третьих, они приводят другие тела, находящиеся в соседстве с ними, в такое-же состояние, в каком находятся сами. Простейший источник Э-а есть трение. При трении двух тел одно о другое оба тела электризуются и притом в одинаковой степени; последнее значит, что различные электрические явления (напр., притяжение) обнаруживаются вокруг этих двух тел с одинаковою интенсивностью. Если поверхность тела, электризованного трением, привести в непосредственное соприкосновение с поверхностью какого-либо другого тела, то электрическое состояние обнаруживается и на последнем, что и принято выражать словами „Э. при соприкосновении переходит от одного тела к другому“. Тела разделяются на проводники и непроводники. В первых электрическое состояние весьма быстро распространяется по всей поверхности, если какая-либо ее часть была наэлектризована; Э. как бы свободно и притом весьма быстро течет по поверхности проводников. Непроводниками называются, наоборот, тела, по поверхности которых электрическое состояние не может распространяться. Простейшая, ныне всеми оставленная, гипотеза об Э-е заключалась в допущении существования особого рода вещества, бесконечно удобоподвижного на проводниках и называемого Э-ом. Понятие о количестве этого вещества получалось непосредственно из наблюдений над величиною сил, проявляющихся в пространстве, окружающем наэлектризованные тела. Простейшие опыты заставили допускать существование двух различных Э., или электрических агентов или жидкостей. Бузинный шарик, бывший в соприкосновении со стеклом, натертым кожей, покрытой амальгамой, отталкивается этим стеклом, но притягивается сургучем, натертым шерстью; наоборот, бузинный шарик, бывший в соприкосновении с натертым сургучем, отталкивается последним, но притягивается натертым стеклом. Отсюда следует, что электрические состояния натертых стекла и сургуча неодинаковы. Э., появляющееся на стекле, называют положительным (знак +), а Э., обнаруживающееся на сургуче, — отрицательным (знак −). Опыты показывают, что при трении двух тел одно о другое одно электризуется всегда положительно, другое — отрицательно, при чем количества Э-а на обоих телах одинаковы. Тела, наэлектризованные одноименно, отталкиваются, а тела, электризованные разноименно, притягиваются. Полное количество Э-а, находящееся на данном теле, называется его зарядом. Закон взаимодействия наэлектризованных тел был найден Кулоном в конце прошлого столетия: сила взаимодействия двух наэлектризованных тел пропорциональна произведению их зарядов и обратно пропорциональна квадрату их расстояния. Этот закон непосредственно прилагается лишь к весьма малым наэлектризованным телам. Взаимодействие конечных наэлектризованных тел складывается из взаимодействия весьма малых частей, на которые можно мысленно разбить заряды обоих тел. За электростатическую единицу количества Э-а принимается такое количество, которое на равное ему количество, находящееся на расстоянии единицы длины, действует с единицею силы. Если за единицу расстояния принять сантиметр, а за единицу силы дину (т. е. силу, увеличивающую в одну секунду скорость массы грамма на один сантиметр в секунду), то получится так называемая C. G. S., электростатическая единица количества Э-а. Прибор, служащий для обнаружения электрического состояния тела, называется электроскопом (черт. 1); он состоит из стеклянн. банки B, через пробку которой проходит металлический стержень, оканчивающийся на верху шариком C; к его нижн. концу привешены два золотые листочка или соломенки nn. Если шарик привести в соприкосновение с наэлектризованн. телом A, то Э. переходит на золотые листочки или соломенки, которые взаимно отталкиваются и расходятся. К проводникам Э-а относятся металлы, уголь, растворы солей, кислот и все тела, поверхность которых покрыта слоем влаги; к непроводникам относятся холодное стекло, каучук, стеарин, параффин, сера, слюда, сухое дерево, смолы и т. д. Если наэлектризованное тело отдалено от окружающих тел непроводниками, то говорят, что оно изолировано. Если наэлектризованный проводник соединить металлическими проволоками с землею (напр., с газо- или водопроводными кранами), то Э., как принято выражаться, уходит в землю, т. е. тело теряет свое электрическое состояние; это относится только к отдельно взятому проводнику, вблизи которого нет других проводников. Если к наэлектризованному телу приблизить изолированный проводник, то на нем появляются оба Э-а: разноименное с тем, которое находится на наэлектризованном теле, появляется на стороне, обращенной к последнему, а одноименное — на стороне противуположной. Это явление называется электростатической индукцией. Если проводник в этом случае соединить с землею, то одноименное Э. исчезает с его поверхности, которая оказывается вся покрытою Э-ом разноименным с Э-ом индуктирующим. Фарадей открыл такой закон: если наэлектризованные тела находятся внутри полости проводника, окружающего их со всех сторон, то полное количество Э-а, индуктированного на внутренней поверхности проводника, равно полному количеству Э-а индуктирующего. Совокупность всех рассмотренных явлений привела к принятию так называемого дуалистического взгляда, допускающего существование в мире двух особых агентов или жидкостей, называемых положительным и отрицательным Э-ом, которые непосредственно взаимно отталкиваются или притягиваются по вышеприведенному закону Кулона. Допускалось существование нейтральной смеси обоих Э., находящейся в неограниченном количестве во всех телах и разлагающейся на составные части при индукции. Одинаковые количества двух Э., соединяясь вновь, образуют нейтральную смесь, т. е как бы взаимно уничтожаются. Дуалистический взгляд не может быть назван теорией или гипотезой о сущности электрических явлений; он имеет характер чисто описательный. В виду того, что все явления происходят именно так, как они происходили бы, если-бы действительно существовали два Э-а, обладающие указанными свойствами, то терминология, основанная на этом дуалистическом взгляде, как весьма удобная, сохранилась до сих пор. Существует множество попыток развития унитарного взгляда на электрические явления, основанного на допущении существования одного только агента, части которого однако непосредственно действуют друг на друга, на каком бы они ни находились друг от друга расстоянии. Предполагалось, напр., что все тела в обыкновенном состоянии содержат определенное количество этого агента; положительная и отрицательная электризация соответствуют избытку или недочету (или наоборот) этого агента. Электризация при трении объяснялась переходом агента от одного тела к другому, индукция — перемещением агента внутри проводника в ту или другую сторону, вследствие чего на одной его стороне появляется избыток, а на другой — недочет и т. д. Такой унитарный взгляд был, между прочим, подробно развит шведским ученым Эдлундом. В настоящее время все теории Э-а, допускающие существование специфического агента, части которого непосредственно действуют друг на друга вдаль, оставлены. Фарадей первый стал развивать совершенно новые взгляды на сущность электрических и магнитных явлений; он отрицал возможность какого-либо действия вдаль (actio in distans) и совершенно отверг представление о специфических электрических агентах. Сущность его идей, которые в начале 60-х годов получили математическую обработку со стороны К. Максуэлля и в 1888 г., после знаменитых опытов безвременно скончавшегося Г. Герца, окончательно и незыблемо установились в науке, заключается в следующем. Во вселенной существует, кроме материи твердой, жидкой и газообразной, еще особое вещество, заполняющее междузвездное пространство и находящееся между частицами тел; оно назыв. эфиром. О свойствах этого вещества известно мало. Во всяком случае оно обладает весьма большою упругостью при весьма малой плотности. В этом веществе могут происходить весьма разнообразные деформации, т.-е. изменения расположения частей, соответствующие натяжению, кручению, сгибанию и т. д. в телах твердых, и также разного рода пертурбации, т.-е. движения, сотрясения, правильные и неправильные, мгновенные и продолжительные, распространяющиеся от места их возбуждения во все стороны. Сущность всех электрических, магнитных и световых явлений и заключается в этих разнообразных деформациях и пертурбациях, которые способны распространяться не только в эфире, заполняющем так называемую пустоту, но и в эфире, находящемся в так называемых непроводниках Э-а. Тела, которые мы называем проводниками Э-а, по этой теории, суть как раз тела, чрез которые пертурбации и деформации эфира распространяться не могут. Таким образом, сущность электрических явлений следует искать не в телах наэлектризованных, но в эфире окружающего их пространства, в котором произошли особого рода натяжения вдоль так называемых линий электрических сил. Эти линии упираются концами в поверхности проводников. Кажущееся взаимодействие наэлектризованного тела объясняется натяжением эфира в промежуточном пространстве. На основании этого взгляда, ныне единственно принятого в науке, можно сказать, что слово „электричество“ не имеет никакого определенного смысла, ибо никакого Э-а, в смысле чего-то отдельно в природе находящегося, не существует. Реальность присуща только электрическим явлениям, т. е. деформациям и пертурбациям в эфире. Весьма быстрые сотрясения, распространяющиеся в эфире, представляются явлениями световыми, которые таким образом составляют лишь частный случай явлений электромагнитных. Учение, рассматривающее свет с этой точки зрения, называется электромагнитною теориею света; творец ее — К. Максуэлль. Источники Э-а. Простейший источник — трение — уже был указан. Все тела можно расположить в один ряд, при чем каждое тело, натертое с одним из предыдущих в этом ряду, электризуется отрицательно, а с одним из последующих — положительно. Чем дальше тела находятся друг от друга в этом ряду, тем сильнее они электризуются при трении одного о другое. Впрочем, положение тела в этом ряду меняется в зависимости от иногда весьма ничтожных изменений состава тела или свойств его поверхности. Некоторые тела электризуются при сдавливании, скоблении, разломе, некоторые минералы при нагревании (см. пироэлектричество). Далее, источниками Э-а служ. химические явления и, повидимому, простое соприкосновение некоторых тел между собою. Э. находится только на поверхности проводников и, при том, его кажущееся распределение таково, что во всякой точке внутри проводника полная действующая электрическая сила равна нулю. С точки зрения современной теории мы должны сказать, что деформации наружного эфира не распространяются на эфир, находящийся внутри проводника. Наэлектризованные тела, предоставленные самим себе, мало-по-малу теряют заряд; это явление называется рассеиваньем Э-а. Быстрота рассеивания зависит от рода, температуры и давления окружающего газа и весьма быстро возрастает с увеличением влажности. Это явление прежде объясняли предположением, что влажный воздух или вообще влажный газ проводят Э.; но в настоящее время доказано, что быстрое рассеивание Э-а во влажном воздухе происходит вследствие того, что изоляторы (стеклянные ножки и т. п.) покрываются тонким слоем влаги, которая служит проводником Э-а. Г. Герц доказал, что рассеивание отрицательного Э-а чрезвычайно ускоряется под влиянием ультра-фиолетовых лучей, падающих на поверхность наэлектризованного тела. Весьма важную роль в явлении рассеивания Э-а играет так называемая конвекция, т.-е. непосредственный унос Э-а с поверхности тела окружающим газом, который, электризуясь от соприкосновения одноименно, отталкивается. Рассеивание особенно велико на остриях, на которых плотность Э-а наибольшая. Э. распределяется по поверхности проводника таким образом, что все точки проводника оказываются при одном и том же потенциале (см. э. сл.). Соединенные между собою тела должны находиться при одном потенциале; потенциал земного шара принимается равным нулю. Работа r, произведенная при переходе количества Э-а E от точки, потенциал которой v1, в точку, потенциал которой v2, равна r = E(v1 − v2). Емкость q данного проводника определяется тем количеством Э-а, которое потребно, чтобы довести этот проводник до потенциала, равного единице. Конденсатором называется прибор, служащий для накопления весьма больших зарядов на сравнительно небольшой поверхности проводника; он состоит из двух металлических пластинок AB и CD (черт. 2), из которых одна соединена с источником Э-а, напр. с кондуктором g электрической машины (см. ниже), а другая — с землею. Между ними находится слой воздуха или пластинка из непроводящ. вещества (диэлектрика) EF. Если бы не было пластинки CD, то на пластинке AB могло бы накопиться лишь то количество Э-а, которое доводит ее до потенциала v самого источника Э-а. На CD накопляется разноименное Э., которое вызывает во всем пространстве потенциал знака, обратного знаку потенциала v источника Э-а, вследствие чего потенциал пластинки AB уменьшается и новое количество Э-а должно перейти от источника к AB, чтобы его потенциал вновь повысить до v. Окончательное равновесие установится тогда, когда потенциал AB сделается равным v, а потенциал пластинки CD, соединенной с землею, равным нулю. При этом на AB окажется несравненно большее количество Э-а, чем находилось на этой пластинке, когда она была соединена с источником Э-а в отсутствии другой пластинки CD. Из сказанного следует, что емкость тела весьма увеличивается, если к нему приблизить другое тело, соединенное с землею. Емкость плоского воздушного конденсатора, т.-е. такого, между пластинками которого находится воздух, приблизительно пропорциональна поверхности двух пластинок, его составляюших, и обратно пропорциональна расстоянию пластинок друг от друга. Фарадей показал, что емкость конденсаторов зависит от вещества диэлектрика, помещенного между его пластинками. Число, показывающее, во сколько раз емкость конденсатора, снабженного диэлектриком, больше емкости воздушного конденсатора одинаковых с ним размеров, называется диэлектрическою постоянною или индуктивною способностью диэлектрика. Первые определения этой величины были сделаны еще в 1781 году Кавендишем, но не были им публикованы и найдены в его бумагах только в 1881 году (сто лет спустя). Существует весьма много способов определения диэлектрической постоянной твердых, жидких и газообразных тел. С точки зрения новых взглядов, по которым сущность электрических явлений сводится к деформациям эфира в диэлектриках, понятно, что емкость конденсатора в высокой степени должна зависеть от природы входящего в его состав диэлектрика. Теория Максуэлля приводит к замечательному результату, что диэлектрическая постоянная K диэлектрика равна квадрату его показателя преломления n лучей с весьма большою длиною волны. Равенство K = n² оказывается действительным для целого ряда диэлектриков. Впрочем, давно были замечены существенные отступления, из которых самое важное относилось к воде, для которой диэлектрическая постоянная оказалась равною 80, между тем как квадрат показателя преломления видимых лучей меньше двух. Однако, недавние опыты Кона показали, что электрические лучи Герца (см. ниже), обладающие весьма большою длиною волны, действительно в воде имеют огромный показатель преломления, близкий к девяти. Видоизменение конденсатора представляет Лейденская банка (см. это сл.). Для измерения количества Э-а служат разного рода приборы, называемые электрометрами. Из них наиболее важны: крутильные весы однонитные и двунитные, электрометр Кольрауша и квадрантный и абсолютный электрометры Томсона. Для одного только обнаруживания присутствия Э-а служат электроскопы, между которыми электроскоп Фехнера с сухим столбом отличается особою чувствительностью. Существенная часть квадрантного электрометра изображена на черт. 3-м; она состоит из четырех частей (квадрантов) круглой коробки, внутри которой висит бисквитообразная, плоская, весьма легкая стрелка; квадранты соединены накрест, как показано на чертеже. Если одну пару квадрантов удержать при постоянном положительном, а другую при постоянном отрицательном потенциале, и стрелка первоначально располагается симметрично относительно квадрантов, то малейшее электризование этой стрелки заставляет ее поворачиваться около вертикальной оси. В более сложных приборах, наоборот, стрелка удерживается при постоянном потенциале, а испытуемые тела соединяются с квадрантами. Особая добавочная часть дает возможность судить о постоянстве потенциала стрелки и быстро восстановлять этот потенциал, если он с течением времени изменился. Абсолютный электрометр Томсона дает возможность измерить разность двух потенциалов в абсолютных единицах. Существенную часть его составляют две горизонтальные пластинки, расстояние между которыми может быть изменяемо. Посреди верхней пластинки находится круглый или четыреугольный вырез, в котором свободно движется другая пластиночка. Эта пластинка притягивается нижнею пластинкою, когда весь электрометр электризуется, как конденсатор. По величине силы, с которою притягивается верхняя подвижная пластиночка, можно судить об абсолютной величине разности потенциалов обеих пластинок. Приборы, служащие для быстрого получения больших количеств Э-а, называются электрическими машинами. Из них самый простой — электрофор, изображенный на чертеже 4-м. Он состоит из пластинки a, сделанной из каучука или твердой смолы. Эта пластинка электризуется трением, и затем на нее накладывается металлический кружок b, изолированный шелковыми нитями. Отрицательное Э. пластинки a вызывает на нижней стороне кружка b положительное, а на верхней его стороне отрицательное Э.; последнее уводится в землю кратковременным прикосновением пальца к кружку b. Если затем поднять металлический кружок, то на нем окажется заряд положительного Э-а. Указанную манипуляцию можно повторять весьма много раз. Простая машина с трением изображена на черт. 5-м: она состоит из стекляного круга J, насаженного на горизонтальную ось c и приводимого во вращение помощью рукоятки m. С одной стороны стекляный круг сжат двумя подушками a, покрытыми амальгамированной кожей (см. горизонтальный разрез на отдельном чертеже); с другой стороны находится продолговатое металлическое тело f, называемое кондуктором. Кондуктор с одной стороны оканчивается шариком, с другой — металлич. вилкою i, снабженною остриями, направленными с двух сторон перпендикулярно к поверхности стекляного круга. При вращении круга его поверхность электризуется положительно вследствие трения о кожу, покрытую амальгамой. Когда при вращении круга электризованная поверхность стекла попадает в i между остриями, то происходит явление индукции: отрицательное Э. притягивается к остриям, из которых оно быстро рассеивается и, попадая на поверхность стекла, уничтожает его электризацию. Положительное Э. собирается на противуположном конце кондуктора. Ножки, на которых установлен прибор, стеклянные. Более обильное количество Э-а дает машина Гольца, действие которой основано исключительно на явлениях индукции. Разряд наэлектризованного тела сопровождается разного рода световыми явлениями, между которыми отличают: собственно электрическую искру, нередко разветвленную и представляющуюся в виде ломаной линии; далее метелкообразный разряд, равномерное свечение и темный разряд. Длина искры растет быстрее разности потенциалов двух тел, между которыми совершается разряд; продолжительность ее не превышает нескольких десятитысячных долей секунды. Длина искры, образующейся между острием и пластинкой, больше в том случае, когда острие положительное. Теория показывает, что когда на пути Э-а при его разряде не находятся дурные проводники, то самый разряд имеет характер колебательный, т. е. он состоит из ряда последовательных разрядов, происходящих в попеременно противуположных направлениях. Теорию этого важного явления дал лорд Кельвин (прежде В. Томсон). Главнейшие действия электрического разряда суть: физиологическое, механическ. (пробивание стекла), тепловое (нагревание проводников). Количество теплоты пропорционально квадрату количества разряжаемого Э-а и обратно пропорционально емкости конденсатора и возрастает с сопротивлением рассматриваемой части разрядной цепи. Химическое, магнитное и индукционное действия разряда подобны соответствующим действиям постоянного тока. Атмосферным Э-ом называется причина разнообразных электрических явлений, замечаемых в нашей атмосфере. К этим явлениям относятся: северное сияние, огни св. Эльма и явления грозы (см. молния). Присутствие электрических сил может быть обнаружено в атмосфере почти во всякое время, если чувствительный электроскоп соединить с острием или пламенем свечи, расположенным выше его. В этом случае при ясном небе электроскоп почти всегда обнаруживает положительное Э., переходящее в отрицательное, если острие или пламя находятся ниже электроскопа. Вблизи больших предметов направление электрической силы уклоняется от вертикального и делается почти горизонтальным. Это показывает, что поверхность уровня потенциала следует форме поверхности тел, находящихся на земле. Вольта предполагал, что в этих опытах электроскоп обнаруживает Э., которое находится в воздухе в том месте, где помещается острие или пламя; он полагал, что испарение воды есть источник Э-а, и что пары, находящиеся в воздухе, содержат положительный заряд. Точные опыты доказали однако, что испарение воды само по себе не есть источник Э-а. Эрман еще в 1803 г. высказал мысль, что земному шару присущ неизменный заряд отрицательного Э-а, распределенного по его поверхности, и что указанные опыты с электроскопом должны быть объяснены индукционным действием заряда земли. — При соприкосновении металлов между собою или с жидкостями появляется разность потенциалов между соприкасающимися телами, зависящая только от рода этих тел, но независящая ни от их формы, ни от величины поверхности соприкосновения. Величина этой разности потенциалов служит мерою так называемой электродвижущей силы, действующей в поверхности соприкосновения разнородных тел. Впрочем, вопрос о существовании разности потенциалов между соприкасающимися чистыми металлами следует до сих пор считать спорным. Простейший прибор, состоящий из двух металлов и одной жидкости и дающий определенную разность электрических потенциалов, есть вольтов столб, состоящий из пластинок меди и цинка, между которыми помещены пластинки папки или шерсти, смоченной подкисленной водой. Более сложные сочетания металлов, угля или различных минералов и жидкостей называются гальваническими элементами. Из них наиболее распространенный — элемент Даниэля, изображенный на черт. 6, состоящий из стакана, в котором помещен пористый цилиндр из слабо обожженной глины. Внутри цилиндра находится подкисленная вода или раствор цинкового купороса, в который вставлена цинковая палочка; снаружи находится медный цилиндр, погруженный в раствор медного купороса. Если к цинку и меди присоединить по медной проволоке, то на конце проволок обнаруживается разность потенциалов, служащая мерою электродвижущей силы элемента. Если эти проволоки соединить (замкнуть цепь), то образуется непрерывный гальванический ток; в то-же время внутри элемента происходит химическая реакция и освобождается некоторое количество химической энергии, которая служит первоначальным источником энергии тока. Пространство, окружающее проводник, в котором течет ток, обнаруживает все свойства магнитного поля. Так, напр., Эрштет открыл в 1820 году, что магнитная стрелка NS (черт. 7) отклоняется в сторону, если вблизи ее по проволоке проходит электрический ток. Северный полюс отклоняется при этом в левую сторону от наблюдателя, расположенного вдоль по направлению тока и обращенного лицом к магнитной стрелке. На этом действии тока основано устройство многочисленных гальваноскопов и гальванометров, из которых один изображен на черт. 8-м; существенная его часть, состоящая из бо́льшего или ме́ньшего числа оборотов изолированной проволоки, намотанной на рамку, внутри которой находится магнитная стрелка, называется мультипликатором. По величине отклонения магнитной стрелки судят о так называемом напряжении или силе тока. Если в цепь ввести какое-либо тело, то сила тока уменьшается; говорят, что введенное в цепь тело обладает определенным сопротивлением. Сопротивление проволок прямо пропорционально их длине, обратно пропорционально площади поперечного сечения и зависит от материала проволоки. Немецкий ученый Ом дал такой закон: сила тока в цепи прямо пропорциональна электродвижущей силе, действующей в ней, и обратно пропорциональна полному сопротивлению цепи, состоящему из так называемого внутреннего сопротивления элементов и внешнего сопротивления остальных частей цепи. За электромагнитную единицу силы тока принимают силу такого тока, который, огибая единицу длины дуги окружности, радиус которой равен единице, действует на единицу количества магнетизма, находящегося в центре круга с силою, равною единице. Если за единицу длины принять сантиметр, за единицу силы дину (см. выше), то получается так называемая C. G. S., электромагнитная единица силы тока. Одна десятая часть этой единицы на практике принимается в настоящее время за единицу силы тока под названием ампера. Количество Э-а, которое в единицу времени протекает через проводник при единице силы тока, составляет электромагнитную единицу количества Э-а. Теория Максуэлля привела к замечательному результату, что отношение электромагнитной единицы количества Э-а к электростатической единице (см. выше) численно равняется скорости света, что вполне подтвердилось опытами. За практическую единицу сопротивления принимают в настоящее время ом, равный сопротивлению столба чистой ртути при 0°, площадь поперечного сечения которого равна 1 кв. млм. и длина которого равна 106,3 стм. За практическую единицу электродвижущей силы принимается вольт, дающий в цепи, полное сопротивление которой равно одному ому, ток, сила которого равна одному амперу. Электродвижущая сила элемента Даниэля приблизительно равна 1,08 вольта. Элементы можно соединять в батареи, и притом последовательно, или параллельно, или группами. При последовательном соединении, когда положительный полюс одного соединяется с отрицательным следующего, электродвижущая сила и сопротивление батареи растет пропорционально числу элементов. При параллельном соединении, когда все положительные и все отрицательные полюсы соединены между собою, электродвижущая сила батареи не зависит от числа элементов, а ее сопротивление обратно пропорционально числу элементов. Законы распределения тока по разветвленным проводникам были даны Кирхгофом. Первый закон говорит, что во всякой точке разветвления сумма сил токов притекающих равна сумме сил токов вытекающих. По второму закону во всяком замкнутом контуре сумма произведений сил токов в отдельных частях контура на сопротивление этих частей равна сумме электродвижущих сил, действующих в том же контуре. Для случая простого разветвления (черт. 9) получаются следующие соотношения: J = J1 + J2; J1:J2 = r2:r1. Здесь J сила тока в главной цепи, J1, J2 силы тока в разветвлениях, сопротивления которых r1 и r2. Весьма важный случай разветвления представляет мост Уитстона, изображенный на черт. 10-м. Оказывается, что сила тока в мосте BC равна нулю, когда сопротивления 4-х ветвей AB, BD, AC и CD удовлетворяют пропорции r1:r2 = r3:r4. Этим пользуются для измерения неизвестного сопротивления проводника, который включают в одну из ветвей моста; сопротивления остальных ветвей последнего меняют до тех пор, пока сила тока в самом мосте не сделается равною нулю. Тогда на основании указанной пропорции получают искомое сопротивление. Оказывается, что сопротивление сплавов вообще значительно больше сопротивления составных их частей. С повышением температуры увеличивается сопротивление металлов, уменьшается сопротивление растворов, солей и кислот. Сопротивление накаленного угля равно половине сопротивления угля холодного. Сопротивление селена (весьма дурного проводника) уменьшается при его освещении. Приборы, дающие возможность измерить силу тока непосредственно в амперах, называются амперметрами. Для измерения электродвижущих сил непосредственно в вольтах служат вольтметры, отличающиеся от амперметров главн. образом тем, что их внутреннее сопротивление весьма велико, так что сравнительно с ним можно пренебречь сопротивлением остальных частей цепи; в этом случае, по закону Ома, сила тока, проходящая через прибор, пропорциональна электродвижущей силе, действующей в цепи. — Если железный стержень обмотать изолированной проволокой и чрез нее пропустить ток, то железо намагничивается; такой прибор называется электромагнитом. Электромагнетизм растет вместе с намагничивающей силой, приближаясь однако к некоторому предельному значению. Если намагничивающая сила уменьшается, то остается более сильный электромагнетизм, чем это соответствовало бы уменьшившейся силе тока. Это явление называется магнитным гистерезисом. Электромагнетизм получил огромное применение в технике (телеграф и др.). Электрический ток, проходя через раствор какого-либо вещества, подвергает его химическому разложению. Так при пропускании тока через подкисленную воду на отрицательн. пластинке (катоде) выделяется водород, а на положительной (аноде) — кислород. Химические реакции, происходящие внутри элемента, те же, какие происходили бы при прохождении тока через жидкости, входящие в состав элемента. Вещество, подвергаемое разложению (электролизу), называется электролитом, а получающиеся при разложении вещества — ионами (катион и анион). Основной закон электролиза был дан Фарадеем: количество выделяющихся ионов пропорционально силе тока, времени и химическому их эквиваленту. В последнее время возникло новое учение, находящееся в связи с новыми взглядами на растворы, по которым в слабых растворах растворенные вещества находятся в состоянии диссоциации, т.-е. уже разделены на ионы, которым присущи определенные электрические заряды. При замыкании цепи, поток свободных ионов одного рода перемещается к аноду, а поток ионов другого рода — к катоду. На электродах ионы выделяются, передав им свои заряды. В этом заключается основная причина возникновения самого тока. С этой точки зрения не ток разлагает вещество, а наоборот, ток образуется вследствие перемещения уже свободных ионов к электродам. На химическ. действиях тока основана гальванопластика. Электроды при электролизе поляризуются, т. е. становятся неодинаковыми, вследствие чего в самом сосуде, в котором происходит электролиз, является (по старым взглядам) электродвижущая сила, противодействующая внешней электродвижущей силе. Поляризация происходит и в самых элементах и весьма вредно отзывается на их действиях. В элементе Даниэля поляризация, которая возникла бы при выделении водорода на меди, уничтожается раствором медного купороса, из которого водород вытесняет медь. Сравнительно невелика поляризация в элементе Леклянше, который также состоит из стакана и пористого глиняного цилиндра. Внутри этого цилиндра находится перекись марганца и стержень из угля, а снаружи — раствор нашатыря и цинковая палочка; в этом элементе поляризующий водород поглощается перекисью марганца, которая при этом раскисляется. Электрический ток, проходя по проводникам, нагревает их; иначе говоря, электрическая энергия тока непрерывно переходит в энергию тепловую. По закону Ленца и Джуля количество теплоты, выделяющейся в проводнике в единицу времени, пропорционально квадрату силы тока и пропорционально сопротивлению самого проводника. Один ампер выделяет в одном оме в одну секунду один джуль теплоты, равный 0,24 малой калории. На тепловых действиях тока основано электрическое освещение. Проводники, через которые проходит ток, действуют друг на друга. При этом параллельные токи одного направления притягиваются, а противуположного направления отталкиваются. Токи, составляющие угол, стремятся стать параллельно. На этом основано устройство электродинамометра, служащего для измерения силы тока. Он состоит из двух катушек, плоскости которых взаимно перпендикулярны; из них одна неподвижная, другая может вращаться около вертикальной оси. Величина ее вращения пропорциональна квадрату силы тока, протекающего через обе катушки, и не меняет знака при изменении направления тока. Индукцией, или наведением токов, называется появление токов в замкнутых цепях под влиянием магнитов или токов, текущих в других цепях. Если (черт. 11) в катушку, соединенную с гальванометром, опустить катушку, введенную в цепь элемента, а затем вторую катушку вынуть из первой, то оказывается, что в наружной катушке появляется (индуктируется) ток направления, обратного току во внутренней катушке, когда последняя вставляется, и одинакового направления, когда она вынимается из наружной катушки. Вместо внутренней катушки с током можно взять также магнит. Ленц дал следующий закон; при всяком изменении взаимного расположения индуктора (магнита или тока) и проводника (в котором происходит индукция) появляется в последнем ток такого направления, что сила взаимодействия между индуктором и индуктированным током стремится произвести движение, обратное тому, которое имеет место. Так, при приближении индуктируется ток обратный, который производит отталкивание, а при удалении — ток прямой, который вызывает притяжение. Работа, которую приходится затратить, чтобы продлить взаимодействие между индуктором и индуктированным током, препятствующее их движению, есть источник той энергии, которая при индукции появляется в виде энергии электрической, немедленно переходящей в энергию тепловую. Индукция происходит также при всяком изменении силы тока или степени намагничивания в индукторе. Наиболее распространенный прибор, дающий индуктированные токи, — это катушка Румкорфа (черт. 12), состоящая из внутренней обмотки толстой проволоки, через которую пропускается ток нескольких элементов; особый прерыватель M производит весьма быстрые размыкания и замыкания этого тока. Наружная обмотка, состоящая из весьма тонкой и длинной проволоки, оканчивается у зажимов A и B. Обратный индуктированный ток, появляющийся при замыкании цепи, имеет небольшое напряжение, вследствие чего его действия вообще весьма слабы; наоборот, прямой ток размыкания обладает весьма большим напряжением и производит сильные физиологические и световые эффекты. Индукционные токи, проходя через так называемые Гейслеровы трубки, наполненные разреженным газом, вызывают в них особого рода свечение. В трубках Крукса, в которых разрежение доведено до крайних пределов, получаются особого рода лучистые явления, исходящие от отрицательного полюса и независящие от положения полюса положительного. На черт. 13-м изображена в A трубка Гейслера, в которой светящиеся полосы всегда направлены от одного полюса к другому; в B изображена трубка Крукса, отрицательный полюс которой соединен с N. В настоящее время пользуются для получения сильных токов особыми приборами, называемыми магнито-электрическими и динамо-электрическими машинами (см. электромагнитные машины). Если в тонкую обмотку катушки Румкорфа впустим прерывистый ток с большой электродвижущей силой и малой силой тока, то в толстой (она теперь будет вторичной) получаются индуктивные токи с малой электродвижущей силой и большой силой тока (также прерывистые). Снаряды, устроенные для такого преобразования тока, наз. трансформаторами (ср. потенциал). На явлениях индукции основано действие телефона (см. это сл.). — К явлениям электрическим следует отнести электромагнитное вращение плоскости поляризации света, заключающееся в том, что плоскость колебаний поляризованного луча претерпевает вращение при прохождении луча через различные тела, находящиеся в магнитном поле. Особенно велико вращение в тонких слоях железа. Переворот в пользу взглядов Максуэлля произвели в 1888 г. опыты Герца, который показал, что колебательный разряд может служить источником пертурбаций в эфире, распространяющихся со скоростью света в виде особого рода электрических лучей. Эти лучи отражаются от металлических поверхностей, интерферируют, образуют стоячие волны и преломляются совершенно, как лучи световые. Образуя электрические колебания в фокусной линии параболическ. зеркала, Герц мог направить поток электрическ. лучей в данном направлении и собрать его в фокусной линии другого параболического зеркала. — Ср.: Томпсон С., „Э. и магнетизм“ (Спб. 1883); Максуэлль Дж. К., „Э. в элементарной обработке“ (Киев 1886); Хвольсон О., „Популярн. лекции об Э-е и магнетизме“ (Спб. 1886); Жубер Ж., „Основы учения об Э-е“ (М. 1892); Maxwell J. C., „Treatise on Electricity and Magnetism“ (1881); Госпиталье, „Главнейш. прилож. Э-а“ (Спб. 1886); Poincaré, „Electricité et Optique“ (1890—91).

Источник — https://ru.wikisource.org/w/index.php?title=НЭСГ/Электричество&oldid=3927616