Загадки электричества
— Позвольте, товарищи,—сказал он, — я с вами совершенно не согласен. Никто бы не возражал на ваше объяснение, если бы между отдельными проволоками сердечника нашей катушки была действительно проложена какая-нибудь изоляция. Но ведь ее нет. Строитель даже не думал о токах Фуко. Согласитесь сами, что этим токам ничто не препятствует переходить с одной проволоки на другую, тем более, что проволоки плотно связаны вместе.
На этот вопрос никто из нас не смог дать ответ. Не дали его нам и учебники. Разрешил этот вопрос один преподаватель физики.
— Хотя вы и не изолировали одну железную проволоку от другой, —сказал он, — но изоляция между ними была. Каждая железная проволока покрыта тончайшим слоем окиси, которая в данном случае и заменяет изоляцию. Надо вам сказать, что во многих приборах для уничтожения паразитных токов употребляют такие же составные сердечники с естественной изоляцией, в более мощных приборах иногда прокладывают искусственную изоляцию.
На это мы заметили, что мы вполне понимаем, что окисел железа проводит ток хуже, чем само железо, но что все-таки его нельзя назвать изолятором.
— Ведь каждый гвоздь несомненно также покрыт слоем окиси,— говорили мы,— однако, даже такую цепь, в которой генератором тока будет всего один элемент Лекланше, можно замкнуть двумя гвоздями, коснувшись одним из них другого. Следовательно даже такая э.-д. с., как 1,5 V, достаточна для того, чтобы преодолеть сопротивление слоя окисла. Если этот окисел признать за изолятор, то тогда вообще не останется проводников, так как все металлы покрыты окислами.
Наш собеседник ответил нам на это следующее:
— Конечно, вы правы, что только для очень маленьких э.-д. с. эти окислы будут являться непроводниками. Но не забывайте, что любые контакты работают только тогда надежно, когда с их поверхности счищен слой этого окисла. Ни один добросовестный монтер не будет сращивать (скручивать) концы двух проводов не только звонковой линии, но и электрического освещения, предварительно не содрав с них поверхностного слоя, т.-е. слоя окисла. Как видите, даже при таких мощных токах приходится считаться с сопротивлением этого слоя. Позвольте мне, к сожалению в очень грубой форме, — произвести маленький расчет, который и разъяснит вам этот вопрос. Я воспользуюсь теми вычислениями, которые вы уже проделали. Не правда ли, поверхностный слой сердечника (наружный ряд проволок) мы можем принять за „кольцевой“, точнее цилиндрический, проводник. Вы уже рассчитали, что в таком кольцевом проводнике от нашей катушки будет наводиться э.-д. с. в 50 раз меньшая, чем та, которая существует у концов самой катушки. Положим, даже, что у катушки она равна 100 V. На самом деле она еще меньше. Тогда, очевидно, мы должны будем принять величину э.-д. с. в этом кольцевом проводнике равной 2 V. Хотя это небольшая э.-д. с., но, как вы уже заметили, её вполне достаточно для того, чтобы преодолеть сопротивление слоя окисла.
Однако, наш „кольцевой проводник“ не сплошной, а составной. Он состоит из пятидесяти отдельных частей (проволок), и поэтому э.-д. с. между двумя такими отдельными частями (двумя соседними проволоками) будет в пятьдесят раз меньше э.-д.с. всего „кольцевого проводника“, т.-е. будет равна 0,04 V. Вы должны согласиться, что для такой ничтожной э.-д. с. даже сопротивление тонкого слоя окисла может оказаться достаточным для того, чтобы или совсем уничтожить ток, или во всяком случае свести его силу до неизмеримо малой величины.
Так, наконец, и этот вопрос получил свое разрешение, после чего мы выслушали интересный проект нашего товарища.
— Давно уже, — сказал он, — еще когда мы решали задачу № 43, в которой ее автор жаловался на то, что от батарейки карманного фонаря нельзя зажечь лампочку на 110 V, я думал о том, что, собственно говоря, мощность тока такой батарейки почти достаточна для того, чтобы питать пятисвечную лампочку на 110 V Действительно, — мощность тока измеряется произведением ампер на вольты, и единица мощности носит название уатт. Батарейка дает около одного ампера при э.-д. с. 4,5 V. Следовательно, мощность ее тока будет равна 4,5 уаттам. Пятисвечная лампочка на 110 V потребляет около 6 уатт. Таким образом, две батарейки больше чем достаточны для того, чтобы зажечь лампочку в 5 свечей. Однако, эта лампочка должна быть построена с меньшим соответственно сопротивлением.
— Неужели же, — думал я, — нет такого способа, который дал бы возможность зажечь лампочку, построенную на 110 V, источником тока с малой электродвижущей силой, но дающим ток необходимой мощности? Вчера утром я наконец понял, что такой способ есть, а к вечеру у меня уже горела 110 вольтовая лампочка от двух карманных батареек. Пусть этот способ, придуманный мною, и будет нашей сегодняшней задачей № 83.