Загадки электричества
Я кладу перед вами два подковообразных электромагнита и лампочку от карманного фонаря.
Рис. 55. Переменный ток, проходящий через левый электромагнит, возбуждает в правом индукционные токи, которые накаливают маленькую лампочку.
Как с помощью выставленных предметов можно показать на опыте передачу электрической энергии с одного места в другое без проводов?
Конечно, не сразу, но все же довольно быстро мы пришли к решению этой задачи. Один из электромагнитов мы включили через реостат в городскую сеть, другой соединили с лампочкой. Оба электромагнита мы положили на стол на расстоянии приблизительно 5 см один от другого, направив полюсы первого на полюсы второго (рис. 55). Лампочка накалилась. Когда мы сближали полюсы электромагнитов, то лампочка светила сильнее, когда раздвигали их — свет ее ослабевал, и на расстоянии около 8 см уже невозможно было обнаружить ни малейшего свечения нити.
Беспроволочная передача энергии была осуществлена. Однако, и не делая измерений, мы поняли, что даже на такое ничтожное расстояние, как 5 —10 см, передается лишь незначительная доля количества электрической энергии. Тот ток, который проходил через первый электромагнит, был достаточен по меньшей мере для того, чтобы дать свет в количестве 200 свечей, а от второго электромагнита мы получили только-только силу света в 2 свечи. Мы хотели было произвести более точные вычисления, хотели вообще разобрать этот вопрос более серьезно, но неожиданно были остановлены одним нашим товарищем, который сказал:
— Мне кажется, что мы сейчас имеем в руках материал, который должен дать нам возможность построить передачу энергии на новом принципе.
— Не сообразите ли вы, товарищи, как на основании свойств конденсатора и переменного тока можно осуществить передачу электрической энергии без проводов?
Хотя мы и попросили сутки на размышление, но и по истечении их мы ни на шаг не приблизились к решению этого вопроса. Пришлось попросить автора рассказать подробнее о своем проекте.
— Товарищи, — начал он, — мне странно, что вы не догадались. Да ведь все опыты с нашими крышками от кастрюль— это же и были опыты беспроволочной передачи энергии. Представьте себе, что я поставил бы одну бутылку с крышкой у одного края стола, а другую—у другого. Силовые линии по-прежнему связывали бы крышки и по-прежнему одна крышка вызывала бы заряд в другой.
— Какая же это была бы беспроволочная передача, если и та и другая крышки должны были быть соединены проводами с одним и тем же генератором переменного тока? Скажем, что ты хотел бы передать энергию с правой стороны стола на левую. Тогда генератор стоял бы с правой стороны, и один его полюс соединялся бы с правой крышкой. От него, действительно, не нужно было бы вести провод на левый конец стола. Но ведь второй полюс генератора необходимо было бы соеденить с левой крышкой, а для этого пришлось бы неизбежно протянуть проволоку через стол от правого его конца к левому. Следовательно, „станция отправления" должна быть соединена проволокой с „приемной станцией". Конечно, и это уже выгода: вместо двух проводов — один, и если бы мы могли рассчитывать таким путем передавать большие количества энергии, то эта выгода оказалась бы и весьма существенной. Однако, совершенно ясно, что мы можем надеяться в лучшем случае передавать те или иные сигналы — и только. А передача сигналов, передача слабых токов давно уже совершается по одному проводу, так как в качестве второго употребляется земля.
Рис. 56. Между a и с возникало переменное электромагнитное поле, между b и d-переменный ток. Пунктиром показаны сближенные пластинки a и с, которые дают привычную картину конденсатора.
— Напрасно вы не дали мне досказать,—обратился к нам автор проекта, — я сам понимаю, что в том виде, в каком я успел изложить вам свой проект, он не разрешает вопроса. Но вы же сами указали, товарищи, что один провод можно всегда заменить землей. Кто же мешает вам проделать эту замену и в отношении того провода, который соединяет наши станции: отравительную приемную? Взгляните на этот рисунок, который я набросал для вас на бумаге (рис. 56). Он кажется так непохожим на ту установку, которая была у нас. Первое впечатление упорно складывается не в пользу этого проекта. Я сам не могу отделаться от мысли: каким же образом в этом вертикальном проводе (аb) — не сообщающемся с генератором, могут возникнуть электрические токи? Однако, приблизьте мысленно а к с — и вы увидите знакомую нам картину передачи энергии через конденсатор.
— Товарищи, сказал председатель, — я действительно не вижу ни одной ошибки в этих рассуждениях. Мне хотелось бы только напомнить вам подробности тех явлений, которые происходят в воздухе (изоляторе) между пластинками а и с. Электрические силовые линии, пронизывающие воздух при переменном токе,— а только о таком у нас и идет речь,— все время меняются как по своей силе, так и по направлению. На этом мы останавливались не раз в последних задачах. Естественно можно было бы предположить, что эти колебания электрических сил вызывают вокруг себя магнитное поле и при том не постоянное, а переменное. Таким образом в пространстве между а и с возникают колебания силовых линий электрического и магнитного поля. Эти-то колебания и получили название электромагнитных волн.
— Но хотя я и не могу сделать автору разбираемого нами чертежа никаких возражений, я все же должен заметить, что его проект страдает очень большими недостатками. Его передатчик очень несовершенен, а приемника, собственно говоря, у него и вообще нет. Было бы обидно, товарищи, если бы мы не смогли построить такую модель, которая дала бы возможность передать на опыте сигнал хотя бы на расстояние нескольких метров. Поэтому я предлагаю вам практическую задачу №100.