Царь – электрофор (стр. 2 из 2)

Как же работал гигантский электрофор?

Овальная, покрытая оловом громадная «сковородка» площадью около четырех квадратных метров (!!!) была наполнена застывшим расплавом смолы м воска. Она лежала в основании электрофора. На ней на стойках высотой более двух метров на канатах, пропущенных через блоки, висела другая сковородка-диск, площадью чуть поменьше. Габариты всей машины составляли 3 х 2, 5 х 1.5 метров. (Рис.1). Простим средневековому художнику графические недоработки. Начертательная геометрия, позволяющая изображать трехмерные рисунки на плоскости появятся только в 1799г.

Мы же специально упростили чертеж, чтобы разобраться в принципе работы машины. (Рис.3) Пара сковородок-дисков, изолированных шелковыми веревками друг от друга, являют собой воздушный конденсатор переменной емкости. Напомним, что емкость конденсатора обратно пропорциональна расстоянию между пластинами. Чем меньше расстояние, тем больше емкость и наоборот. Изменялась емкость экспериментатором подъемом и спуском подвешенной сковородки. Для съема зарядов к верхней части подвижной сковородки припаивался медный шар В, для нижней А.

Работа электрофора начиналась с возбуждения заряда на нижней «сковородке». Это можно было сделать, натерев смолу обыкновенной меховой шапкой. Такая процедура производилась единовременно. Затем подвижная часть электрофора опускалась как можно ниже, но, не допуская соприкосновения с нижней «сковородкой». Вот что в ней происходит при этом.

Нам звестно, что верхний диск изготовлен из металла, а металлы имеют кристаллическое строение. Эти кристаллы можно рассматривать как решетку положительных ионов металла, ячейки которой заполнены электронами. Эти электроны можно уподобить молекулам газа, беспрестанно перемещающимся При приближении верхнего диска к нижнему всё больше и больше возрастает воздействие отрицательного поля смолы на отрицательно заряженные электроны. Это приводит к тому, что электроны выталкиваясь диффундируют в верхнюю часть диска и также в припаянный медный шар С. В результате верхняя часть подвижной «сковородки» получает избыток электронов при недостатке в нижней. Соответственно верхняя часть подвижного диска и шар С заряжаются отрицательно, а нижняя положительно.

Если теперь заземлить шар-кондуктор В или С, то избыток электронов истечет из верхней части «сковородки» в землю, сделав ее нейтральной, но недостаток электронов в нижней части останется. В своем электрофоре Вольта эту процедуру производил прикосновением пальца, а в гигантском, где заряд был большим, токи, протекающие через экспериментатора, были большими и могли травмировать электризатора. Поэтому конструкторы машины придумали специальный заземлитель, который работал автоматически. При опускании верхней сковородки шар С контактировал в самом нижнем положении с заземленным шаром D, через который стекали электроны в землю. При незначительном подъеме верхнего диска контакт прерывался и недостаток электронов уже распространялся на весь диск. И потенциал этого заряда увеличивался с повышением высоты подъема диска. Эту закономерность впервые в мировой истории заметил еще в 1759 году петербургский академик Ф.У.Т.Эпинус.

Обычно она не совсем понятна обучающимся, хотя любому человеку не возбраняется повторить опыт Эпинуса и это сделать сравнительно легко. Эта закономерность легко записывается символами в формулу, которая есть в любом учебнике электротехники. Недоверие учащихся к результатам этого опыта вызвано скорее всего представлением конденсатора переменной емкости как некоего вечного двигателя неизвестно от чего повышающего потенциал заряда. Но повышение потенциала идет за счет затраты энергии на механическую работу по раздвиганию пластин. Ведь пластины конденсатора заряженные разноименными зарядами притягиваются друг к другу с некоей силой, которую надо преодолевать.

Конечно, смоделировать процесс грозового разряда даже с помощью такого электрофора-гиганта невозможно, но до сих пор высокие потенциалы зарядов физики получают с помощью машин Ван-де-Граафа, где заряды доставляются в гигантские шары-кондукторы механическим способом.

Потенциал заряда, полученного на царь-электрофоре нам не известен, но в архивных источниках неизвестный автор записал: «Она (машина) готова поразить каждого, кто осмелится коснуться ее шара. Из опыта известно, что сей электрофор может убить даже быка. Ужасная сила!»

Создатели петербургского гиганта.

Имена конструкторов машины-гиганта нам известны со слов известного физика Иоганна Бернулли, посетившего Петербург в 1778г. Это профессор Петербургской академии наук Вольфганг Людвиг Крафт (1743-1814) и механик той же академии русский умелец И.П.Кулибин (1735-1818). В одной из современных книг по электричеству можно прочесть: «В технических конструкциях индукционных машин даже искушенному глазу нелегко разглядеть их простые принципиальные основы». Удивительным человеком был Кулибин. Он самостоятельно выучился когда-то делать телескопы не хуже английских, причем линзы он шлифовал лично. Так обстояли дела и с электрофором, суть которого непонятна и сейчас даже многим инженерам. Так что честь конструирования гигантского электрофора принадлежит целиком нашим соотечественникам.

Этнического немца В.Л.Крафта иностранцем считать нельзя. Он родился и умер в Петербурге и в истории физики его имя встречается в русском варианте – Логин Юрьевич. Не его вина в том, что работать в области физики ему не давали. Екатерина II определила его преподавателем своих многочисленных внуков, среди которых были и будущие императоры Александр I и Николай I.

Екатерина II сломала и научную карьеру тоже петербургскому академику, первооткрывателю электрической индукции Ф.У.Т.Эпинусу (1724-1802), одному из самых перспективных специалистов в области электричества того времени. Его обязяли дешифровывать перехваченную дипломатическую переписку иностранцев Петербурга для императрицы. Но несомненно, что он принимал участие в создании гигантской машины, как консультант. Перегрузки при расшифровке дипломатических депеш были столь велики, что он заболел в тяжелой форме психической болезнью и в конце жизни наукой не смог заниматься.

Судьба этой машины неизвестна. По чьему-то распоряжению ее из Кунсткамеры вывезли. И может быть небезосновательно. Её боялись, и вот по какой причине. Было установлено, что электрофоры могут работать и без дачи ему предварительного заряда. Для электрофора-гиганта было достаточно легкого ветерка над нижней сковородкой. чтобы потом получать высокие, смертельноопасные потенциалы на верхней.

Для чего написана эта статья?

Все вышеперечисленное должно показать читателю, что можно очень легко получать электрические потенциалы даже в домашних условиях. Найти возможности их практического применения дело мозгов современных Кулибиных. Возможности применения статического электричества наверняка существуют даже в быту. Надо только заинтересоваться изобретателям. И вот два тому примера.

В 40-х годах прошлого века патриарх советских физиков А.Ф.Иоффе разработал электростатический генератор для питания рентгеновского аппарата. Генератор был прост и надежен. Тогда же у него возникла идея перевести всю электроэнергетику страны на электростатику. Тогда не нужны становятся повышающие трансформаторы и выпрямители для линий передач. Передачи постоянным током самые экономичные, тем более исчезают потери при трансформации. Но увы, для большой электроэнергетики такая система невозможна для практического изготовления генераторов. Но бывают и маломощные потребители, тем более, что статические генераторы не создают магнитных полей и очень легкие по весу.

Известно, что еще в 1748г. великий американец Б.Франклин использовал двигатель с питанием от статического источника для практических целей – вращал вертел с индейкой над жаровней. Теперь такие двигатели забыты, хотя они не имеют обмоток, электротехнической стали и меди. А значит, что они могут быть весьма надежными в работе. Такие двигатели весьма перспективны для космических применений. Тем более, что развитие химии полимеров, обещает нам новые диэлектрические материалы.

Так что можно мыслить в этом направлении.