Физика в играх: увлекательные опыты и эксперименты

Глава пятая ОПЫТЫ С ЭЛЕКТРИЧЕСТВОМ

Как добыть электричество. В наше время мы видим работу электричества на каждом шагу. Электрический свет обращает ночь в день. Электричество поднимает тяжести. Оно мчит их по рельсам. Оно приводит в движение тысячи машин, выделяет металлы, нагревает печи; оно передает нашу речь за океан на другие материки.

Но для того чтобы электричество помогало нам во всем, мы сами предварительно должны затратить работу. Для добывания электрической энергии работают специальные машины, в электрических батареях расходуются материалы. Всегда для получения электрической энергии мы должны затратить работу или израсходовать какую-нибудь другую энергию.

Попадалась ли вам когда-нибудь гуттаперчевая расческа? По виду это очень простая вещь, ничего особенного в ней нет, она черная, гладкая, гибкая. Но стоит потереть ее шерстяной тряпкой или шелковым платком — ив ней возникает новое свойство. Правда, по виду она не изменяется, разве становится только более блестящей. Но новое свойство расчески легко обнаружить.

Попробуйте поднести натертую расческу к мелким обрывкам папиросной бумаги. Вы увидите, что они быстро подскочат и прилипнут к ней. В расческе появилась какая-то удивительная сила. В древности люди думали, что эта сила есть только в янтаре, в котором впервые было подмечено свойство притягивать легкие тела, если янтарь предварительно натереть.

После того как мы затратили некоторую работу — натерли расческу, — она, как принято говорить, наэлектризовалась и стала притягивать к себе ненаэлектризованные предметы. Свойства многих предметов электризоваться трением мы подтвердим еще на ряде других опытов.

Сургуч и мыльный пузырь. Чем легче тело, которое мы хотим притянуть наэлектризованным предметом, тем, конечно, оно лучше притягивается и тем с большего расстояния его можно притянуть. Очень хорошо получаются опыты с мыльными пузырями.

Натрите шелковым лоскутком палочку сургуча так же, как вы натирали гуттаперчевую гребенку. Выдуйте пузырь, стряхните его с трубки — и теперь палочкой сургуча можете вести его за собой по всей комнате, то поднимая вверх, то опуская вниз. Пузырь будет точно следовать за палочкой (рис. 94).

Конечно, не нужно, чтобы пузырь прикасался к палочке; все время ведите палочку на некотором расстоянии от пузыря.

Стеклянная палочка и маятник из бузины. Не всегда удобно бывает возиться с непрочными мыльными пузырями для того, чтобы проделать опыт. Поэтому пузырь с успехом можно заменить какими-нибудь другими легкими предметами, например шариком, вырезанным из сердцевины бузины, цилиндриком из папиросной бумаги или просто обрезками папиросной бумаги.

Чтобы было удобнее производить опыты, подвесьте эти легкие вещицы на шелковинках или просто на тонких легких ниточках к стеклянным подставкам (рис. 95). Подставки делаются из толстостенных стеклянных трубок длиной по 25 сантиметров. Основания можно сделать из чего угодно: из дощечек, картонных плоских коробок — круглых, четырехугольных, все равно.

Трубки прикрепляются клеем или сургучом. Достаньте стеклянную палочку, но не очень тонкую: ее удобнее натирать. Концы палочки оплавьте на огне, чтобы не порезать пальцы.

Натерев стеклянную палочку, вы увидите, что бузинный шарик притягивается к ней на довольно большом расстоянии.

Также притягиваются к ней обрывки бумаги и бумажный цилиндрик.

Но если бузинный шарик прикоснется к стеклянной палочке, тогда получится уже другое явление, о котором мы будем говорить дальше.

«Ано-като». Это очень интересная игрушка, основанная на свойстве тел электризоваться трением.

Возьмите деревянную коробку высотой в 3–4 сантиметра и оклейте ее со всех сторон и изнутри оловянной фольгой, в которую заворачивают чай, шоколад и конфеты. На дно этой коробки положите разные фигурки, сделанные из бузинной сердцевины: палочки, шарики, змейки, куколки и т. п. Все части куколок аккуратно нанижите на нитки, чтобы руки и ноги свободно поднимались.

Коробку с фигурками накройте обычным стеклом и попробуйте дотереть стекло шелковым узелком или жгутом. Смотрите сквозь стекло, что делается с вашими мертвыми фигурками. Они стали подскакивать и подниматься (рис. 96). Куколки поднимают руки и ноги всё выше и выше и наконец целиком прилипают к стеклу.

Как только вы перестанете натирать стекло, игрушки начнут падать вниз. Длинные предметы падают не сразу, а сначала становятся на один конец. Упавшие куколки продолжают еще немного вздрагивать, протягивают кверху руки, будто не желают расстаться с «жизнью», данной им электричеством.

Если вы будете время от времени натирать стекло, фигурки будут смешно плясать под ним.

Оригинальный фонтан. Помните, как мы устраивали очень простой фонтан? Высоко на шкафу ставили ведро с водой, а из него шел сифон со стеклянной и резиновой трубками.

Сделайте еще раз такой фонтан так, чтобы струя воды била до высоты около 50 сантиметров, и направьте ее не прямо вверх, а немного в сторону, в таз.

Диаметр отверстия трубки фонтана должен быть не более 2 миллиметров. Струя образует красивый сноп, рассыпающийся мелким дождем.

Если вы приблизите к струе натертую гуттаперчевую, стеклянную или сургучную палочку, вид струи сразу изменится. Сноп стянется, водяные капли соединятся, и получится светлая спокойная струя, которая будет без брызг падать в таз (рис. 97).

Этот опыт стоит произвести, потому что получается очень эффектный результат, и вы можете его спокойно демонстрировать. Не бывает случая, чтобы он не удался.

Чувствительность струи фонтана можно сравнить только с чувствительностью огня к звуковым волнам. Опыт с управлением струей фонтана удается иногда даже на довольно большом расстоянии.

Разные проводники электричества. Мы говорили о многих легко электризующихся телах. Мы брали гуттаперчу, сургуч, стекло, упоминали о янтаре. Ученые, конечно, заинтересовались электрическими свойствами различных тел. Исследования показали, что тела делятся на две группы. В то время как гуттаперча, сургуч, кожа, шелк легко электризуются, металлы, человеческое тело и другие тела не обнаруживают и следа электричества при самом сильном трении. Поэтому все тела делили на электризующиеся и неэлектризующиеся. Это мнение, однако, было ошибочным.

Теперь известно, что могут быть наэлектризованы все тела. Различие состоит лишь в том, что на телах одной группы электричество распространяется очень быстро по всем направлениям, а в телах другой группы оно остается на том месте, где было вызвано трением. Можно сказать, что одни тела хорошо проводят электричество, а другие не проводят его. Поэтому, чтобы сохранить электричество в хорошо проводящем теле, под него делают подставку или подкладку из материалов, не проводящих электричество. Для того же, чтобы передать электричество на некоторое расстояние, употребляют хорошо проводящие материалы — проводники.

Стекло — плохой проводник, или, как говорят, изолятор, или диэлектрик. Поэтому оно электризуется трением: электричество остается на конце палочки и не передается на всю его поверхность. Металлическая палочка, электризуясь при помощи трения, проводит электричество по всей своей длине, передает его нашему телу, а тело без задержки проводит его в землю.

Чтобы не допустить перехода электричества в землю, металлическую палочку вкладывают в стеклянную трубку, вклеивая ее сургучом. Получается стеклянная ручка — изолятор, и через нее электричество металлического прута не может перейти в наше тело. С помощью таких изоляторов можно электризовать и металлические предметы.

Чтобы понять некоторые свойства электричества, проделайте такой опыт.

Сложите две стопки книг и укрепите на них, как показано на рис. 98, две стеклянные трубочки так, чтобы они выступали приблизительно на 15 сантиметров. На концы этих трубочек положите толстую металлическую проволоку. К одному концу проволоки подставьте подвешенный на стеклянной трубочке бузинный шарик. Чтобы проволока не скатывалась со стеклянных трубок, можно привязать ее ниткой. Если теперь другой конец проволоки вы тронете наэлектризованной стеклянной палочкой, электричество с палочки сейчас же перейдет на проволоку, и вы увидите, как шарик притянется к ней. Электричество распространилось по проволоке, но уйти с нее оно не может потому, что стеклянные трубки, на которых лежит проволока, не пропускают электричество.

Теперь на те же стеклянные трубочки положите вместо электрической проволоки длинную стеклянную палочку. Вы можете сколько угодно натирать один конец этой палочки или пробовать передать ей электричество с другой стеклянной палочки, все равно у вас ничего не получится: бузинный маятник не шевельнется. Но если вы подставите маятник к другому концу наэлектризованной палочки, он сейчас же притянется к нему.

Разные электричества. Мы надеемся, что наши читатели не только будут делать опыты, которые мы описываем, но постараются понять все причины и законы, на которых основаны эти опыты. Мы же облегчим эту задачу и опишем несколько легких опытов. Приборы для опытов у нас уже имеются.

Первый прибор — это бузинный шарик на шелковинке. Притяните его наэлектризованной стеклянной палочкой, только дайте ему дотронуться до палочки, чтобы он пристал. Если он не отпадет сам, отнимите палочку, не дотрагиваясь до шарика рукой. Теперь, как бы вы ни приближали наэлектризованную палочку к шарику, она не только не будет его притягивать, но наоборот — он будет убегать от палочки, увертываться от нее так же, как за минуту до этого сам бросался к ней навстречу.

Что же произошло? Произошло вот что. Часть электричества из палочки в момент прикосновения ее к шарику перешла в шарик. Дотроньтесь до шарика пальцем. Этого достаточно, чтобы разрядить его, и после этого он по-прежнему будет притягиваться к палочке. То же самое произойдет, если вместо стеклянной палочки вы возьмете сургуч. Шарик притянется к нему, а затем, после прикосновения, будет отталкиваться.

Возьмите теперь две подставки с шариками и зарядите шарики разными электричествами: один — электричеством стекла, другой — электричеством сургуча. Шарики тотчас же притянутся друг к другу. Если же зарядить их одним и тем же электричеством, они будут отталкиваться друг от друга (рис. 99, А и Б).

На основании этих опытов мы можем вывести три важных заключения:

1. Ненаэлектризованный шарик притягивается стеклянной, сургучной и гуттаперчевой палочками. Это значит, что предметы, заряженные каким угодно электричеством, притягивают ненаэлектризованные предметы.

2. Шарик, заряженный электричеством стеклянной палочки, не только не подходит к ней близко, но даже отталкивается от нее. Значит, тела, заряженные однородным электричеством, отталкиваются друг от друга.

3. Шарики, заряженные один — электричеством стеклянной палочки, а другой — электричеством сургучной, притягиваются друг к другу, а заряженные оба то одним, то другим электричеством, отталкиваются. Значит, тела, заряженные разнородным электричеством, притягиваются друг к другу.

Вы, вероятно, сами догадались, почему мы подвешиваем шарики на подставках из стекла. Стекло не проводит электричество в землю, и опыты с шариками можно производить спокойно. Сухой воздух не проводит электричество, а влажный проводит довольно хорошо. Поэтому опыты с электричеством трудно производить во влажном воздухе. Перед опытами подставки нужно вытирать суконкой или немного прогревать их. Можно покрыть стекло спиртовым лаком. Он тоже плохой проводник электричества и хуже стекла принимает влагу.

Произведя опыты с бузинными шариками, вы убедитесь, что в предметах действительно есть электричество, потому что увидите его проявление.

Прибор, с помощью которого вы убедитесь в существовании электричества, называется электроскопом. Еще более простой электроскоп можно устроить из обрезков папиросной бумаги.

Вырежьте полоску папиросной бумаги в 20 сантиметров длиной и в 1–2 сантиметра шириной, согните ее пополам, проденьте в петлю из тонкой медной проволоки, а середину проволочной петли привяжите шелковой ниткой к стеклянному штативу так, чтобы концы бумаги висели вниз (рис. 99, Б). Если вы дотронетесь до проволочной петли наэлектризованной сургучной или стеклянной палочкой, концы бумажки сейчас же разойдутся в разные стороны. Электричество с сургуча или стеклянной палочки переходит в бумагу, и концы ее, точно предметы, висящие рядом и наэлектризованные одним и тем же электричеством, отталкиваются друг от друга.

Чтобы предохранить такой электроскоп от ветра или сырости, надо поместить его в стеклянную бутылку или под стеклянный колпак.

Еще чувствительнее будет этот аппарат, если бумагу заменить сусальным золотом. Две полоски сусального золота в 4–5 сантиметров длиной и 2–3 миллиметра шириной приклеиваются яичным белком к заостренному нижнему концу медной проволоки (рис. 99, Г). Сусальное золото обычно продается в специальных книжечках, и разрезать его нужно вместе с бумагой, между которой оно там лежит. Разрезать можно и перочинным ножом на чем-нибудь твердом: главное — не касаться его пальцами, оно пристает к коже и скручивается.

Приклеивается золото так: чуть-чуть смазывается белком конец проволоки и прикладывается к одной золотой полоске. Когда клей высохнет, так же приклеивается золотая полоска с другой стороны. С сусальным золотом надо обращаться очень осторожно: даже от дыхания оно может улететь или свернуться. До приклеивания проволока тщательно вычищается мелкой стеклянной бумагой и второй конец ее закругляется.

Чтобы лучше предохранить прибор от сообщения с землей, вклейте проволоку с листочками в стеклянную трубку. Вклеить ее можно расплавленным сургучом.

Стеклянную трубку с проволокой внутри вставьте в пробку (рис. 99, Г) и для предохранения от влияния ветра и влаги поместите этот прибор в тонкостенную стеклянную колбу. Колбу хорошенько высушите в теплом месте, а для усиления действия электроскопа на нижнюю часть ее наклейте полоску оловянной фольги (рис. 99, Д).

Полоска должна пройти через центр дна колбы и прийтись напротив полосок золота как раз так, чтобы золотые полоски при раздвигании получались точно против оловянных.

Этот электроскоп так чувствителен, что до него даже нельзя дотрагиваться натертой сургучной или стеклянной палочкой, так как листочки слишком сильно оттолкнутся друг от друга и могут совсем оторваться.

Поэтому для опытов с таким чувствительным электроскопом употребляется еще особый «посредник» (рис. 99, Е). В небольшую стеклянную трубку вклеивается на сургуче кусочек медной проволоки. Этой палочкой, ее проволочным концом, дотрагиваются до того предмета, в котором хотят обнаружить электричество. Затем этим же концом прикасаются к концу проволоки электроскопа. Если только в испытуемом теле есть электричество, золотые полоски сейчас же разойдутся в разные стороны.

Чтобы разрядить прибор для нового испытания, достаточно дотронуться пальцем до проволоки электроскопа.

Положительное и отрицательное электричество. Если вы будете переносить палочкой «посредника» электричество со стеклянной палочки на электроскоп, то от каждого нового заряда золотые полоски будут раздвигаться все шире и шире. Разрядив аппарат пальцем, начнем также заряжать его электричеством от сургучной палочки. Вы увидите, что получается то же самое. Значит, последовательная зарядка однородным электричеством увеличивает его количество в электризуемом теле.

Но если к электроскопу, заряженному электричеством стеклянной палочки, вы приложите предмет, заряженный электричеством сургучной палочки, вы увидите, что золотые полоски начнут сближаться и, может быть, совсем повиснут. Электроскоп разрядится. Оказывается, что одно электричество уничтожается другим.

Одно электричество, получаемое от стеклянной палочки, условно названо положительным. Обозначают его знаком плюс (+). Другое электричество, получаемое от сургучной палочки, принято называть отрицательным электричеством. Обозначают его знаком минус (-). Эти знаки всегда употребляют и в статьях об электричестве, и при изображении электрических аппаратов на рисунках и чертежах.

Многочисленными опытами было установлено, что существует только два этих вида электричества, какими бы способами мы его ни добывали.

Электрофор. Электричества, которое мы получаем, натирая стеклянную или другие палочки, очень немного. Чтобы получить значительное количество электричества, пользуются специальным прибором, называемым электрофором, или всевозможными машинами, дающими электричество.

Электрофор нетрудно соорудить самому.

Сделайте из жести круглый таз (рис. 100) диаметром в 20 сантиметров и высотой в 3 сантиметра. В этот таз положите столько толченой канифоли, чтобы, когда она растопится, уровень ее был примерно на 1 сантиметр ниже края тазика. Канифоль легко воспламеняется, поэтому ее надо растапливать на не очень горячем месте плиты.

Можно расплавить канифоль в глубокой закрытой кастрюле, а затем вылить в таз. Таз с расплавленной канифолью поставьте горизонтально, чтобы так же горизонтально застыла канифоль.

Когда канифоль застывает, следите за ней и, если на поверхности будут появляться пузырьки, прокалывайте их иглой — тогда канифоль застынет совершенно гладко. Так как чистая канифоль легко дает трещины при остывании, к ней надо прибавить немного воска.

Когда таз с канифолью будет готов, приготовьте металлический круг немного меньшего диаметра, чем таз. В середине этого круга припаяйте жестяной цилиндр с изолирующей ручкой. Ручку лучше всего сделать из стеклянной трубки и вклеить ее в цилиндр сургучом или какой-нибудь смолой. Металл для круга выберите потолще и по линии окружности хорошенько закруглите его напильником и наждачной бумагой, чтобы нигде не было острых краев.

Можно сделать электрофор и еще проще. Нужно налить канифоль в какую-нибудь подходящую жестяную тарелку, а вместо металлического круга взять кружок из толстого картона или тонкой фанеры, оклеив его аккуратно оловянной фольгой с обеих сторон. Не забудьте также оклеить и края кружка. Вместо стеклянной ручки можно взять палочку сургуча. Конечно, результаты с таким упрощенным электрофором будут немного хуже.

Натрите хорошенько поверхность канифоли сухой шелковой материей или, еще лучше, сильно поколотите ее кусочком лисьего меха — канифоль уже заряжена. Конечно, это заряд отрицательного электричества, как мы условились его называть. Наложите на поверхность канифоли металлический круг, дотроньтесь до него пальцем, затем отнимите палец, а потом поднимите круг за ручку. Теперь и круг зарядился электричеством. Попробуйте легонько поднести к этому кругу палец. Когда палец будет близко от круга, произойдет разряд.

Электричество круга соединится с отрицательным электричеством земли через палец — проводник, и вы увидите молнию в миниатюре.

Между кругом и пальцем проскочит маленькая искра, и раздастся слабенький треск.

Накладывая круг на канифоль, прикасаясь к нему пальцем и снова поднимая, вы можете несколько раз зарядить его электричеством. Наконец заряд электричества в канифоли ослабеет, и ее придется снова натирать мехом. Электрофор разряжается оттого, что отрицательное электричество канифоли соединяется с положительным электричеством влажного воздуха.

Мы сейчас говорили «положительное электричество воздуха», «отрицательное электричество земли», точно они оба, эти электричества, одновременно находятся в воздухе и в земле. Оно так и есть в действительности: электричество есть во всех телах, а не только в воздухе и земле.

Раньше мы сказали, что два разных электричества как бы взаимно уничтожаются, «поглощают» друг друга. Это не значит, что они уничтожаются окончательно. При соединении они как бы «парализуют» друг друга, но не исчезают. Предположим, вы возбудили сильный заряд отрицательного электричества на поверхности электрофора. Когда вы наложите на него металлический кружок, сейчас же к электрофору и притянется положительное электричество кружка из того запаса, который имеется в кружке.

То электричество, которое содержится в кружке, распределяется так, что часть положительного электричества тотчас же перемещается в сторону электрофора, а равная ему часть отрицательного отходит к наружной поверхности кружка. Прикосновением пальца вы отводите это отрицательное электричество в землю.

Размещение положительного и отрицательного электричества в электрофоре показано на рис. 100, справа.

Электрическая машина. В некоторых электрических машинах электричество добывают трением.

Такую небольшую электрическую машину нетрудно сделать самому.

Готовая машина показана на рис. 101, А. Из доски толщиной в 1 сантиметр выпилите основание машины. Длина основания 25–30 сантиметров, ширина — 18 сантиметров. Из такой же доски выпилите еще две стойки высотой по 18 сантиметров, снизу пошире, кверху поуже (рис. 101, Б). В верхних концах стоек просверлите такие отверстия для оси, чтобы ось свободно проходила в них, но не болталась.

Стойки приклейте к основанию, как показано на рисунке. Но когда приклеите стойки, уже нельзя будет вставить ось с кругом. Поэтому пропилите верхушку одной стойки как раз через отверстие. По размеру отпиленного кусочка сделайте деревянную приставку и на винтах прикрепите ее к стойке после того, как вставите ось (рис. 101, В).

Чтобы ось не болталась из стороны в сторону, по обе стороны одной из стоек (лучше разрезанной) наклейте на ось деревянные кольца (рис. 101, Г). Ось сделайте из железной проволоки толщиной в 8-10 миллиметров. На одном конце ее должна быть изогнутая ручка. Смотрите только, чтобы ось была совершенно прямой. Стеклянный круг диаметром в 20 сантиметров укрепляется на оси двумя деревянными кружками с обеих сторон. Эти кружки и стеклянный круг лучше всего приклеить шеллаком.

Стеклянный круг с отверстием посредине вам, пожалуй, не сделать самому. Попробуйте заказать его в мастерской, шлифующей стекло.

Теперь изготовьте приспособление для трения. Оно видно на рисунке. Это две подушки, прижатые к обеим сторонам стеклянного кружка. Подушки должны быть оклеены короткошерстным и нежирным мехом или просто толстой замшей. Но замшу надо сначала амальгамировать. Амальгама приготовляется так. Налейте немного ртути на обрезки цинка, когда ртуть растворит цинк, натрите замшу этим составом.

Подушки электрической машины называются щетками. Две щетки соединяются изогнутой П-образной пластинкой и привинчиваются к ней или приклеиваются. Пластинка привинчивается к короткому круглому деревянному бруску, который потом вклеивается на шеллаке или сургуче в обрезок толстой стеклянной трубки (рис. 101, Д). Трубка вклеивается в подставку под кругом.

Постарайтесь сделать всю работу аккуратно, чтобы подушки нажимали равномерно на обе стороны круга. Тогда машина будет прекрасно работать. Как только вы завертите кружок за ручку, он тотчас же наэлектризуется с обеих сторон отрицательным электричеством. Но это электричество надо еще собрать. Для этого нужен так называемый кондуктор. Он показан на нашем рисунке установленным на машину и отдельно (рис. 101, Е, сбоку и сверху).

Возьмите прочную стеклянную трубку такой высоты, чтобы она доходила до оси круга. На нее насадите небольшой деревянный цилиндр с круглыми краями. Длина цилиндра — 8 сантиметров, диаметр — 4–5 сантиметров. Цилиндр хорошенько поскоблите стеклом и протрите стеклянной бумагой, чтобы он был совсем гладким. Его можно весь оклеить оловянной бумагой или только двумя полосками: одной вдоль, а другой поперек так, чтобы они перекрещивались как раз в том месте, где будет проходить стержень от медной вилки, между концами которой вращается круг. Готовый кондуктор покройте шеллаком, чтобы он не впитывал влагу.

Вилка кондуктора и стержень делаются из толстой медной проволоки и крепко спаиваются. Вилка должна быть сделана с таким расчетом, чтобы концы ее были на расстоянии нескольких миллиметров от кружка. Концы вилки закруглите, а на конец стержня насадите медный или свинцовый шарик. Можно взять охотничью картечь или шарик от рыболовного грузила. Стержень вилки хорошенько протрите мелкой стеклянной бумагой, чтобы он был совершенно гладким. Только внутреннюю сторону вилки пропилите рашпилем. Она должна быть шероховатой.

К краям щеток приклейте еще со стороны вилки дугообразные полоски тонкой кальки или упругой шелковой материи. Эти «крылья» обозначены пунктиром на рис. 101, А. Когда поверхность круга наэлектризуется, эти полоски как тела ненаэлектризованные подтягиваются к кругу и продолжают процесс трения до самого кондуктора. Когда действие машины прекращается, они свободно отпадают. Едва вы начнете вращать круг, он зарядится отрицательным электричеством и передаст заряд кондуктору. Поднесите согнутый палец к шарику кондуктора, и тотчас же получится разряд — с треском проскочит искра.

Цилиндрическая машина. Цилиндрическую машину устроить гораздо легче. На рис. 102 показана самая простая машина. Цилиндр ее — это обыкновенная винная бутылка. Вместе с пробкой в горлышко бутылки вклеена коленчатая ручка. Стойки для осей такие же, как и у предыдущей машины, только немного ниже. Обе они цельные, так как в этой машине ось составная.

В углубление дна бутылки вклеивается деревяшка, на нее сквозь стойку нажимает винт. В месте нажима винта в деревяшке сделано маленькое углубление, чтобы бутылка не соскакивала с оси. Этим же винтом бутылка прижимается к противоположной стойке, чтобы она не двигалась из стороны в сторону и не могла выскочить. Под конец винта, чтобы он не врезался в деревяшку, надо подложить обрезок железа с ямкой.

Щетка в этой машине только одна — это дощечка такой же длины, что и цилиндрическая часть бутылки, и шириной в 4–5 сантиметров. Дощечка оклеена кожей и прижимается к бутылке двумя тугими пружинами. Чтобы щетка не выскакивала из пружин при вращении бутылки, вклейте в подставку машины две короткие трубки. В щетку врезаются два деревянных стержня такого диаметра, чтобы они входили в отверстия трубок. Тогда щетка сможет подниматься вверх и вниз, следуя за бутылкой, но не будет выскакивать.

Кондуктор этой машины совсем простой. В верхушку левой стойки вклеивается толстостенная стеклянная трубка. На нее насаживается кондуктор, выгнутый из толстой железной проволоки. Для того чтобы было удобнее насадить кондуктор на трубку, к нему нужно припаять небольшой металлический колпачок. Это хорошо видно на рисунке.

К щетке этой машины тоже можно приклеить крыло; ширина его должна быть приблизительно равна диаметру бутылки. Когда начнете вертеть за ручку, крыло поднимется, прилипнет к бутылке и закроет ее почти до кондуктора.

Но для того чтобы эта машина хорошо работала, к ней придется сделать еще одно несложное приспособление — так называемую лейденскую банку. Лейденская банка видна на нашем рисунке с левой стороны. Она сделана из небольшой бутылки. Изготовление лейденских банок описано дальше. Стержень, выходящий из пробки бутылки, заканчивается крючком. Крючок висит на проволоке кондуктора, а провод, обернутый вокруг бутылки, подведен к щетке машины. С лейденской банкой эта машина работает очень хорошо.

Конденсаторы. Приборы, собирающие электричество, называются конденсатора-м и. Для того чтобы понять, как они работают, представьте себе две смежные комнаты, разделенные тонкой перегородкой. По обе стороны перегородки летает масса мух, снующих по всем направлениям. Вообразим, что все мухи по одну сторону перегородки заряжены положительным электричеством, а с другой стороны — отрицательным. Тогда все мухи притянутся через перегородку друг к другу и облепят ее с обеих сторон. Если опять впустить по обе стороны перегородки наэлектризованных мух, их постигнет та же участь.

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 Вениамин Франклин.

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. Двое ученых почти одновременно изобрели конденсатор-банку. Один из них — Домхер Клейст в Померании, а другой — физик Кюне-ус 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 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 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).

— 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 острые 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 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.

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

Когда пустите в ход машину, электричество попадет через спицу в наперсток, через наперсток — в проволоки и будет стекать с острых концов в воздух. Этот электрический ветер заставит вертушку вращаться.

Электрическая тележка. На длинной доске укрепляются 4 стеклянные трубки длиной приблизительно 10 сантиметров. На этих трубках натягиваются рельсы — две проволоки диаметром 1,5–2 миллиметра, как показано на рис. 106. Для того чтобы проволоки не соскакивали, на концах трубок можно сделать канавки трехгранным напильником, смоченным водой. Так как проволоки не должны касаться доски, на обоих концах их загибаются крючки, и к винтам, ввернутым в доску, они привязываются прочными шелковыми нитками. Это хорошо видно на рисунке. Винты дают возможность натянуть привязанные к ним проволоки так, чтобы они звенели как струны.

Тележка для этой дороги довольно оригинальная. Она катится на осях колес, а колеса висят за проволочными рельсами. Понятно, почему это так. Электричество будет стекать с остриев «колес», заставит их вращаться, как вращалась вертушка, описанная раньше, и тележка поедет на осях. Очень тщательно нужно сделать колеса. Оси их — вязальные спицы с пробками на концах. В пробки вставляются изогнутые проволоки так, чтобы все они обязательно касались вязальных спиц.

Если соединить с проволоками — рельсами — кондуктор электрической машины, колеса завертятся и тележка сдвинется с места.

Имейте в виду, что этот опыт удается только при исключительной тщательности изготовления всех частей.

Электрические искры. Если вы пустите электрическое колесо в темноте, вы увидите маленькие искорки на концах крючков, а если колесо будет очень быстро вращаться, появятся даже светящиеся дуги. В темноте вы увидите на круге электрической машины, у подушек, на кондукторе, на всех углах и острых гранях машины искры и огненные дуги. Это бесполезная трата электричества. Чтобы от нее избавиться, нужно сгладить все части машины и покрыть где нужно металлические части шеллаком.

Нетрудно получить и очень красивое электрическое сияние.

Приделайте к кондуктору маленький шарик на проволоке. Если поднести к нему руку, появятся сначала небольшие отдельные искры, затем дуги и, наконец, целый сноп искр, как показано на рис. 107. При этом слышится жужжание и получается ощущение, будто на руку ложится паутина.

Сияние. С помощью электрической машины можно устраивать светящиеся надписи и очень красивые сияния. Соберите пучком маленькие проволочки, соедините их с кондуктором машины, а свободные концы проволок расположите так, чтобы из них получились буквы, как будто написанные пунктиром.

Чтобы проволоки не сдвигались, свяжите их шелковыми нитками. В темноте на концах проволок появятся искорки, которые образуют светящиеся буквы.

Такое сияние можно наблюдать в природе. Оно появляется во время грозы на концах громоотводов, на концах мачт и рей на судах. Его называют «огнем Эльма».

Изолирующая скамейка. Может быть, вы захотите электризовать не только разные предметы, но даже человека? Человека наэлектризовать можно, но для этого нужно еще одно приспособление. Дело в том, что, стоя на полу, человек отлично проводит электричество в землю. Надо его изолировать от земли, и тогда его можно наэлектризовать.

Возьмите 4 бутылки одинаковой высоты, поставьте их на пол, а на горлышки положите доску. Но чтобы эта скамейка на стеклянных ножках была устойчивой, вставьте в горлышки деревянные палки, укрепленные в доске (рис. 108). Чтобы скамейка со стеклянными ножками была действительно изолированной, бутылки должны быть совершенно сухими.

Если вы станете на такую скамейку и возьметесь за кондуктор электрической машины или просто соединитесь с кондуктором проволокой, вы легко наэлектризуетесь.

Вы, может быть, думаете, что на такой большой предмет, как человеческое тело, понадобится очень много электричества? Нет, на эту операцию электричества нужно меньше, чем на маленькую лейденскую банку. Если поднести к заряженному человеку согнутый в суставе палец, из любой части тела человека будут выскакивать искры, но удары их будут совершенно безопасными и только испугают неожиданностью.

Наэлектризованный человек почти ничего не ощущает, разве только волосы на голове поднимаются и выпрямляются. Ощущение движения волос особенно сильно, если кто-нибудь другой, стоящий на полу, проведет рукой над головой стоящего на скамейке.

Имея такую скамейку, можно проделать много забавных опытов. Например, до стоящего на скамейке никто не сможет дотронуться безнаказанно: непременно из какой-нибудь части тела — подбородка или кончика носа — выскочат искры. Если хорошо спрятать машину и электрический провод и вместо того, чтобы становиться на скамейку, надеть сухие резиновые калоши, вы можете, поздоровавшись с приятелем за руку, сильно напугать его неожиданным электрическим толчком. Можно безбоязненно проводить эти опыты: искры не причиняют никакой боли; только не надо шутить с глазами.

Батарея из лейденских банок. Много интересных опытов можно проделать, пользуясь лейденской банкой. Но часто одной лейденской банки недостаточно. Поэтому, если нет банки больших размеров, можно соединить несколько банок в батарею (рис. 109).

Для соединения наружных обкладок может служить просто разостланный на столе или приклеенный к специальной доске лист оловянной фольги. Этот лист делает как бы общими наружные обкладки всех банок. Внутренние обкладки соединены проволоками, соединяющими вместе все стержни банок. Если в шариках есть дырочки, куда можно плотно воткнуть концы проволок, как показано на рис. 109, — это гораздо лучше. Тогда концы проволок, с которых мог бы стекать заряд, не будут торчать.

Чтобы зарядить батарею лейденских банок, достаточно провести только один провод от электрической машины к стержню любой банки, и электричество само равномерно распределится на все банки. Соединение с землей наружных обкладок не особенно важно, но, если хотите, подложите под одну из банок кусочек проволоки с привязанными к нему ключами, а когда будете заряжать батарею, возьмите ключи в руку. Если вы дотронетесь разрядником до наружной обкладки одной из банок и поднесете другой конец разрядника к шарику какой-нибудь банки, проскочит сильная искра и одновременно разрядится вся батарея.

Сила батареи зависит от величины и числа банок, но длина искры от этого не увеличивается. Если вы не сделали себе электрическую машину, можете заряжать лейденскую банку или батарею банок с помощью электрофора.

Фигуры Лихтенберга. Электричество, собранное в лейденской банке, смотря, конечно, по силе заряда, может проникать и сквозь предметы. Оно проникает не только сквозь плохие проводники, но даже и сквозь хорошие изоляторы. Например, искра от лейденской банки пробивает тонкую картонку. Если вы рассмотрите отверстие, пробитое искрой, вы увидите, что края его развернуты в обе стороны. Это показывает, что электричество действует не просто в одном направлении, как пуля, а равномерно в обе стороны.

На некоторых изоляторах, которые заряд банки не может пробить, например на пластинках гуттаперчи и на электрофоре, электричество расходится, как бы стремясь соединиться на противоположной стороне.

Физику Лихтенбергу удалось даже получить изображение распространения электричества на поверхности электрофора. Положительное электричество дало звезду очень тонкой работы (рис. ПО), а отрицательное разошлось пятнами.

Разряд через цепь людей. Удары разряда, даже очень слабые, всегда немного пугают. Никогда не давайте лейденскую банку в руки нервному человеку. Испугавшись, он, наверное, не очень бережно обойдется с ней. Да и вообще, когда будете шутить с лейденской банкой, не очень увлекайтесь.

Чтобы ослабить силу разряда, можно устроить цепь из людей. Тогда удар распределится между всеми участниками и всем попадет понемногу. Пусть несколько человек возьмутся за руки: первый от края должен взять банку за наружную обкладку, а последний пусть дотронется пальцем до шарика.

Удар, хотя и не сильный, почувствуют все находящиеся в цепи.

Если вы сами не хотите получить щелчок от своей банки, можете немного схитрить. Возьмите проволоку такой длины, чтобы ее хватило от конца пальцев одной руки до конца пальцев другой, когда вы протянете руки в стороны. Снимите куртку, проденьте проволоку в рукава и опять оденьтесь. Когда будете брать банку, прихватите в руку один конец проволоки, а беря руку соседа, прихватите другой конец проволоки. Таким образом получится металлическое соединение наружной обкладки банки непосредственно со вторым человеком цепи. По всей цепи будет идти электричество, а вы ничего не почувствуете, даже при самом сильном разряде.

Этот опыт можно провести по-другому.

Поставьте товарищей вокруг стола так, чтобы они не касались друг друга локтями. На стол поставьте стаканы с водой, одним меньше, чем людей в цепи. Пусть каждый опустит один палец правой руки в правый стакан и один палец левой руки в левый стакан. Таким образом пальцы соседей окажутся в одном стакане. Только пусть они не касаются друг друга.

Если теперь крайние возьмутся за обкладки лейденской банки, вся цепь так же получит электрический удар, как и в первом случае.

Это показывает, что электричество проводится не только металлами, но и некоторыми жидкостями.

Оригинальный денежный шкаф. Покройте простой глиняный таз снаружи и изнутри бронзировальной жидкостью. Покрыть надо погуще, несколько раз, так, чтобы до краев таза слой бронзы не доходил и изнутри и снаружи на 3–4 сантиметра. Поставьте таз на стол, покрытый листом оловянной фольги. При этом хорошо смочить немного стол, будто не нарочно. В таз налейте воду вровень с наружной бронзировкой, а на дно бросьте несколько монет. Придвиньте к тазу электрическую машину, проведите проволоку от кондуктора в воду и наэлектризуйте ее хорошенько. При этом, конечно, края таза должны быть совершенно сухими. Спрячьте машину, осторожно отодвиньте таз от края стола и предложите кому-нибудь достать деньги со дна. Как только желающий потянется в таз, облокотись, конечно, другой рукой на мокрый стол, и опустит руку в воду, он сейчас же получит удар: произойдет разряд. От неожиданности потерпевший, конечно, сейчас же выхватит руку из воды, не успев захватить ни одной монеты. Больше он не захочет пробовать, хотя, понятно, теперь можно свободно достать деньги со дна, потому что вода разрядилась.

Гроза в миниатюре. Ученый Вениамин Франклин в 1752 году в Филадельфии запустил змей в грозовую тучу и извлек из нее молнию. Он получил электрическую искру на земле. Через сто лет удалось воспроизвести такое же явление с помощью электрической машины.

В настоящее время электрические машины доведены до такого совершенства, что искры их — электрические разряды — по силе света и разрушительной силе действия действительно можно сравнивать с атмосферными разрядами. Конечно, разряды, получаемые с помощью нашей самодельной электрической машины, не так сильны, но и мы можем воспроизвести маленькую молнию, ударяющую в домик с громоотводом (рис. 111).

Громоотвод защищает дом от молнии потому, что электрическому заряду легче всего пройти по проводу прямо в землю. Так же нужно построить громоотвод и на нашем маленьком домике. Размеры домика могут быть какие угодно. Его можно сделать из любого материала, только, конечно, не из металла. Заостренная проволока, вставленная в стеклянную трубку, заменит нам громоотвод. Один конец проволоки надо укрепить на самом высоком месте постройки, пропустить проволоку сквозь крышу прямо внутрь дома и закончить ее шариком.

Мы можем просто подставить под шарик маленькую жестяную чашечку — крышку какой-нибудь коробки и пр. — ив нее опустить конец громоотвода, прижав его плотно ко дну.

Чтобы весь опыт был больше похож на удар молнии из тучи, сделайте также и тучу. Только наша туча будет не из пара, а просто из жести от старых консервных банок. Для большого сходства ее можно раскрасить. Тучи припаяйте, как показано на рис. 111, к наперстку. По другую сторону наперстка припаяйте кусочек проволоки с каким-нибудь грузом — противовесом. Сделайте еще изолятор для тучи. Заткните сухую бутылку пробкой; в пробку воткните вязальную спицу и наденьте на нее наперсток с тучей и противовесом. Эту тучу с изолятором-бутылкой установите так, чтобы туча повисла на небольшом расстоянии как раз над громоотводом. Чтобы провести электричество в тучу, соедините проволокой спицу с кондуктором электрической машины. Туча зарядится положительным электричеством. Громоотвод нужно зарядить отрицательным электри-чеством. Для этого жестяную чашечку соедините с подушками электрической машины.

Когда машина начнет работать, толкните легонько тучу: она приблизится к громоотводу, и проскочит искра — молния. Конечно, молния получается не особенно яркая, но ее можно усилить, подвесив на кондуктор машины лейденскую банку и соединив ее как показано на рисунке. Чем больше будет лейденская банка, тем ярче будет молния.

Если вы хотите, чтобы от удара молнии начался пожар, надо испортить громоотвод — нарушить его соединение с землей. Для этого поднимите кверху шарик из чашечки на несколько миллиметров. В чашечку налейте слегка подогретого спирта. Молния ударит в громоотвод, искра проскочит через маленький промежуток между шариком и чашечкой, спирт вспыхнет — вот вам настоящий пожар!

Когда искра проскакивает внутри домика между шариком громоотвода и чашечкой, на верхнем конце громоотвода можно видеть огонь Эльма.

Конечно, этот опыт нужно проводить в темноте и поднять тучу так высоко, чтобы разряд уже не мог произойти. Если туча будет находиться над громоотводом, изредка на конце его будет появляться ровное пламя, так как расстояние для разряда слишком велико и происходит только слабый, постепенный разряд.

Искрящаяся трубка. Возьмите стеклянную трубку такой длины, чтобы, подвешенная к кондуктору, она не касалась стола (рис. 112). Оклейте концы трубки фольгой, положив под нее кусочки проволоки. Заткните трубку пробками с обоих концов, а в пробки воткните проволочные крючки и соедините их проволоками с оловянными кольцами трубки. Нарежьте фольгу полосками шириной в полсантиметра. Из этих полосок нарежьте ромбики длиной примерно в полсантиметра или вырежьте кружочки примерно такого же диаметра. Обмакните лучинку в клей, поднимайте ею оловянные ромбики или кружочки и наклеивайте их спирально на трубку, как показано на рисунке. Промежутки между ромбиками должны быть не более полумиллиметра. Первый и последний ромбики должны быть наклеены на оловянные кольца концов трубки.

Когда вы пустите машину в ход, между ромбиками появятся искорки. Они будут вспыхивать и гаснуть очень красивой змейкой. Понятно, что нижний крючок должен быть соединен в это время со щетками машины.

Светящиеся буквы. Вы можете таким же способом составить на стекле или какой-нибудь другой изолирующей плоскости слова, орнамент, разные красивые фигуры. На рис. 113 показана для примера буква Я с проводами. Нужно только следить за линиями пересечения, чтобы не происходило разряда с ближайшим ромбиком, и облегчить ход электричества маленькими проволочными дугами, как показано в верхней части буквы.

И не такие простые фигуры можно сделать светящимися.

Светящиеся бокалы. На рис. 114 показано несколько высоких стопок. Они установлены по кругу. Чем больше стопок, тем красивее будет опыт. На нашем рисунке их шесть, но для опыта можно ограничиться и тремя. Конечно, не обязательно брать стопки, их можно заменить простыми стаканами, пробирками или широкими стеклянными трубками.

Можно чередовать трубки со стаканами. Важно только, чтобы все предметы в круге были приблизительно одной высоты.

Вокруг всех бокалов наклеивается спираль из оловянных ромбиков так же, как на трубку в предыдущем опыте. Ромбики наклеиваются с верхнего конца или от верхнего края до нижнего. Последний ромбик каждой стопки должен быть загнут за край для того, чтобы линия ромбиков соединилась с оловянным кругом, на котором расставляются стопки. На это соединение нужно обратить особое внимание, потому что, если края стопок неровные, соединение может не получиться.

От оловянного круга должен быть проведен провод к подушкам электрической машины.

От кондуктора машины электричество подводится к верхушкам стопок очень просто. В центре круга в хорошо приклеенную пробку или деревяшку вставляется вязальная спица. Высота спицы должна быть в два раза больше высоты стопок. На конец спицы надевается толстая проволока, изогнутая как показано на рисунке. Для того чтобы проволока не соскакивала со спицы, на ней нужно сделать ямку. К одному концу проволоки приклеивается маленький флаг из оловянной фольги.

Флаг должен быть такой длины, чтобы при вращении проволоки он задевал за концы змеек, наклеенных на бокалы.

На противоположном конце проволоки прикрепляется груз — пробка или картонный кружок, чтобы вращающаяся проволока была уравновешена. Спицу соедините с кондуктором и можете пускать машину. Толкните проволоку на спице, и флажок по очереди будет заставлять светиться все стопки.

Если вы заставите проволоку быстро вращаться, стопки будут блестеть почти все одновременно.

Это очень красивая игрушка; конечно, опыты с ней нужно производить в темной комнате.

Светящийся ландшафт. Конечно, очень скучно вырезать и наклеивать фигурки из фольги. Большой светящийся рисунок можно сделать и более простым способом.

Нарежьте фольгу длинными узенькими полосками шириной по 1–2 миллиметра, наклейте их параллельно на стекло с промежутками в 1 сантиметр, а потом коротенькими кусочками таких же полосок соедините между собой левые концы первой и второй полосок, правые концы второй и третьей, затем опять левые концы третьей и четвертой — и так до конца, чтобы на стекле получилась непрерывная зигзагообразная линия. На этом стекле острым мелом нарисуйте контуры каких-нибудь предметов — дома, памятника, цветка — и прорежьте все полоски острым перочинным ножом по линиям мелового рисунка (рис. 115).

Теперь вы, наверное, сами догадаетесь, что получится дальше. Если вы соедините начало и конец зигзагообразной линии с электрической машиной так же, как и в опытах со светящимися линиями, тогда во время работы электрической машины ваш рисунок будет великолепно светиться.

Электрическая пушка. Достаньте обрезок медной трубки диаметром примерно в 1,5 сантиметра и длиной сантиметров в 20. Из этой трубки мы сделаем пушку.

Просверлите трубку насквозь посредине так, чтобы в отверстие можно было вставить с обеих сторон две маленькие стеклянные трубочки (рис. 116), и приклейте их сургучом. Только предварительно в эти трубочки вставьте маленькие кусочки медной проволоки с напаянными металлическими шариками. Здесь нужны небольшие шарики, можно просто взять дробинки. Трубочки вставьте так, чтобы между шариками внутри пушки остался промежуток в 2 миллиметра. Между ними будет проскакивать искра.

В один конец трубки вклейте попрочнее деревянную пробку. Маленький лафет пушки можно соорудить из обрезков фанеры.

Стеклянные трубочки поддерживают пушку на лафете. Следите только за тем, чтобы металлический ствол пушки не прикасался к лафету.

Пушка заряжается гремучим газом. Этот газ — соединение водорода и кислорода. О том, как добыть его, вы прочтете в конце книги. Для нашей пушки нет надобности добывать чистый гремучий газ. Опыты с ним очень опасны. Нам достаточно только наклонить пушку жерлом над трубкой, выводящей водород из банки, в которой он добывается, а потом заткнуть пушку пробкой. Водород войдет в пушку, смешается там с кислородом воздуха, и хотя количества кислорода для составления гремучего газа будет недостаточно, но для нашего опыта больше не нужно.

Теперь можно стрелять. Зарядите лейденскую банку и соедините ее наружную обкладку с проволокой в одной из трубок пушки. Разрядником соедините внутреннюю обкладку банки с проволокой другой трубочки. Только при этом покрепче держите пушку. Раздастся сильный выстрел, и пробка улетит довольно далеко. Когда вы соединяете разрядником шарик банки и пушки, внутри нее проскакивает искра, которая воспламеняет гремучий газ.

Можно зарядить пушку простым светильным газом; результат получится почти такой же. Подержите немного пушку над газовым рожком и, не перевертывая жерлом кверху, заткните пробкой. Когда немного напрактикуетесь и привыкнете заряжать ее так, как нужно, вы увидите, что, если газа набрали мало, выстрел получается слабый; много газа — пушку очень сильно бросает. Лучше всего работает смесь из 1 части светильного газа и 5–7 частей воздуха.

Смесь газа с воздухом часто используется в технике. Есть газовые моторы, в которых пробка-поршень двигается в цилиндре взад и вперед и с помощью шатуна и кривошипа вращает маховое колесо. Конечно, в моторе все действия происходят автоматически, шток с пробкой-поршнем всасывает воздух и газ в такой пропорции, чтобы получился сильный заряд для «выстрела». Затем обратным движением поршня этот газ сдавливается и зажигается крошечной искрой. Поршень толкается расширившимися газами и приводит в движение маховое колесо. Затем маховое колесо, вращаясь по инерции, снова возвращает поршень в первоначальное положение, опять всасывается воздух, и двигатель непрерывно работает.

О МАГНЕТИЗМЕ

Искусственные магниты. Лет полтораста назад трудно было достать хороший стальной магнит. В руководствах физики того времени приводилось много разных таинственных рецептов для изготовления магнитов.

Теперь мы можем получить отличный магнит очень легко с помощью электрического тока. Но не всякая сталь хороша для изготовления магнита. Очень мягкая теряет магнитные свойства через несколько дней, чересчур твердая легко ломается при неосторожном обращении.

Если вам удастся достать прутик хорошей стали толщиной примерно с мизинец, вы сможете сделать из нее очень хороший магнит. Но его нужно предварительно закалить. Нагрейте прут на угольях до темно-красного цвета и бросьте в холодную воду. Прут станет тогда очень твердым, но хрупким. Теперь нужно еще, как говорят техники, «отпустить» сталь. Очистите закаленный прут шкуркой, а затем возьмите щипцами и подержите над хорошо раздутыми углями. По мере нагревания цвет стали будет изменяться. За этим надо внимательно следить. Сначала она делается соломенного цвета, потом темно-желтого, бурого и наконец синеет. Когда она начнет становиться бурой, бросьте ее снова в холодную воду. Теперь сталь потеряла хрупкость, но сохранила твердость.

Если у вас есть хороший фабричный магнит, вы можете передать его магнитные свойства любому числу стальных прутьев.

Но сначала заметьте, что оба конца магнита имеют различные свойства. Один конец, или полюс, магнита условно называется северным, другой — южным.

Чтобы с помощью фабричного магнита намагнитить какой-нибудь прут, например вязальную спицу, положите ее на стол, ведите от середины северным полюсом к одному концу спицы, а потом южным — тоже от середины к другому концу. Не важно, если вы не знаете, какой из полюсов фабричного магнита северный и какой — южный: все равно одним концом ведите от середины в одну сторону, а другим — в другую. Через некоторое время спица намагнитится до предела, и дальнейшее натирание ее магнитом будет бесполезно.

Во время намагничивания хорошо время от времени ударять по спице маленькой деревянной палочкой. Если кто-нибудь будет следить за вашей работой, он подумает, что вы проделываете какие-то таинственные, непонятные действия: трете каким-то бруском, стучите деревянной палочкой, а по виду ничего не изменяется. На самом деле таким простым способом вы изготовили себе хороший магнит и можете проделать несколько интересных опытов. Попробуйте выяснить, какие вещества магнит притягивает. Вы скоро обнаружите, что магнит притягивает только железо и сталь, а другие вещества — дерево, стекло, бумагу — не притягивает.

На стеклянной подставке вроде тех, которыми мы пользовались для первых опытов с электричеством, подвесьте привязанную за середину намагниченную спицу. На рис. 117 показано, как стальной прутик, продетый сквозь пробку, подвешивается с помощью проволочного крючка к подставке. Когда вы опустите магнит, он повернется несколько раз, потом опишет взад и вперед несколько дуг, как будто хочет остановиться в каком-то определенном положении, и наконец остановится. Теперь, как бы мы ни выводили магнит из этого положения, он постоянно возвращается к нему. Вы легко обнаружите, что концы прямого магнита всегда направлены на север и на юг.

Повесьте два магнита на большом расстоянии друг от друга. Оба они покажут на север и на юг. Заметьте концы магнитов, обращенные к северу. Можно просто навесить на эти концы узенькие полоски бумаги. Теперь попробуйте осторожно сближать магниты, сдвигая подставки. Вы увидите, как магниты изменят положение и повернутся друг к другу один северным, а другой южным полюсом (рис. 117, справа). И сколько бы раз вы ни повторяли этот опыт, всегда северный полюс одного магнита притянется к южному полюсу другого.

Вы можете даже попробовать закрутить один из магнитов. Когда нитка, на которой он подвешен, раскрутится, магнит все равно остановится против полюса другого наименования соседнего магнита. Если насильно повернуть один из магнитов так, чтобы он расположился северным к северному и южным к южному полюсам другого магнита, то стоит лишь их отпустить, как они сейчас же начнут поворачиваться до тех пор, покамест северный полюс одного из них не станет против южного полюса другого. Попробуйте снять один из магнитов с подставки и поднести его северным концом к северному концу висящего магнита. Вы увидите, что он оттолкнет висящий магнит. То же самое произойдет, если вы сблизите южные полюсы обоих магнитов. Но как только вы сблизите северный полюс с южным, висящие магниты быстро притянутся.

Из этих опытов можем вывести заключение, что одноименные полюсы всегда отталкиваются, а разноименные притягиваются.

Подержите под висящим на нитке магнитом горизонтально другой магнит. Вы увидите, что висящий магнит повернется и остановится в том же направлении, в каком вы держите другой. Только северный конец его окажется над южным, а южный — над северным. Если вы повернете нижний магнит в направлении с севера на юг, но так, чтобы к северу был направлен южный полюс магнита, верхний висящий магнит станет в том же направлении. Только, конечно, на север будет направлен северный конец свободно висящего магнита. Если вы теперь удалите нижний магнит, вы увидите, что висящий не изменит положения. Выходит, что земля наша действует на висящий магнит так, как тот, который мы к нему подводили. Это значит, что земля сама является магнитом.

Устройство компаса. Конечно, вы понимаете, что свободно подвешенный магнит может служить для определения стран света даже тогда, когда все небо закрыто тучами и найти положение стран света по солнцу или звездам нельзя.

Свободно подвешенная намагниченная стрелка и есть простейший компас.

Компас очень помог развитию мореплавания. Моряки стали спокойно уходить далеко от берегов и без страха пересекали открытое море, так как всякие отклонения от курса сейчас же обнаруживала компасная стрелка.

Однако идя все время в направлении, указанном магнитной стрелкой, мы никогда не дошли бы до географического северного полюса. Дело в том, что географический северный полюс и магнитный полюс Земли не совпадают. Если мы говорим, что магнитная стрелка показывает на север, то это не совсем точно. Направление на географический северный полюс можно определить точно только в том случае, если известно так называемое «склонение» стрелки, т. е. угол между направлением на географический полюс и направлением на полюс магнитный.

Склонение магнитной стрелки компаса должно быть хорошо известно при кораблевождении.

Магнит, висящий на нитке, прикрепленной к его середине, — это очень хорошая стрелка компаса. Никакое другое приспособление не дает такого легкого вращения.

Если вы хотите сделать себе компас, вырежьте картонный кружок, обозначьте на нем страны света и проденьте нитку сквозь отверстие в центре. Приклейте этот картонный кружок к магниту, и он будет вращаться вместе с ним, как в настоящем морском компасе. Если вы приклеите кружок к магниту так, что обозначения севера и юга на кружке совпадут с концами вашей стрелки, компас будет показывать магнитные, а не астрономические страны света. Если же вы передвинете магнитную стрелку под кружком на величину склонения, кружок будет показывать астрономические страны света.

Склонение магнитной стрелки в разных местах земного шара различное. Оно может равняться нулю, может быть западным или восточным. Значит, мы можем верно установить наш компас только для той местности, где мы живем.

Станьте перед кружком так, чтобы север был перед вами; тогда справа будет восток, слева — запад. Если склонение места, в котором вы устанавливаете компас, восточное, магнитная стрелка должна быть приклеена по правую сторону обозначения севера на кружке; если склонение места западное, стрелка должна быть приклеена по левую сторону. У нас на рис. 118 показано положение стрелки при довольно сильном западном склонении местности.

Умные рыбки. Вырежьте из дерева несколько маленьких рыбок. Обработайте их напильником, ножом и стеклом, затем просверлите отверстия сквозь каждую из рыбок по длине и воткните в эти отверстия кусочки сильно намагниченных спиц. Длина спиц должна быть немного меньше длины рыбок. Концы дырок залепите воском или сургучом и раскрасьте рыбок разными масляными красками. Если вы поместите спицы в нижних половинах рыбок, они будут плавать совершенно правильно, спинкой кверху. Когда будете вставлять спицы в рыбок, проследите за тем, чтобы, скажем, северные полюсы спиц у всех приходились к голове.

Еще одну длинную и сильно намагниченную спицу поместите в такую оболочку, чтобы никто не подумал, что в ней спрятан магнит. Можно взять какую-нибудь тоненькую трубочку, заложить в нее спицу и заделать оба конца трубки. На концах сделайте незаметные пометки, чтобы вы всегда знали, где северный и где южный полюс.

Прилепите к южному полюсу палочки кусочек хлеба и предложите кому-нибудь из присутствующих покормить рыбок. Едва он поднесет трубку к тазу, рыбки повернутся к ней головами и поплывут. Это всегда получается очень забавно.

Вы можете сказать, что рыбки слишком умны, чтобы их можно было обмануть. Не дайте им хлеба — быстро поверните трубочку пустым концом. Рыбки сейчас же отвернутся. В этот момент быстро уберите палочку, иначе ваша тайна тут же раскроется. Вы догадываетесь почему? Ведь к рыбкам был повернут уже не южный, а северный полюс, а на хвостах у них южный. Значит, они отвернутся, чтобы повернуться к палочке хвостами. Если бы они просто повернулись — это было бы не страшно, но ведь они станут сейчас же подплывать к палочке, пятясь задом. Что же скажут тогда присутствующие о таком поведении «умных» рыбок?

Геометрические фигуры из плавающих магнитов. Проткните 5–6 одинаковых пробок толстыми иголками, заранее хорошо намагниченными. Иголки выберите большие, все одинаковые. Ушки их всех должны быть намагничены одноименными полюсами. Иголки воткните в пробки так, чтобы сверху торчал только небольшой конец с ушком, и опустите их в блюдо с водой остриями вниз. Они так и будут плавать. Но тут вы увидите интересное зрелище: так как ушки всех иголок намагничены одноименно и острия тоже, иголки отталкиваются друг от друга. Но они не дойдут до краев блюда, потому что действуют силы притяжения разноименных полюсов по диагоналям — от ушка одной иглы к острию другой. На каком-то расстоянии наступает равновесие сил притяжения и отталкивания: иголки останавливаются.

Интересно, что иголки располагаются симметричной фигурой, форма которой зависит от их числа. Три иголки образуют треугольник, четыре — квадрат, пять — пятиугольник. У нас на рис. 119 показаны различные фигуры, образованные плавающими магнитами.

Но это еще не все.

Попробуйте точно в центр фигуры опустить один из полюсов постоянного магнита. Все иголки равномерно отплывут или приплывут, сохраняя прежнее симметричное расположение. Понятно, что удаление и приближение иголок зависят от того, совпал ли полюс постоянного магнита с наименованием полюсов ушек иголок или он другого наименования.

Если после того, как иголки отплыли, удалить магнит, они станут опять сближаться, будто соединены с магнитом какими-то нитями.

Много интересных опытов можно проделать с плавающими магнитами. Попробуйте, например, удалить из блюда одну из иголок, все остальные быстро перестроятся в новую симметричную фигуру. Попробуйте добавить иголку — снова все изменится.

Замечательные рисунки, сделанные магнитом. Удивительная все-таки вещь магнит! Лежит он на столе, а в некотором расстоянии от него магнитная стрелка обращается к нему, притягивается им. Кажется, будто невидимые эластичные резинки протянуты от одного из этих предметов к другому. Между ними ничего не видно, но, очевидно, в этом промежутке как-то должна проявляться магнитная сила.

Можно ли ее обнаружить?

Лет сто назад, еще на заре исследований электромагнитных явлений, знаменитый английский ученый Фарадей предложил для обнаружения магнитных сил пользоваться железными опилками. Если у вас есть хорошо намагниченный стальной прут, укрепите его на столе вертикально и приклейте к нему воском или сургучом квадратик картона или тонкого стекла. Попробуйте теперь сыпать сквозь крупное сито железные опилки. Насыпьте их немного, затем постучите по квадратику пальцем. Опилки начнут двигаться и лягут лучами, расходящимися от конца магнита во все стороны (рис. 120, А).

Только не насыпайте на квадратик много опилок — толстый слой ложится не так красиво.

Лучи, по которым располагаются опилки, Фарадей назвал магнитными силовыми линиями.

Если таким же образом вы исследуете свойства полюсов подковообразных магнитов, вы увидите, что силовые линии тянутся от полюса к полюсу. На рис. 120, Б показано, какие дуги образуются из опилок между концами подковообразных магнитов, как эти дуги делаются все более выпуклыми, по мере того как они отходят к наружным сторонам магнита.

Попробуйте исследовать магниты в разных положениях. Опыты с магнитами очень увлекательны, и вы, наверное, немало повозитесь с ними.

Если вы хотите, можете даже сохранить надолго свои магнитные рисунки.

Растопите кусочек стеарина, налейте его на картон и разотрите краем почтовой открытки быстро и ровно по всему картону. Если стеарин быстро остынет и не будет хорошо размазываться, положите картонку на что-нибудь теплое; тогда размазать стеарин будет легко. Затем дайте стеарину остыть.

Приготовьте несколько таких картонок и дайте им полежать в книге, под прессом. На картонках, покрытых тонким слоем стеарина, получите магнитные рисунки опилками так, как и в первом опыте. Только постарайтесь сделать их как можно лучше. Когда рисунки будут готовы, осторожно снимите картон с магнита и подержите его над свечой. Стеарин растает и при охлаждении прочно приклеит опилки к картону.

Все эти опыты показали нам распространение магнитных силовых линий на плоскости. Но понятно, что магнит действует во всех направлениях пространства.

Если вы опустите конец магнита в коробку с опилками, целая горсть их повиснет на нем (рис. 120, В). Красивым ожерельем соединяются полюсы подковообразных магнитов при таком же опыте. И эти фигурки также можно сохранить.

Укрепите какой-нибудь сильный подковообразный магнит полюсами вниз. Под полюсами подклейте маленькую картонку, покрытую стеарином. Когда вы под нее осторожно подставите коробку с опилками, сейчас же опилки подскочат к картонке и образуют два пучка, между которыми останутся ворота, или пучки замкнутся, образуя беседку. Отнимите магнит — и эта постройка отпадет.

Если вы хотите сохранить ее, наскоблите мелко стеарин и смешайте его хорошенько с опилками. Если вы теперь поднесете коробку под магнит, вам покажется, что магнитная фигура не так красива, как раньше. Стеарин пристает к опилкам, утяжеляет их, и магниту трудно образовать такие тонкие рисунки, как в первом опыте с более легкими опилками. Но вы можете помочь магниту. Возьмите на деревянную лопаточку или на бумажку еще немного опилок и поднесите их к тому месту, в котором вы хотите дополнить фигуру. Теперь наступила самая замысловатая операция.

Всю постройку вместе с магнитом нужно с величайшей осторожностью, не тряхнув, перенести в теплую печь. Тогда стеарин растопится, проберется между всеми опилками и склеит их. Через некоторое время осторожно выньте все из печи, дайте остыть и осторожно отнимите магнит от картона.

Теперь можно перевернуть картонку: у вас окажется такая фигура, как показано у нас на рис. 121. Это самое наглядное изображение направлений силовых линий магнита в пространстве, сделанное им самим.

ГАЛЬВАНИЧЕСКИЙ ТОК

Снова об электричестве. После нескольких опытов с магнитами вернемся опять к электрическим явлениям.

До сих пор мы получали электричество, натирая стекло или сургуч. Проявление электричества сопровождалось искрами.

Эти искры можно сравнить со струями воды из шприца. Чем сильнее давление поршня, т. е. чем больше напряжение воды в шприце, тем дальше бьет струя. И про электричество говорят, что чем больше напряжение его, тем длиннее становятся искры. Но чем больше напряжение, тем труднее его сосредоточить и проводить по проводам.

Вы, вероятно, видали фонтан и замечали, что от сильного давления вода пробивается везде, где труба хоть немного повреждена, и тонкими струйками растекается во все стороны. Нечто подобное происходит и при сильном напряжении электричества в электрических машинах: все острые углы машины со всех сторон испускают электричество.

С помощью трения мы добывали до сих пор мало электричества. Алессандро Вольта, профессор физики в Павии, живший более ста лет назад, нашел способ получения электричества в большом количестве другим способом. До него итальянский физиолог Луиджи Гальвани из Болоньи сделал важное наблюдение, но только неправильно истолковал ею.

Он заметил, что тело мертвой лягушки вздрагивало вблизи электрической машины, как только из машины извлекались искры. Такое же явление он заметил, когда повесил препарированные ножки лягушки на медную проволоку на балконной решетке и когда от ветра ножки лягушки прикасались к железу решетки.

Гальвани верно приписал вздрагивание ножек действию электричества, но думал, что явление это вызвано электричеством, имеющимся в теле лягушки.

Вольта повторил опыт Гальвани, но провел его с большей научной точностью. Он заметил, что лягушка не вздрагивала, если висела на железном крючке у железной решетки. Всегда оказывались нужными два различных металла, чтобы заставить вздрагивать препарат. Вольта заключил, что проявление электричества объясняется соприкосновением двух различных металлов.

Основываясь на этих опытах, он построил в 1800 году столб из пластинок цинка, меди и войлока, смоченного раствором серной кислоты. Цинк, медь и войлок он накладывал друг на друга в таком порядке, что внизу находилась медная пластинка, на ней войлок, затем цинк, опять медь, войлок, цинк, медь, войлок и т. д.

Этот столб оказывался заряженным на нижнем конце положительным, а на верхнем — отрицательным электричеством.

Все электрические явления, которые Вольта наблюдал с помощью построенного им электрофора и электрической машины, повторились и здесь. Только длина искр, которые давал столб, была несравненно меньше длины искр электрической машины.

В честь Гальвани Вольта назвал этот способ получения электричества гальваническим.

При таком получении электричества кислота, соприкасаясь с металлами, «разъедает» их. Значит, здесь мы также видим, что для получения электричества нужно израсходовать «что-то», как мы затрачивали работу, получая электричество трением.

Гальванические элементы в чайных стаканах. Мы можем воспроизвести опыты Вольта, только вместо пластинок цинка и меди, переложенных войлоком, воспользуемся несколькими стаканами, наполненными подкисленной водой, и несколькими полосками меди и цинка.

Наполните водой чайный стакан и прибавьте к нему, размешивая стеклянной палочкой, серную кислоту так, чтобы кислота составляла приблизительно 7₃₀ часть воды. Не забудьте, что всегда надо кислоту вливать по каплям в воду, а не воду в кислоту, потому что быстрое образование водяных паров может разбрызгать кислоту. Если нет серной кислоты, можно всыпать в стакан 5–6 чайных ложек обыкновенной поваренной соли.

В подкисленную воду опустите две полоски различных металлов (рис. 122). Самые подходящие металлы — это медь и цинк. Толщина пластинок не имеет значения, а ширину их лучше взять не меньше 4 сантиметров. Полоски эти можно изогнуть и подвесить на противоположные стороны стакана; только следите, чтобы они не коснулись одна другой. Прибор готов. Он называется гальваническим элементом. Здесь кислота работает, разъедая металл, и в результате этой химической работы в меди возникает положительное электричество, а в цинке — отрицательное.

Если вы теперь соедините проволоками полоски элемента, вы увидите, что в момент соприкосновения между ними проскочит маленькая искорка.

Если соединить медную и цинковую пластинки проволокой, то по ней потекут электрические заряды. Принято в этом случае говорить, что по проволоке течет электрический ток. Так как электрических зарядов не видно, то принято считать, что ток в проволоке течет от положительной пластинки элемента к отрицательной, значит, у нас — от меди к цинку.

Напряжение тока такого элемента очень невелико. Оно примерно в 10 тысяч раз меньше напряжения небольшой электрической машины. Зато сила тока нашего гальванического элемента гораздо больше силы тока электрической машины. Но напряжение тока можно увеличить, соединив несколько гальванических элементов вместе так, чтобы цинк одного соприкасался с медью другого (рис. 122). Напряжение увеличится во столько раз, сколько элементов вы возьмете.

Кстати, такое соединение гальванических элементов называется последовательным. Соединение элементов носит название батареи элементов.

В нашей батарее на одном ее конце будет свободной медная пластинка, на другом — цинковая. Медная будет заряжена положительно. Говорят также, что она имеет положительный потенциал; цинковая же пластинка имеет отрицательный потенциал, т. е. заряжена отрицательно.

Если бы вы соединили в батарею несколько тысяч гальванических элементов, вы увидели бы те же явления, что и при опытах с электрической машиной. Оба конца батареи, ее «полюсы», светились бы в темноте, проволоки при сближении давали бы огромные искры. Эта батарея могла бы заряжать лейденские банки. Все подтвердило бы, что вы имеете дело с электричеством очень большого напряжения.

Если концы проволок от полюсов гальванической батареи, составленной из 3–4 элементов, присоединить к маленькой лампочке карманного фонаря, нить лампочки ярко засветится.

Для других опытов, которые мы опишем, достаточно иметь батарею, составленную из четырех элементов. Только помните, что, когда кончите опыты, нужно вынуть полоски из раствора и промыть их под краном. Это делается потому, что даже тогда, когда элемент не работает, раствор кислоты или соли разъедает металлы.

Для различных опытов с электрическим током вы можете купить готовые элементы. Есть наливные элементы системы Лекланше. Для очень многих опытов лучше всего пользоваться готовыми, так называемыми «сухими» элементами. В них вместо раствора помещена похожая на вазелин, не выливающаяся масса.

У нас на рисунках всюду показаны простейшие элементы в стаканах, но это изображено условно. На самом деле для опытов нужно брать хорошие, долго действующие элементы, а наши элементы — стаканы — быстро ослабевают.

Проволока. Для различных соединений элементов вам нужно иметь немного проволоки. Лучше всего достать так называемую звонковую проволоку диаметром 0,8 миллиметра. Она изготовлена из меди и обмотана двумя слоями хлопчатобумажной изоляции. Конечно, когда вы будете присоединять проволоку к элементам или батарее элементов, в местах соединений она должна быть очищена от изоляции. Если вы захотите удлинить проволоку, можно зачистить концы и хорошенько скрутить их.

Разложение воды электрическим током. Когда ток проходит через металлы, они не изменяются, кроме тех случаев, когда по тонкой проволоке пропускается ток большой силы. Тогда проволока раскаляется и может даже расплавиться.

Жидкости проводят электрический ток не так, как металл. Жидкости разлагаются электрическим током, и вы можете легко произвести опыт разложения воды.

Достаньте два обрезка тонкой платиновой проволоки. Расплющите их немного и припаяйте к концам медных проволок. Платиновые проволоки воткните в пробку на небольшом расстоянии друг от друга так, чтобы места спаек с медными проволоками оказались в пробке. Этой пробкой заткните стеклянную воронку, как показано на рис. 123, и залейте еще сверху сургучом или стеарином, чтобы не просачивалась вода.

Воронку укрепите на подставке, налейте в нее воды и прибавьте немного серной кислоты. Теперь соедините медные проволоки с батареей из 2–4 элементов, и вы увидите, что платиновые проволоки покроются пузырьками, которые начнут отрываться и всплывать на поверхность. Вместо оторвавшихся пузырьков появятся новые, и наконец вода как будто «закипит». Это ток разлагает воду на составные части.

Вода состоит из двух газов: водорода и кислорода. Образующиеся вокруг проволок пузырьки газа — это и есть водород и кислород. Газы эти легко собрать и, исследуя их, убедиться, что мы получили действительно водород и кислород.

Налейте в две пробирки воды, подкисленной серной кислотой, заткните одну из пробирок пальцем и опустите ее в воронку отверстием вниз. Когда отверстие пробирки будет в воде, отнимите палец. Вода из пробирки не потечет — вы, наверное, помните, каким физическим законом объясняется это явление. Наденьте теперь пробирку на одну из платиновых проволок; маленькие пузырьки газа, поднимаясь кверху, будут скопляться у дна и постепенно вытеснят воздух из пробирки. Когда пробирка наполнится газом, снимите ее и быстро заткните пальцем, чтобы не выпустить газа. Таким же образом можно собрать газ с другой проволоки.

Уже в самом начале разложения воды можно заметить, что вокруг одной платиновой проволоки образуется вдвое больше пузырьков, чем вокруг другой. Зная, что вода состоит из двух частей водорода и одной части кислорода, вы легко догадаетесь, что в той пробирке, где пузырьков вдвое больше, выделяется водород, а в другой, следовательно, кислород. Заметим, что водород выделяется проволокой, соединенной с цинком батареи, значит, с отрицательным ее полюсом. Если вы поднесете зажженную спичку к пробирке, снятой с этой проволоки, послышится слабый взрыв и газ загорится голубоватым пламенем. Значит, это действительно водород.

Кислород не горит, но зато прекрасно поддерживает горение. Дерево гораздо сильнее разгорается в кислороде, чем в воздухе. Вы можете это сейчас же проверить. Опустите в пробирку, наполненную кислородом, тлеющую спичку, и она вспыхнет ярким пламенем.

В конце книги вы прочтете о том, как получить водород и кислород химическим способом и произвести с ними много интересных опытов.

Гальванопластика. С помощью электрического тока можно покрывать одни металлы другими или снимать точные копии предметов. Для опытов нужно очень немного материалов и приспособлений. Нужен медный купорос. Он в виде красивых сине-зеленых кристаллов продается во всех аптекарских магазинах.

Возьмите стеклянную банку, наполните ее водой и разводите в ней медный купорос до тех пор, пока на дне не останутся нерастворяющиеся большие кристаллы. Такой раствор называется насыщенным. Затем положите на банку на некотором расстоянии друг от друга две медные хорошо вычищенные проволоки и соедините с полюсами батареи из двух элементов. Одну проволоку соедините с положительным, другую с отрицательным полюсом (рис. 124). К положительной проволоке, т. е. к проволоке, соединенной с медной полоской батареи, подвесьте кусок листовой меди, а к другой проволоке — тот предмет, который вы хотите покрыть медью, например железный ключ.

Полоска меди и ключ должны быть опущены в раствор купороса, но не соприкасаться между собою. Ток будет разлагать медный купорос. Выделяющаяся из него чистая медь будет оседать на отрицательном проводе — на ключе. А в это же время взамен меди, извлеченной таким способом из раствора, на положительном проводе идет разрушительная работа: медная пластинка разъедается и пополняет медью раствор.

Для того чтобы этот опыт прошел удачно, нужно, чтобы покрываемый предмет был хорошим проводником электричества и чтобы он был совершенно чистым, без всяких следов жира на поверхности. Медная пластинка тоже должна быть до опыта тщательно вычищена наждачной бумагой и обезжирена. Отложения меди появятся на отрицательном проводе уже через несколько секунд после включения батареи, а через полчаса он уже весь покроется толстым слоем меди. Только надо поворачивать в сторону медной пластинки покрываемый предмет постепенно всеми сторонами, иначе он покроется неравномерно.

Очень красивыми получаются покрытые медью цветы и листья, только трудно сделать их хорошими проводниками электрического тока. Для этого их покрывают самым тщательным образом очень мелким порошком графита, хорошо проводящего электрический ток. Покрытая порошком графита поверхность цветов и листьев становится хорошим проводником электричества, и тогда осаждение меди идет успешно. Понятно, обработанные таким образом предметы опускают в ванну на медной проволоке отрицательного провода.

Можно также никелировать, серебрить, золотить разные вещи, только для этого, конечно, нужны другие жидкости, способные выделять эти металлы. Большая отрасль промышленности основана на этом действии электрического тока, и тысячи рабочих занимаются этим делом.

Но с помощью электричества можно не только покрывать разные вещи металлическим слоем; можно делать копии предметов, которые так сходны с оригиналом, как две капли воды похожи друг на друга. Попробуйте, например, сделать с помощью электрического тока медную копию какой-нибудь медали. Никаких новых приборов для этого не нужно. Можно, конечно, получить осадок меди непосредственно на самой медали и потом отделить его, но тогда все выпуклости на медали будут на копии углублениями. Если бы на этой копии стал вторично оседать слой меди, получилась бы уже точная копия. Но это двойная работа и двойная трата купороса. Можно сделать вот как.

Смажьте медаль маслом и оберните ее по краям полоской бумаги в палец шириной. Получится коробка круглой формы. В нее налейте раствор гипса. Когда гипс застынет, его можно легко отделить от формы. Получится «негатив» из гипса, на котором все выпуклости будут соответствовать вогнутым местам медали, а вогнутые места — ее выпуклостям. На эту «матрицу» будет осаждаться медь. Но для этого нужно сделать матрицу проводником электричества. Натрите ее хорошенько с лицевой стороны (где мы получили «оттиск» медали) и по краям очень мелким графитом, оберните еще по краям медной проволокой без изоляции и повесьте в ванну с купоросом на отрицательный провод, лицевой стороной к медной пластинке. На соединение матрицы с проводом обратите особое внимание. Для лучшего соединения обмотайте ее по краям несколько раз тонкой проволокой или оберните гипсовую форму оловянной фольгой, конечно, не закрывая при этом оттиска медали. Затем присоедините батарею и, когда заметите, что процесс разложения и осаждения меди пойдет правильно, предоставьте действовать электрическому току.

На графитные пылинки ложится мельчайшими частицами медь и образует сначала первый слой. На него затем все время отлагается медь и постепенно покрывает всю форму. Получается прекрасный «проводник» электричества. Дальнейшая работа идет уже скорее.

Примерно через сутки вы можете получить такой толстый слой, который можно без повреждения снять с формы.

Ускорять работу электричества, увеличивая напряжение батареи, не нужно: слепок получится грубым и непрочным.

Таким же образом сделайте и вторую сторону медали, наклейте обе части с двух сторон на медный кружок, обровняйте края напильником — и копия медали готова.

Очень просто делать гальваническим способом медные листья, потому что обратная сторона настоящих древесных листьев с выпуклыми жилками представляет собой готовую уже матрицу. Натрите графитом обратную сторону листа и повесьте его на отрицательном проводе, повернув лист натертой стороной к медной пластине. Чтобы осаждение меди на листе — особенно если он большой — происходило более равномерно, протяните к разным местам листа несколько тонких проволочек от провода, подводящего ток к листу. По краям медь обычно осаждается с излишком и даже переходит на другую сторону листа. Поэтому края медного слепка приходится опиливать напильником, придавая ему очертания оригинала.

Беседка и деревья из свинцовых кристаллов. Толстую свинцовую проволоку повесьте дугой в банку с раствором свинцового сахара. С этим раствором не шутите: он ядовит. Сделайте на стакан крышку из картона и сквозь нее пропустите еще один кусочек свинцовой проволоки так, чтобы он немного не доходил до дуги. Прямую проволоку соедините с отрицательным проводом батареи, а дугу — с положительным.

Чудное зрелище будет перед вашими глазами, особенно если вы будете смотреть в лупу. Вы увидите, как свинцовая проволока на отрицательном проводе постепенно утрачивает свою гладкую поверхность. Из свинцового сахара, так же, как и в прежних опытах из медного купороса, выделяются маленькие блестящие кристаллики свинца. Они садятся на проволоку в середине стакана (рис. 125, слева), образуют причудливые разветвления, и наконец вырастает перевернутое вершиной книзу дерево.

Если вы измените направление тока, переставив провода, вы увидите, как «дерево» уменьшается и кристаллы отрываются от него. В то же время на дуге, которая соединена уже с отрицательным полюсом, начнут вырастать кристаллы, и наконец вместо дерева образуется беседка, правда, тоже перевернутая верхушкой вниз (рис. 125, справа).

После опыта слейте раствор в бутылку, а стакан хорошенько вымойте под краном.

Вода, кипящая без огня. Вы читали уже о том, что если по тонким проводам проходит ток большой силы, он нагревает их. Вы видите это каждый день у себя дома в электрических лампочках.

Если у вас есть батарея в 8-10 элементов, вы можете раскалить добела тоненькую железную проволоку. Еще легче раскалить проволоку, специально изготовляемую для электронагревательных приборов — для чайников или утюгов, — так называемую никелиновую, реотановую или нихромовую проволоку.

Сверните из тонкой никелиновой проволоки спираль длиной в 1–2 сантиметра и концы ее присоедините к проводам батареи. Проволока сейчас же нагреется. Окуните спираль в пробирку с холодной водой (рис. 126). Вода забурлит, заклокочет и закипит.

Если батарея невелика, возьмите проволоку покороче и потоньше.

ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ

Простейший электромагнитный телеграф. В 1820 году Эрстед, профессор физики в Копенгагене, сделал открытие, всей важности которого в то время даже не смогли оценить. Эрстед производил опыты с электричеством вблизи стрелки компаса и, к своему удивлению, заметил, что всякий раз, когда к стрелке приближались провода батареи, стрелка отклонялась от своего обычного направления с севера на юг. Отклонение стрелки зависело от направления тока в проводе.

Теперь даже трудно себе представить, какое волнение произвело это открытие во всем ученом мире в то время. До того времени магнетизм и электричество считались силами, чуждыми друг другу, различными, — и вдруг оказалось, что они имеют что-то общее. Тогда не предполагали даже, до какой степени тесна связь между электричеством и магнетизмом. Эрстед заметил, что чем больше напряжение тока, проходящего по проволоке, и чем ближе эта проволока к стрелке, тем больше отклоняется стрелка компаса.

Вы сами можете произвести опыт Эрстеда. Но чтобы опыт был интереснее, можно заодно построить действующий электромагнитный телеграф, примерно такой, какой когда-то построили в Геттингене двое ученых — математик Гаус и физик Вебер. На рис. 127 показано, как устроена станция нашего электромагнитного телеграфа. На рис. 127, А она показана в разрезе сбоку, а на рис. 127, Б в разрезе спереди.

Возьмите две спичечные коробки. Их ящички нам не нужны. Каждую коробку проткните посредине широкой стороны раскаленной вязальной спицей. Намагнитьте обломок вязальной спицы с почти такой же длины, как коробка, и проткните им маленькую пробку п так, чтобы концы спицы, выходящие по обе стороны пробки, были одинаковой длины. В эту же пробку, сквозь отверстия в широких сторонах спичечных коробок, воткните с обеих сторон по иголке так, чтобы они образовали ось для вращения намагниченной вязальной спицы. На нижний конец спицы наденьте маленькую пробочку м.

Но ось со спицей может ездить в коробке из стороны в сторону. Чтобы закрепить ее, наденьте на иголки с обеих сторон коробки тоненькие кружочки пробок к. Теперь нужно обмотать коробку тонкой изолированной проволокой. Проволоку возьмите диаметром 0,1 или 0,2 миллиметра. По одну сторону оси обмотайте коробку проволокой виток к витку, не доходя на полсантиметра до оси спицы. Затем поверх первого слоя намотайте второй ряд, не разрывая проволоку и не меняя направления обмотки. Затем третий ряд и поверх него четвертый. Когда намотаете четыре ряда, не разрывая проволоку и не меняя направления обмотки, переведите проволоку на вторую половину коробки и обмотайте ее точно так же, как и первую. Начало и конец обмотки привяжите к коробке нитками, чтобы обмотка не разматывалась.

Едва вы присоедините начало и конец обмотки коробки к полюсам батареи, спица сейчас же отклонится в сторону. Если вы поменяете на батарее концы обмоток, она так же отклонится, но уже в другую сторону. Чтобы легче было следить за движениями спицы, приклейте к ней сверху тоненькую лучинку с бумажным кружком.

Если вы заметите, в какую сторону отклоняется спица, когда, скажем, начало обмотки соединено с положительным полюсом батареи, вы всегда сможете пользоваться этим маленьким аппаратом для определения направления тока в цепи.

Этот прибор настолько чувствителен, что может не только определять направление тока, но и обнаруживать самые незначительные токи в цепи.

Для того чтобы этот прибор можно было использовать в качестве телеграфного аппарата, сверните еще из тоненькой медной проволоки маленькую пружинку. Привяжите ее к нижней пробке спицы, а другой конец закрепите за край коробки так, чтобы пружинка немного оттягивала спицу. Эта пружинка показана на рис. 127, Б; она обозначена буквой т. Но не делайте эту пружинку слишком упругой. Она должна легко оттягивать спицу.

Попробуйте теперь пропустить ток через обмотку, и вы увидите, что намагниченная спица натянет пружинку и все-таки повернется, если направление тока будет таким, чтоспица наклонится в сторону, противоположную пружинке.

Точно так же сделайте и вторую приемную станцию нашего телеграфа. Затем для каждой станции надо еще сделать так называемый ключ — прибор для замыкания тока. Для этого можно взять обыкновенную кнопку от звонка, а можно сделать ключ самому.

К небольшой дощечке привинтите медную или даже жестяную полоску шириной в 1,5 или 2 сантиметра. Изогните полоску так, как показано на рис. 127, и под ее конец ввинтите в дощечку небольшой винтик. Эта полоска обозначена буквой р. Для того чтобы удобнее было прижимать полоску к винтику, можно к концу ее прикрепить маленькую деревянную ручку.

Теперь присоедините один конец обмотки коробки к этой полоске — пружинке ключа. Другой конец обмотки присоедините к полюсу батареи, а второй полюс батареи соедините с винтиком, ввернутым в дощечку ключа под концом пружинки. Если вы теперь нажмете ручку ключа, по обмотке пойдет ток, и намагниченная спица отклонится.

Для того чтобы удобнее было вести телеграфную связь двумя аппаратами, сделаем соединение немного иначе. Сбоку пружинки р ключа привинтите к дощечке еще одну полоску п, вырезанную из меди или жести, так, как показано на рис. 127, В. Высоту этой полоски рассчитайте так, чтобы свободная пружинка р ключа касалась ее. Тот провод, который был присоединен к пружине р ключа, снимите с нее и присоедините к полоске. Теперь соедините два прибора и два ключа с батареей так, как показано у нас на рисунке.

Если вы внимательно рассмотрите схему, вы увидите, что когда оба ключа отпущены, батареи бездействуют, потому что винтики ключей, к которым присоединены провода от батарей, ни к чему не прикасаются. Но как только вы нажмете, например, левый ключ, ток левой батареи пройдет через винтик в пружинку р ключе, а через пружинку р и проволоку он дойдет до пружинки второго ключа (правая станция). А так как пружинка второго ключа касается добавочной полоски п, ток пройдет через эту полоску и проволоку в обмотку правого прибора.

Пройдя по обмотке прибора, ток попадет во второй провод, соединяющий обе станции, и вернется ко второму полюсу левой батареи. Цепь замкнута, значит, намагниченная спица правого прибора отклоняется. Левый прибор в это время окажется выключенным, потому что пружинка левого ключа отошла от полоски и этим разорвала цепь прибора.

При такой схеме соединения замыкание ключа никак не может привести в действие прибор этой же станции, а включает только другую приемную станцию.

Понятно, что вторую приемную станцию можно поместить на большом расстоянии от первой — в другой комнате или даже, если увеличить количество элементов в батарее, и в другом доме.

Для того чтобы не бегать из одной комнаты в другую или из одного дома в другой во время налаживания аппаратов, лучше сначала поставить их на два конца стола и проверить, правильно ли сделаны все соединения.

Эта схема интересна и очень удобна тем, что для приведения в действие аппаратов двух станций нужны не 4 провода, как казалось бы, а только 2.

Но как переговариваться с помощью таких аппаратов? На настоящем телеграфе употребляют так называемую азбуку Морзе. В азбуке Морзе каждая буква обозначается различными комбинациями точек и тире. Например, буква А обозначается одной точкой и одним тире. Пишется она обычно так: — ; буква Б обозначается одним тире и тремя точками: — •••.

Вы можете условиться, что если вязальная спица прибора отклоняется ненадолго, это значит точка. Если же она задерживается — значит, тире.

При передаче каждой буквы промежутки между точками и тире делайте небольшими, а между буквами — побольше. Тогда принимающий ваши сигналы не спутает, где кончаются знаки, относящиеся к одной букве.

Мы приводим здесь азбуку Морзе, и, если вы выучите ее, сможете отлично пользоваться нашим электромагнитным телеграфом.

Намагничивание электрическим током. Как могла бы проволока при прохождении по ней тока отклонять магнитную стрелку, если бы она не имела в это время магнитных свойств? Магнитные свойства в проволоке прекрасно подтвердились опытом английского ученого Стерджона. Стерджон обмотал проволоку вокруг железного прута и доказал, что, если через эту проволоку пропустить ток, железо становится магнитом.

На рис. 128 показано, как можно проделать опыт, примерно повторяющий опыт Стерджона.

Обмотайте тонкой изолированной проволокой кусочек круглого железа и концы обмотки присоедините к полюсам батареи.

У нас на рисунке показан один элемент, присоединенный к обмотке, но, конечно, лучше взять батарею, тогда железо намагнитится гораздо сильнее. Железо может очень сильно намагнититься. Все зависит от числа элементов и от того, сколько проволоки намотано на железо. Никакой постоянный стальной магнит не может сравниться по силе с таким, как его называют, электромагнитом.

Еще одна замечательная особенность электромагнита в том, что как только ток выключается, железо теряет магнитные свойства.

И еще одно интересное явление вы можете заметить, производя опыты с электромагнитом. Если вы измените направление тока в обмотке, окажется, что полюса его также переместятся. Северный конец станет южным, а южный — северным.

Часто бывает нужно знать, как магнитится железо под влиянием электрического тока, где получится северный полюс и где южный.

Возьмите железный стержень, обмотанный проволокой, и посмотрите на него так, чтобы вам была видна поверхность одного из концов стержня.

Теперь проследите, в какую сторону идет обмотка, считая за начало обмотки провод, идущий от положительного полюса батареи. Если обмотка идет по направлению часовой стрелки, этот конец намагничивается как южный полюс. Вы это легко можете проверить, поднеся к электромагниту компас. Северный полюс стрелки компаса притянется к этому концу электромагнита.

Если же обмотка (будем так же считать за начало ее провод, идущий от положительного полюса батареи) идет против движения часовой стрелки, тот конец электромагнита, на который вы смотрите, окажется северным. Таким образом, зная направление тока в электромагните, можно всегда заранее определить расположение полюсов.

Вы знаете, что, как только прерывается ток в обмотке, мягкое железо теряет свойства магнита. Но сталь, один раз намагниченная, не теряет магнитных свойств. Значит, пользуясь электрическим током, можно изготовить постоянные магниты из стали.

Из тонкого картона сверните трубочку длиной примерно в 10 сантиметров и такого диаметра, чтобы она была немного больше диаметра того стального прута, который вы хотите намагнитить. На концы этой трубки наденьте два маленьких картонных кольца так, чтобы получилась катушка. Эту катушку обмотайте изолированной проволокой диаметром 0,4–0,5 миллиметра в 6–7 рядов. Теперь вставьте стальной прут в трубку. Если прут длиннее катушки, вставьте его так, чтобы оба конца выступали одинаково с обеих сторон.

Соедините концы обмотки с батареей и постукивайте по обоим концам стального прута деревянной палочкой. Стальной прут очень быстро и сильно намагнитится. Прежде чем вынуть его из катушки, разомкните ток.

Вы можете одновременно намагнитить несколько стальных прутиков, если диаметр их невелик и они все входят в отверстие катушки.

Можно намагничивать также и подковообразные магниты (рис. 129), только тогда придется сделать две катушки и проследить за тем, чтобы направление витков в них шло в разные стороны.

Таким способом вы можете изготовлять магниты для всех опытов, которые описываются в этой книге. Пользуясь электромагнитами, вы можете также проделывать опыты с магнитными силовыми линиями, описанные раньше.

Так как электромагниты можно сделать гораздо более сильными, чем те небольшие постоянные магниты, которые вам удастся достать, пользуясь ими, вы сможете изготовлять прекрасные фигуры из опилок.

Таинственная рука. Свойство железа размагничиваться при выключении тока использовали даже фокусники. Одно время пользовался большим успехом такой фокус. Перед зрителями ставился круглый стол. На стол фокусник клал две тонкие книги, а на них стекло так, что сквозь стекло была видна поверхность стола между книгами. Затем фокусник показывал руку, сделанную из папье-маше, и говорил, что это таинственная рука, с помощью которой «духи» сообщаются с людьми. Он клал эту руку на стекло и просил публику предлагать вопросы духам. Рука действительно оживала и стучала пальцами о стекло условленное число раз. Все удивлялись — ведь нельзя было даже подозревать связь руки с каким-нибудь аппаратом.

Конечно, движение руки объясняется действием электромагнита. В столе были спрятаны небольшие электромагниты, а в пальцы руки заложены кусочки железа. Фокусник незаметно замыкал провода от батареи, и рука стучала о стекло.

Волшебная палочка. В сказках часто рассказывают про волшебные палочки, с помощью которых можно творить различные «чудеса». Вы тоже можете как-нибудь показать своим друзьям волшебную палочку, указывающую на скрытые клады.

Вставьте в ящик стола сильный подковообразный электромагнит так, чтобы полюса его касались доски стола. Хорошенько заметьте местонахождение магнита и положите на это место монету, которая будет изображать клад. Накройте стол скатертью, предварительно наложив на монету сложенный вдвое носовой платок, чтобы было не заметно, где она лежит. Дайте кому-нибудь вашу волшебную палочку и попросите провести ею близко над столом.

Как только конец палочки окажется над монетой, палочка вздрогнет и потянется к ней.

Конечно, это объясняется тем, что в концы деревянной палочки забиты железные гвозди и их притягивает электромагнит.

Домашний звонок как электроаппарат. Если вы будете делать опыты с батареей, состоящей из 30–40 элементов, вы увидите, что полюсов батареи можно спокойно касаться руками, и только в момент прикосновения или тогда, когда вы отнимете руку от полюса, чувствуется слабый удар электрического тока. Но если вы сделаете такое приспособление, чтобы включение и выключение батареи происходили очень часто, тогда даже батарея из нескольких элементов будет так «дергать», что вы еле сможете держать провода.

На этом свойстве основаны многие врачебные электроаппараты. И наш домашний звонок несколько напоминает устройство медицинских аппаратов. На рис. 130 показан электрический звонок. Если вы проследите направление проводов, которые по большей части находятся на задней стороне звонка, вы легко поймете его работу. Ток подходит к винту а и через конец пружины б попадает в железную пластинку, так называемый якорь в. Через пружинку г, которая скрепляет якорь с металлическим основанием электромагнита, ток проходит в один из концов обмотки электромагнита и, пройдя по обмотке, возвращается в батарею через второй контакт е.

Значит, железные сердечники электромагнита намагничиваются и притягивают якорь в. Но, как только якорь притягивается, ток прерывается потому, что якорь отходит от пружинки б, сердечники электромагнита размагничиваются, и пружинка г отталкивает якорь обратно. Тут он снова дотрагивается до пружинки б, ток снова замыкается, электромагнит дергает к себе якорь, но ток опять прерывается, и шарик, укрепленный на конце стержня якоря, непрерывно бьет по колоколу.

В момент размыкания тока между острием пружинки б и якорем в проскакивает маленькая светящаяся искорка. В момент размыкания тока в обмотках электромагнита возникает так называемый экстраток. Напряжение экстратока, возникающего в обмотке, гораздо выше того, которое дает батарея, и им можно воспользоваться для электризации. Отвести ток от звонка очень легко; достаточно только присоединить провода к началу и концу обмотки электромагнита.

У нас на рисунке показано, что один провод идет от винта е, потому что к нему присоединен один конец обмотки, а другой провод поджат под пружинку г, потому что к корпусу звонка присоединен второй конец обмотки электромагнита. Можно также один провод присоединить по-прежнему к е, а другой — к верхушке звонка, как это показано на рис. 130 пунктиром.

Тому, кого вы хотите электризовать, дайте в руки для лучшего соединения какие-нибудь две металлические вещи и к этим предметам прикрутите выведенные из звонка концы проводов. Как только вы включите ток и звонок зазвонит, ваш приятель почувствует электрические удары, особенно сильные, если у него влажные руки.

Этим замечательно простым аппаратом вы можете электризовать даже несколько человек. Пусть они все возьмутся за руки; первый возьмет в руки один провод, а последний — второй.

Самодельный электромотор. Собственно говоря, каждая магнитная стрелка, отклоненная электрическим током, каждый электрический звонок — это уже электромотор, т. е. машина, приводимая в движение электрическим током.

Мы опишем самодельный электромотор, такой, что с помощью его можно будет приводить в движение разные легкие модели.

Возьмите железный шуруп потолще. Обмотайте его изолированной проволокой и ввинтите в деревяшку (рис. 131). Вырежьте из жести от консервной банки 10 полосок, проколите их все посредине и наденьте на вязальную спицу. Чтобы полоски не расходились веером, оберните концы тоже жестяными полосками.

Спицу-ось с полосками поставьте около шурупа так, чтобы полоски приходились над ним как можно ближе. Теперь, если в обмотку пустить ток, винт намагнитится и притянет полоски. В этот момент ток надо включить, но полоски не остановятся, а с разгона проскочат дальше. Когда полоски будут приближаться к винту другим концом, снова включите ток; электромагнит опять притянет их к себе, но вы опять выключите ток, и мотор будет работать все время, пока ток будет включаться и выключаться.

Конечно, плохо включать ток руками. Очень трудно успеть это сделать вовремя. Надо так сделать, чтобы электромотор сам автоматически прерывал ток, когда нужно.

Еще лучше будет мотор, если поставить не один винт, а два — по обоим концам жестяных полосок. Тогда при включении тока винты электромагнита будут притягивать полоски сразу с обоих концов. Еще лучший мотор получится, если оба винта соединить жестяными полосками, чтобы образовался подковообразный магнит. Но вот беда: когда полоски будут стоять точно над полюсами электромагнита, они не смогут сами сдвинуться с места. Значит, ось мотора надо сначала повернуть, и только после этого она начнет вращаться самостоятельно.

Этот недостаток устранить нетрудно: нужно и на пачке жестяных полосок тоже сделать обмотку.

Вы знаете уже, что при намагничивании железа любой его полюс можно сделать северным или южным. Все зависит от того, в какую сторону идет ток в обмотке. Значит, если ток пустить так, чтобы неподвижный подковообразный электромагнит был включен всегда одинаково, например левый его полюс (рис. 132) был всегда южным, а правый — северным, тогда придется изменять направление тока только во вращающейся части электромотора, в так называемом якоре.

У нас на рис. 132, вверху показано, что получается. Левый, южный полюс неподвижного электромагнита, так называемого статора, оттолкнет левый, тоже южный полюс якоря и потянет к себе правый, северный полюс. А правый полюс статора, наоборот, потянет к себе левый полюс якоря и оттолкнет правый. Значит, взаимодействие всех четырех полюсов, вместе взятых, заставит якорь быстро повернуться на оси.

В тот момент, когда полюса якоря станут точно над винтами, нужно мгновенно перемагнитить якорь. Перемагнитить его тоже очень легко. Нужно только переключить концы обмотки электромагнита якоря. Тогда окажется, что северные полюса опять вместе, южные — тоже вместе, они снова станут отталкиваться друг от друга (рис. 132, в середине), и вращение якоря продолжится в том же направлении.

Якорь пойдет именно вперед, а не обратно, потому что он успел немного разогнаться и концы его проскочили над винтами дальше (рис. 132, внизу).

Примерно так же был устроен первый в мире электромотор, изобретенный русским ученым Якоби. Свой мотор Якоби построил более ста лет назад, в ноябре 1834 года.

Для нашего самодельного мотора (рис. 133) подберите два железных шурупа длиной примерно в 4 сантиметра, с плоскими головками. Шурупы лучше взять толстые. Длину их не обязательно брать точно в 4 сантиметра. Не следует брать короче, а если достанете длиннее, придется только удлинить стойки рамки, в которых держится ось. Палочки стоек должны быть на 1,5 сантиметра выше концов винтов, ввернутых в дощечку. Палочки нужно хорошо укрепить. Выдолбите в дощечке основания два отверстия и промажьте их внутри клеем. В эти отверстия заколотите палочки.

Из жести вырежьте полоску шириной немного больше толщины палочек и такой длины, чтобы она как раз входила между ними. На длинные стороны полоски наложите обрезки проволоки толщиной примерно в 1,5 миллиметра и обогните их краями полоски. Затем из такой же проволоки выгните две фигуры вроде буквы П и заложите их «ножками» в изгибы заготовленной полоски. Вытяните немного П-образные проволоки с обеих сторон, наденьте их на стойки и вдавите обратно (рис. 134). Проволоки войдут в канавки стоек, и полоска окажется крепко установленной. В ней будет вращаться ось якоря.

Якорь электромотора сделайте из 10–12 полосок жести таким способом, какой описывался вначале. Длину полосок рассчитайте так, чтобы они покрывали концы винтов, а ширину можно взять примерно в 1–1,5 сантиметра. Готовый якорь оклейте бумагой и затем обмотайте проволокой. Длину обмотки рассчитайте так, чтобы онапоместиласьмеждуполюсами статора. Концы якоря оберните полосками жести. Проволоку возьмите диаметром 0,3 миллиметра.

Обмотку начните от середины, от того места, где проходит ось. Намотайте аккуратно, виток к витку, один ряд проволоки до того места, где должна окончиться обмотка, и, не разрывая проволоку, намотайте сверху второй ряд в ту же сторону. Когда опять вернетесь к середине полосок (рис. 135), намотайте сверху третий ряд и обратно — четвертый. Не разрывая проволоку, так же обмотайте и другую половину якоря и завяжите концы обмотки нитками. Теперь на оси якоря нужно сделать приспособление для переключения тока в обмотке. Это приспособление называется коллектором и состоит из маленького цилиндрика с обкладками с двух сторон и пружинок — щеток.

ВСТЫК

Изготовить правильный цилиндрик нетрудно. Нарежьте из старого чертежа несколько полосок шириной в 2 сантиметра. Приготовьте жидкий столярный клей или хороший конторский и намотайте бумагу на ось, все время смазывая ее клеем. Старайтесь мотать плотно, а о краях не заботьтесь — пусть получатся неровными, потом обрежете. Когда кончится одна лента, вторую не накладывайте на конец первой, а приклейте встык (рис. 136), иначе получится бугорок. Когда домотаете цилиндрик до диаметра в 1 сантиметр, оторвите ленту, обвяжите цилиндрик нитками и положите высохнуть. Только что свернутый цилиндрик, еще мокрый от клея, мягок, а когда высохнет, станет крепким; тогда обрежьте острым ножом края с обеих сторон.

Длина цилиндрика должна быть равной 1 сантиметру. На цилиндрике нужно сделать две обкладки. Хорошо, если достанете для них тонкую латунь. В крайнем случае можно взять и кусочки жести. Измерьте длину окружности цилиндрика, разделите пополам и вырежьте две обкладки шириной чуть меньше высчитанной. Длина обкладок должна быть такой же, как и длина цилиндрика. Обкладки похожи на лопату (рис. 136). К их «ручкам» присоединятся потом провода обмотки якоря. Готовые обкладки должны плотно прилегать к цилиндрику. Выгните их и привяжите нитками к цилиндрику, точно одну напротив другой. Между ними должны остаться узенькие щели. Вот и готов коллектор.

Прикрутите к «ручкам» очищенные от изоляции концы обмоток якоря, все равно, какой конец к какой «ручке». Теперь можно обмотать винты электромагнита статора и сделать щетки.

На каждый винт электромагнита намотайте аккуратно, виток к витку, по 4 ряда проволоки диаметром 0,4 миллиметра. Когда будете соединять обмотку одного винта с обмоткой другого, внимательно проследите, чтобы направления обмоток шли в разные стороны. Ведь нам нужно, чтобы один полюс магнита был северным, а другой — южным.

Щетки выгните из медной проволоки толщиной примерно в 1 миллиметр. Они показаны на рис. 137, внизу, и так просты, что описывать их не нужно.

Для удобного приспособления к мотору проводов сделайте по рис. 137, вверху, пружинные клеммы. Их конструкция тоже вполне понятна по рисункам. Лучше всего, если достанете для клемм пружинящую латунь, но выйдут они хорошо и из жести.

Остается правильно установить коллектор и присоединить концы обмоток статора. Задача коллектора — переключать ток в обмотке якоря. К обкладкам коллектора присоединены концы обмотки, а к щеткам подводится ток. На рис. 138 видно, что получается при вращении. Как только якорь становится над винтами, щетки переходят с одной обкладки на другую — значит, направление тока в якоре меняется, и он перемагничивается. Ясно, что коллектор должен быть установлен так, чтобы как раз тогда, когда нужно перемагнитить статор, щетки переходили на другие обкладки. Тут надо все сделать очень тщательно. Небольшая неправильность в установке коллектора сильно ухудшает работу мотора.

Концы щеток присоединяются к клеммам. Они просто поджимаются под них. К клеммам же присоединяются и концы обмоток статора.

Когда все готово, присоедините к клеммам концы батареи из 4–6 элементов. Якорь сразу же сам снимется с места и начнет вращаться все быстрее и быстрее.

Этим мотором можно приводить в движение всякие самодельные механизмы.