Приключения юных электриков. Рассказы о тайнах электричества

Наконец-то закончился летний перерыв и наступил день первого нашего заседания. После приветствий, рукопожатий и прочих изъявлений взаимной радости все наперебой начали говорить, что за лето накопилось много наблюдений, вопросов, которыми необходимо поделиться друг с другом.

Решено было завести журнал наших заседаний для того, чтобы весь материал записывался секретарем кружка любителей физики. Эту почетную должность поручили мне.

Вот что записано в журнале о первом нашем рабочем дне:

– Товарищи, – сказал один из членов кружка, – мне посчастливилось провести лето в Закавказье. Местечко, где мы жили, находилось невдалеке от железной дороги. Как-то во время прогулки, в знойный июльский день, я заметил двух рабочих, исправлявших телеграфную линию. Один из них поднялся на телеграфный столб и протянул руку к проводу, но едва он коснулся его, как охнул и отдернул руку. Оказалось, что в его руку проскочила электрическая искра. Откуда и как получился на проводе электрический заряд, не могли объяснить ни рабочие мне, ни я им. У пострадавшего, правда, возникла мысль, что, может быть, он имел дело не с электростатическим зарядом, а с током, но я не сомневался, что причиной искры не был ток. Чем же объяснить эту электризацию проводов?!

– А почему ты был уверен, что дело было не в токе?

– Потому, – отвечал рассказчик, – что, во-первых, как вам известно, ток, проходящий по телеграфной линии, имеет очень небольшое напряжение и, конечно, не может произвести никакого ощущения, а тем более заметной искры. Предположение же, что где-нибудь на линии телеграфный провод коснулся провода с током высокого напряжения, было весьма маловероятным. Это первое соображение. Второе было более существенно. Однако мне хочется по старой памяти предложить вам на эту тему задачу, которая и будет первой задачей этого года.

Задача 1

Доказавшая нашу сообразительность

Если рабочий, находящийся на телеграфном столбе, почувствовал электрический разряд, то почему можно с уверенностью утверждать, что этот разряд не был результатом действия тока на тело рабочего?

Все собравшиеся рассмеялись и заявили рассказчику, что он, очевидно, за лето забыл, какие мы все спецы в электричестве и что такой простой вопрос не представляет для нас задачи.

– Для того чтобы электрический ток прошел через тело рабочего, – сказали мы, – необходимо, чтобы его тело замкнуло цепь тока, т. е. коснулось двух проводов, идущих от источника тока. Вторым проводом могла быть, конечно, и земля, но рабочий был изолирован от земли столбом, на котором он находился во время разряда. Предположить, что дерево столба получило проводимость благодаря влажности (это, например, легко могло случиться осенью и особенно в нашем климате), также было невозможно, так как ты в своем рассказе упомянул, что: 1) случай произошел в Закавказье; 2) был июль – самый теплый и сухой месяц и 3) был знойный день. Как видишь, мы быстро проникли в тайны твоего рассказа.

– Вот уж с этим я не согласен, – возразил рассказчик. – Вы правильно решили задачу, но разве вы ответили на вопрос, почему наэлектризовались телеграфные провода? Нет. А ведь в этом-то и заключается основной вопрос. Я слышал о том, что во время ветра, особенно если он несет снег или пыль, наблюдается электризация телеграфных или телефонных проводов. И хотя точно не установлено, электризуются ли провода от трения об них снега и пыли или снег и пыль просто передают им свои заряды, которые они получили раньше, но во всяком случае подобная электризация была бы для меня понятной. Однако в течение недели не было даже легкого ветерка.

Этот вопрос заинтересовал меня чрезвычайно. Решить его помог случай. Построив электроскоп совершенно такой же конструкции, как тот, с которым мы работали в прошлом году, я соединил его проволокой с одним из телеграфных проводов. Мне хотелось выяснить вопрос, в какое время дня сильнее всего электризуются телеграфные провода. Как-то, наблюдая за электроскопом, я услышал приближение поезда. Когда поезд находился от меня на расстоянии нескольких сот метров, из трубы паровоза повалил дым, и я услышал шум пара, выходящего из дымовой трубы (его выпускают специально для усиления тяги воздуха в топке) (рис. 1).

Рис. 1. Часто, когда проходил поезд, телеграфные провода электризовались.

Взглянув на электроскоп, я к своей великой радости заметил расхождение его листочков. В течение нескольких дней изучал я «взаимодействие» между поездами и зарядом телеграфной линии. У меня не осталось сомнения в том, что телеграфные провода иногда электризуются проходящими вдоль линии поездами, но что являлось источником электризации, мне было непонятно.

– А ведь я, по-видимому, разгадал, в чем тут дело, – сказал один из присутствующих. – Кажется, сейчас будет очень кстати рассказать вам о случае, который произошел на паровой водокачке в селе Лижма, где я провел летние месяцы. Я часто бывал на водокачке и стал добрым приятелем всех ее рабочих. Как-то, когда я был занят осмотром регулятора паровой машины, внезапно послышался довольно сильный свист пара. Оказалось, что пар прорвался сквозь прокладку в соединении паропровода[2]. Непосредственной опасности это не представляло, так как струя пара была довольно тонкая, однако все же отверстие надлежало немедленно заткнуть. Машинист быстро отточил деревянный клинышек и подошел, чтобы исправить повреждение. Но как только он коснулся клинышком трубы, его отбросило в сторону электрическим разрядом. С большим трудом нам удалось исправить повреждение, так как каждый желающий заклинить отверстие испытывал чрезвычайно болезненное ощущение от электрического разряда.

Я думаю, товарищи, вы уже догадываетесь о том, что в данном случае являлось причиной электризации. Пар, вырывающийся из щели в трубе, вследствие трения увлекаемых им частиц воды о стенки трубки всегда электризуется. Пар электризуется положительно, а трубка и котел – отрицательно. Когда подносили деревянный клинышек к отверстию в трубе, то, очевидно, не только сам клин, но и вся рука подвергались действию пара, который, как мы говорили, был наэлектризован и, следовательно, передавал свой заряд руке рабочего. Если бы пол в машинном отделении был земляной, то электричество уходило бы из руки через тело человека в землю, но пол был покрыт линолеумом, который представляет собой, при отсутствии влаги, прекрасный изолятор. При дальнейшем приближении руки к трубе, которая была наэлектризована отрицательно, между рукой и трубой происходил искровой электрический разряд.

Мы прекрасно поняли, что телеграфные провода электризуются проходящими поездами в том случае, когда паровоз по той или иной причине выпускает пар из котла в воздух. Особенно сильная электризация проводов должна была замечаться во время пропускания струи пара через дымовую трубу для усиления тяги. Клубы наэлектризованного пара выбрасывались вверх и, расходясь в стороны, оседали на телеграфные провода и электризовали их[3].

– Да, да, – сказал один из присутствующих, – электризация может возникать от самых неожиданных причин. Я расскажу вам, отчего произошел пожар на нашей паровой мельнице. Машинист, служивший там, потерял место, так как общество решило, что он курил и бросил неосторожно спичку, вызвавшую пожар. Никто не верил его фантастическому рассказу. Но он был прав: виновато во всем было электричество. Достаточно было даже не очень сильной искры, чтобы воспламенить мельчайшую пыль, вечно носящуюся в воздухе на мельнице.

– Отчего же произошла электризация? – спросили мы.

– Это замечательно интересный случай! Лучше я расскажу вам о нем в

Задаче 2

О злополучном машинисте

– Вот что рассказывал об этом случае машинист, служивший на мельнице:

«Шкив паровой машины был соединен ремнем с валом, находившимся во втором этаже и передававшим движение на всю установку мельницы. Летом, когда на мельнице стало особенно жарко и сухо, я стал замечать удивительные вещи: вечерами мне мерещился в углу машинного отделения странный свет. Как-то, когда сильно стемнело и я не успел еще зажечь лампы, мне вдруг показалось, что в том месте, где двигался передаточный ремень, вспыхивают какие-то огоньки. Я подошел ближе. Действительно, по поверхности ремня на большом протяжении бегали сверху вниз голубоватые огоньки, которые иногда превращались в красивые зигзагообразные змейки.

Я зажег лампу и решил осмотреть ремень. Но едва я приблизил к нему руку, как что-то ударило мне в плечо, послышался треск и из ремня вырвалась искра. Я сильно перепугался, но решил обождать конца работы. Просидел я не больше часа; уже пора было кончать, как вдруг во втором этаже послышался какой-то странный звук, после чего мне показалось, что там зажгли яркий огонь. Я подождал несколько секунд и заглянул наверх. Правый угол, тот самый, у которого проходил ремень, был в огне.

Я сразу понял, что виновником пожара были мои таинственные огоньки. Но что это были за огни? Какова была причина их появления?»

На эти вопросы не дали ответа ни машинист, ни сельчане, ни власти, которые вообще сочли весь рассказ за выдумку.

Мы были настолько подготовлены всеми предыдущими рассказами, что сразу же сообразили, что именно было причиной электризации ремня. Председатель, кроме того, заметил, что электризация передаточных ремней и шкивов случается при благоприятных условиях чаще, чем обыкновенно думают. Она может служить причиной не только пожара, но и взрыва, например, если вместо паровой машины работает бензиновый мотор и воздух насыщен парами бензина. Председатель сказал, что подобные случаи не раз и случались, но, к сожалению, на них мало обращают внимания.

– Сколько раз, – сказал председатель, – нам приходилось читать в газетах: «От неизвестной причины произошел пожар на таком-то заводе или взрыв в такой-то мастерской». Может быть, многие из этих «неизвестных причин» были электрического происхождения.

Обезопасить себя от подобных случаев можно весьма просто: сделать ремень проводящим, например, натереть его внутреннюю поверхность графитом.

– Мы говорили, – сказал один из присутствующих, – о взрывах от электричества, а я расскажу вам в

Задаче 3

О «взрыве электричества»

В Барнауле, в связи с переходом центральной станции от постоянного тока к переменному, были установлены трансформаторные будки[4]. Как раз при мне впервые пустили ток для уличного освещения. И в первую же ночь половина города была разбужена оглушительным взрывом. Взорвало одну из будок, в которой помещался трансформатор. Ночной сторож, проходивший мимо этой будки около 12 часов ночи, уже издали услышал сильный шум и увидел выходящий из будки дым. Железная стенка будки оказалась очень горячей. Не успел сторож отойти от будки, как внезапно услыхал громовой взрыв и был отброшен на землю. Сила взрыва была такова, что отдельные части будки оказались разбросанными на далекое расстояние, а в соседних домах давлением воздуха разрушило около 40 окон.

«Что было причиною взрыва?» – вот о чем на утро спрашивал весь город. Но ответа так никто и не дал.

Все было понятно – и шум, и дым, и горячая стенка будки, но взрыв не находил себе объяснения.

По той или иной причине сила тока, проходящего через трансформатор, превысила норму, и провода накалились. В результате обмотка загорелась, и пошел дым. Шум пытались объяснить двояко: 1) просто шум пламени горящей обмотки и 2) благодаря высокой температуре провода перегорели, и в месте разрыва образовалась мощная вольтова дуга, которая и явилась источником шума.

Словом, все можно было объяснить, кроме взрыва. Горожане были уверены, что это был «взрыв электричества». Когда им говорили, что они рассказывают вздор, они с иронией заявляли: «А вы и этого не можете».

Как было бы хорошо, если бы мы с вами рассеяли туман, сгустившийся вокруг барнаульской трансформаторной будки.

Этот рассказ нас очень заинтриговал. Однако наши мысли получили неожиданно совершенно новое направление, сыгравшее в нашей дальнейшей работе немаловажную роль.

В комнату вошел запоздавший член нашего кружка и взволнованным голосом сказал:

– Товарищи, вы должны извинить меня, но я прерву ваше заседание. Я чрезвычайно взволнован. Только что я был в одном доме по поручению моего отца. Я уже выяснил у хозяина квартиры все, что мне нужно было, и собирался уходить, как вдруг услышал пронзительный крик женщины, шум падающего тела и мягкие убегающие шаги. Мы с хозяином квартиры кинулись в коридор.

«Держите его, держите!» – кричали в кухне.

В конце коридора находился водопроводный кран, который, как я узнал, только что был установлен водопроводчиком, а около него неподвижно лежала женщина с окровавленной головой – мать хозяина. Вот что рассказала его дочь:

«Я видела, как бабушка вошла в коридор с кувшином, чтобы набрать воды. Вдруг бабушка вскрикнула. Я бросилась к двери. В конце коридора я увидела бабушку, лежащую на полу, а навстречу мне бежал на цыпочках какой-то человек, размахивая молотком. Он оказался водопроводчиком. Я совершенно не слышала его шагов, когда он входил в коридор, – вероятно, потому, что весь пол в коридоре устлан линолеумом. Его появление совершенно парализовало мои мысли и я только успела крикнуть: „Держите его!“, как он уже скрылся в кухне».

Для меня было ясно, что старуха убита или, во всяком случае, очень тяжело ранена. Вы, может быть, скажете мне, что это, конечно, ужасный случай, но что никто из нас не может ни помочь раненой, ни поймать преступника, и что, наконец, наш кружок не интересуется делами уголовного характера. Вы были бы правы, если бы… если бы тут не было двух совершенно необыкновенных обстоятельств.

Преступник был пойман при мне, и этот преступник оказался членом нашего кружка.

Это было действительно ошеломляющее известие. Мы все знали нашего талантливого, всеми любимого товарища, имя которого назвал рассказчик. Он был студентом и зарабатывал на жизнь тем, что брал небольшие работы по проводке и ремонту водопроводов.

Наше общее мнение выразил председатель, сказав:

– Он не может быть преступником!

– А разве я сказал иное? – возразил рассказчик. – Но дело не в том, совершил он или нет преступление, а в том, что он арестован и все улики против него. В этом и состоит одно необыкновенное обстоятельство, а другое заключается в рассказе «преступника». Вот что рассказал мне наш бедный товарищ:

«В этой квартире я уже работал два раза. Окончив сегодня установку раковины и крана, я спустился во двор для того, чтобы пустить воду. Вернувшись обратно, я решил посмотреть, как течет вода. Когда я вошел, мать хозяина квартиры шла по коридору. Она шла медленно, шаркая ногами. Я шел вслед за ней. Остановившись у крана, она протянула к нему руку. Вдруг она дико вскрикнула, отдернула руку, зашаталась и упала, ударившись головой о калорифер. От этого крика от неожиданности всего происшествия, я перестал владеть собой и побежал обратно. Мне показалось, что в тот момент, когда рука пострадавшей приблизилась к крану, послышался характерный треск электрического разряда, и я увидел мелькнувшую искру».

Вот что рассказал мне наш товарищ. Я предлагаю на время оставить наши кружковые темы и постараться хоть чем-нибудь помочь ему, а главное – разъяснить этот ужасный случай.

– К сожалению, – сказал один из присутствующих, – электрический разряд от водопроводного крана, очевидно, ему примерещился: никакой заряд не может удержаться на водопроводе; он так надежно соединен с землей. Предположение же, что тут имел место не электростатический заряд, а ток, также мне кажется маловероятным. Скажем даже, что водопровод получил соединение с одним проводом электрического освещения; в таком случае ток мог пройти через тело пострадавшей, если она так или иначе коснулась второго провода. Однако она ничего не трогала, кроме крана. Допустить, что соединение с осветительным проводом произошло через пол и ноги, также невозможно: пол был покрыт линолеумом, а он, как мы уже говорили, хороший изолятор. Таким образом, товарищи, если можно легко объяснить рану на голове пострадавшей, то ее ужасный крик и испуг по-прежнему остаются загадкой.

– Я не согласен, – сказал председатель. – Я слишком хорошо знаю внимательность и зоркость нашего товарища, и я не могу сомневаться в том, что он действительно видел и слышал электрический разряд. Товарищи, я предлагаю вам на разрешение срочную

Задачу 4

О спасении человека

Для меня несомненно, что старуха испытала нервное потрясение благодаря электрическому разряду. Это не мог быть удар тока, так как тогда наш товарищ вряд ли мог увидеть искру и уж во всяком случае не услышал бы треска.

Электродвижущая сила наших токов не превышает 110–220 вольт. Они не могут дать заметной искры и треска. Я предлагаю сосредоточить всю нашу энергию на разрешении вопроса: что могло вызвать этот заряд? Не забывайте, от нас зависит судьба нашего товарища.

Не буду рассказывать, как председатель на другой день отправился в эту злосчастную квартиру, как, к великой нашей радости, узнал, что пострадавшая жива, но находится в бессознательном состоянии, как упросил хозяина произвести тщательный осмотр коридора и пр. Через три дня было назначено экстренное заседание нашего кружка, и первые слова председателя были:

– Он не виноват!

Мы вздохнули с облегчением.

– Да, товарищи, он не виноват. Еще вчера для меня и даже для всех домашних стало ясно, в чем было дело, отчего вскрикнула старуха. У них в доме центральное отопление. В коридоре жара и сушь, как в Сахаре. Они зимой открывают иногда окна. Линолеум при таких условиях превращается в идеальный изолятор и прекрасно электризуется. Я не буду утомлять вас рассказом, как постепенно выяснялись все детали происшествия. В конце концов не только я, но и хозяин убедились в том, что если пройти по коридору, особенно шаркая по линолеуму ногами, то идущий сильно электризуется. При прикосновении руки к водопроводу человек мгновенно разряжается, и при этом, очевидно, между его рукой и краном появляется искра. Вам известно, что физиологическое действие разряда бывает совершенно одинаковое, входит ли в организм электричество или выходит из него. Разряд этот был не слабый – в этом хозяин квартиры убедился на самом себе. Вполне понятно, что на организм старухи, при условии полной неожиданности, один испуг мог бы произвести роковое влияние. В первый раз, товарищи, мне удалось испытать на себе неощущаемость электричества. Идя по коридору, я заряжался электричеством, но не имел ни малейшего понятия об этом. Я беседовал, – продолжал председатель, – со специалистами. Они уверили меня, что подобные случаи бывали не раз. В 1907 году произошел взрыв в одной из гостиниц Ленинграда по совершенно аналогичным причинам. В гостинице было газовое освещение. Как-то, из-за какой-то неисправности произошла в одной из комнат утечка газа. Позвали газопроводчика. Едва он коснулся газовой трубы, как сверкнула искра между его рукой и трубой – и произошел взрыв. Газ, наполнивший комнату, образовал с воздухом взрывчатую смесь. Расследование показало, что газопроводчик получил электрический заряд благодаря трению подошв его сапог о дорожки из линолеума, постланные на полу. Такой же случай был в Москве в слесарной мастерской, где взрыв произошел из-за бензина. Под Москвой сгорело сушильное отделение хлопчатобумажной фабрики, потому что кудель, выпадая из металлического цилиндра, благодаря трению о его стенки наэлектризовалась. Получился разряд, пыль (кудельная) вспыхнула и в результате – пожар. Таких примеров можно было бы привести очень много, но я расскажу вам еще об одной электризации в

Задаче 5

О бездымном порохе

«В первое время, когда вводился бездымный порох, было очень трудно отвешивать заряды для ружейных патронов. Бездымный порох сильно прилипал ко всему: к совочку, к чашке весов, к рукам. Для уничтожения этих явлений, крайне мешавших работе, пришлось ввести при фабрикации пороха лишнюю операцию: графитование. Она заключалась в том, что зерна бездымного пороха покрывались слоем графита».

– Я привел вам выдержку, – продолжал председатель, – из одного специального журнала. Предлагаю нашему кружку разрешить два вопроса: 1. Что вызывало «прилипание» бездымного пороха? 2. Почему графитованием удалось уничтожить это «прилипание»?

Бездымный порох очень хорошо электризуется трением. В сушильнях, где он приготовляется, наблюдают во время его перемешивания синие огоньки электрического происхождения. Бездымный порох – это тот же целлулоид, только со значительно меньшим содержанием камфоры. А кто же не знает, как легко и сильно электризуется целлулоид!

Две причины влияют на уничтожение прилипания при помощи графитования. Зерна бездымного пороха, покрытые тончайшим слоем графита, во-первых, не могут непосредственно касаться, например, хотя бы совочка. О совочек будет тереться графит, а не пороховое зерно. Во-вторых, если бы даже поверхность некоторых зерен и оказалась не покрытой графитом, то благодаря тому, что графит имеется в массе остальных зерен (графит – проводник электричества), электрический заряд не смог бы сохраниться на их поверхности. Для нас было ясно, особенно после решения последнего вопроса, что основная мера борьбы с вредными электризациями заключается в том, чтобы тем или иным способом превратить электризующийся материал (хотя бы его поверхность) из изолятора в проводник. Эту меру мы пропагандировали во всех подобных случаях.

Следующее наше собрание было посвящено взрыву трансформаторной будки. Председатель сказал, что за последние тревожные дни он не мог уделить времени на обдумывание этого вопроса, но что он сообщит нам те предположения, к которым пришли некоторые члены нашего кружка.

– Конечно, подобные взрывы, – сказал председатель, – могут произойти и от совершенно случайных причин. Например, был такой случай: монтер, устанавливавший трансформатор, забыл в будке бутылку с бензином, которую он захватил для своей паяльной лампы. Благодаря высокой температуре в будке[5] пары бензина получили достаточную упругость для того, чтобы вытолкнуть пробку из бутылки. Пары бензина образовали с воздухом взрывчатую смесь, и достаточно было перегореть проволоке в трансформаторе и образоваться самой маленькой искорке в месте разрыва, для того чтобы произошел взрыв. Однако, хотя такие случаи и имели место, практика насчитывает довольно много подобных взрывов, которые никак нельзя объяснить предположением о забытых бутылках бензина, спирта, коробках пороха и пр.

Мы остановились на следующем предположении: виновницей взрыва была изоляция проволоки первичной и вторичной обмотки трансформатора. Благодаря высокой температуре вещество изоляции подверглось химическому разложению. Произошла так называемая «сухая перегонка». Вследствие обугливания обмоток получилось значительное количество окиси углерода, которая вместе с воздухом, заключенным в будке, и образовала взрывчатую смесь.

Во всяком случае, так это или нет, но следует помнить, что электрический ток и вообще электричество не может «взрываться», как это думает иногда широкая публика.

– Этот вопрос, – сказал председатель, – соприкасается до известной степени с вопросом о сущности электричества. Надеюсь, что мы когда-нибудь остановимся подробнее на этой теме, а сейчас мне пришел на память один любопытный судебный процесс, который в очень оригинальной форме определил, что такое электрический ток. Вы удивлены, не правда ли? С какой стати юристы занялись разрешением вопросов физики?