Приключения юных электриков. Рассказы о тайнах электричества

– Товарищи, – сказал один из присутствующих, – я должен покаяться перед вами: я также пытался получить «бесплатный» электрический ток. Лето я проводил в своем родном провинциальном городке, в котором была электростанция постоянного тока. Наш домик освещался электричеством. Вы понимаете, что я не переставал и летом делать различные опыты. Мне пришла в голову мысль устроить для своих опытов такую проводку, чтобы счетчик не регистрировал потребляемую мною энергию. Я знал из прошлогодних наших бесед, что один полюс динамомашины заземляется. Следовательно, если бы я соединил один конец проволоки с землей, а другой – с незаземленным проводом сети, то, очевидно, в моей проволоке должен был бы получиться ток. Посмотрите на этот рисунок, и для вас станет все ясно (рис. 2). Я вкопал в землю большой медный лист, приблизительно шириной 25 см, а длиной 30 см, и, припаяв к нему проволоку, подвел ее к своему столу. Затем взял другую (изолированную) проволоку, присоединил ее к тому проводу сети, который не был заземлен на электростанции и подвел ее также к своему рабочему столу. Тогда я включил лампочку накаливания – она загорелась. Все шло гладко, как я предполагал, но кончилась моя затея самым непонятным образом. Однако прежде чем продолжать рассказ, мне хотелось бы вам предложить один вопрос в

Задаче 7

О заземлении и коротком замыкании

Если бы я выключил лампочку и замкнул бы свою незаконную сеть вместо лампочки толстым гвоздем, что бы у меня случилось?

Для нас было совершенно очевидно, что если замкнуть цепь гвоздем (вообще любым проводником весьма малого сопротивления), то произойдет короткое замыкание, вследствие которого перегорят предохранители. Однако товарищ упрекнул нас в слишком необдуманном ответе.

Рис. 2. Отвести ток в лампочку, минуя счетчик, можно только при старой системе счетчиков постоянного тока.

– Скажите-ка мне, из каких же отдельных частей будет состоять эта ваша коротко замкнутая цепь?

Мы стали перечислять: «провод от электрической станции до твоего дома, гвоздь, проволока, соединенная с землей, земля, соединительная проволока с землей на электростанции, ну, и конечно сама динамомашина».

– Неужели же вам не ясно, что подобную цепь нельзя назвать коротко замкнутой? При таком соединении, какое было у меня, ни в коем случае не может быть короткого замыкания. Земля заменяет реостат, и, надо добавить, реостат огромного сопротивления.

Мы были крайне удивлены этим заявлением.

– Наоборот, – сказали мы, – сопротивление земли будет весьма малое.

– Малое?! – воскликнул рассказчик. – Хорошо, что я не поленился принести сюда мое сооружение, с которым я вчера проделывал у себя дома опыты для того, чтобы выслушать ваше просвещенное мнение по поводу

Задачи 8

О разнице между землей цветочного горшка и землей огорода

Вот цветочный горшок, в который я насыпал землю и вкопал, друг против друга, две медные пластинки с укрепленной звонковой проволокой. Земля очень влажная, но я еще полью ее водой для того, чтобы не могло возникнуть сомнения в ее хорошей электропроводности. Около медных листов я утрамбовываю землю для того, чтобы она плотно прикасалась к листам. Теперь смотрите: я включаю цветочный горшок в цепь батареи элементов и звонка. Молоточек звонка не только не работает, но даже не обнаруживает ни малейшего движения. Может быть, ток и проходит через землю в горшке, но, очевидно, весьма слабый. Ясно, что это ослабление тока происходит благодаря огромному сопротивлению земли в горшке. У меня расстояние между пластинами равно всего каким-нибудь 30 см, и то сопротивление земли оказывается большим, а вы говорите, что даже при расстоянии между листами в несколько километров сопротивление земли будет ничтожное.

– Ты, очевидно, забыл, – сказали мы, – о наших прошлогодних беседах на эту тему. Мы говорили о том, что сопротивление земли будет крайне незначительно, почти независимо от расстояния между заземлениями, потому что толща земли чрезвычайно велика. Велика ли толщина слоя земли в цветочном горшке по сравнению с толщей земного шара?! Вот почему, несмотря на небольшое расстояние между пластинами, мы не можем получить сильного тока. Таким образом, твое заключение – ложно!

– Как так ложно? Ведь я говорю на основании опыта не только с цветочным горшком, я ведь еще летом выяснил этот вопрос. У меня не было амперметра, и я не могу, конечно, точно сказать, какая сила тока была при коротком замыкании цепи, но могу вас уверить, что при этом не только не перегорал предохранитель, рассчитанный всего на 2 А, но вообще не замечалось усиление тока. Думаю, достаточно будет вам сказать, что при включении второй лампочки параллельно первой, обе начинали гореть не полным светом. Ясно, что максимальной силы тока не хватало даже на накаливание двух ламп. Что бы вы ни говорили, а с опытом считаться приходится. Однако, может быть, нам легче будет решить этот вопрос после того, как я расскажу вам

Задачу 9

О том, как земля превратилась в изолятор

Когда я включил свою незаконную лампочку, оказалось, что счетчик не перестал регистрировать потребляемую энергию. Это обстоятельство вначале меня крайне удивило, но потом я понял, как следует включать счетчик в осветительную сеть для того, чтобы от такого земляного ответвления невозможно было воспользоваться током помимо счетчика. Может быть, и вы сделаете схему такого соединения? Это печальное открытие очень огорчило меня, но я все же никак не думал, что в дальнейшем мне вообще не удастся использовать ток от земляного ответвления. Можете себе представить, что с каждым днем я стал замечать все более и более слабое накаливание лампочки, а дней через пять ее волосок только едва-едва накалялся. Я проверил все места соединения, откопал даже медный лист, и все оказалось в полном порядке. Причина этого странного явления до сих пор остается для меня непонятной.

Разрешить этот вопрос я и предлагаю вам.

– Может быть, у тебя высохла земля вокруг медного листа? – спросили мы.

– Нет, – отвечал рассказчик, – я закопал лист глубоко, в подпочвенную воду.

Только на третий день один из членов кружка дал объяснение заинтересовавшему нас явлению.

– Когда постоянный электрический ток, – сказал он, – проходит через растворы солей, он разлагает эти соли, и часто при этом на одном и на другом электроде выделяется газ. Мы уже знаем из работ прошлого года, когда и почему это происходит. Если бы наш медный лист был опущен не в землю, а просто в раствор солей, пузырьки выделяющегося газа легко поднимались бы вверх и поверхность меди быстро освобождалась бы от газовой оболочки. В земле же, мне кажется, этого не произойдет: газ с большим трудом сможет подниматься вверх сквозь землю. Сама земля, прилегающая к пластине, наполнится газом благодаря большой своей пористости, и таким образом пластина окажется разобщенной от влажной, проводящей ток почвы. Вот та причина, по моему мнению, которая вызывала постепенное ослабление горения лампы накаливания. Если бы наш товарищ выкопал медный лист и закопал бы его снова, несомненно, сила тока стала бы прежней.

Мы не возражали на это объяснение, но заметили, что вопрос задачи 7 остается все же нерешенным. Один из присутствующих сказал:

– Полагаю, я не ошибусь, если скажу, что большое сопротивление земли, с которым столкнулся наш товарищ в самом начале, также нетрудно объяснить: сама земля и медная пластина были хорошими проводниками, но контакт между землей и пластиной был недостаточно надежным. Поверхность соприкосновения пластины с землей является самым «больным» местом каждого заземления в смысле электрического сопротивления. Понятно, что это сопротивление будет тем меньше и тем медленнее будет менять свою величину благодаря электролитическим явлениям, чем больше будет поверхность пластины. В телеграфии, например, считаются достаточными пластины с поверхностью в 0,5 кв. м, а в железнодорожной сигнализации, где токи употребляются несколько более сильные, поверхность пластин достигает уже 4 кв. м. Наш товарищ пользовался в своем заземлении токами, несомненно, превышавшими по своей силе телеграфные. И хотя он сказал, что взял «большой» медный лист, нетрудно заметить, что при тех размерах, которые были у листа (25×30 см), он был приблизительно в 7 раз меньше тех, которые употребляются для телеграфа, и, вероятно, раз в 50 меньше того, который следовало бы употребить для горения лампочки. Вполне понятно, что при этих условиях нельзя было ожидать благоприятных результатов.

Мы согласились и с этим объяснением, но сказали, что, несмотря на это, мы все же мало удовлетворены и что вообще вся наша работа этого года превратилась в какую-то кабинетную работу. Ряд членов кружка рассказывает нам о различных случаях. Они действительно произошли с ними, они, несомненно, очень интересны, поэтому мы стараемся найти им более или менее правильное объяснение, но не имеем возможности ни одно из наших объяснений проверить на опыте.

– Взять хотя бы последний случай с заземлением, – говорили мы. – Может быть, мы и правы в своем объяснении, но ведь убедиться в этом можно только путем опыта, а мы вместо опытной проверки говорим, спорим, и каждый в конце концов либо остается при своем мнении либо отказывается вообще иметь таковое, пока опыт не разъяснит вопроса. Проверить же наше мнение на опыте мы не можем. Не ехать же для этого в тот «маленький провинциальный городок», где жил наш товарищ!

– Ну, для этого не надо ехать так далеко, – заявил один из присутствующих. – Для того чтобы повторить этот опыт, нам достаточно поехать только в так называемую «Северную Швейцарию» – дачную местность, где я провел лето, работая на лесопильном заводе.

Это предложение мы встретили с восторгом, и было решено, что оставшиеся немногие дни до начала занятий мы проведем в «Швейцарии». Один час езды от города – это было нам по карману.

Через день мы отправились в «Швейцарию». Теперь, когда я записываю свои впечатления о нашей поездке в журнал, для меня ясно, что наша поездка не была бы так замечательна, если бы вместе с нами не ехали студенты какого-то электротехникума. Они вышли из вагона вместе с нами и направились на практические работы, неся несколько телефонных аппаратов, катушки проволоки, инструменты и пр. Мы охаживали всю дорогу и студентов, и их руководителя, пока не получили разрешения присутствовать на их работах. Не буду описывать, как устраивалась временная проводка телефонного кабеля[6] на шестах, на сучьях деревьев и т. д., как делались заземления и соединялись аппараты. Все это дало нам очень много полезных сведений и так увлекло нас, что мы даже временно забыли о цели нашего путешествия.

Мы заслужили самое глубокое доверие со стороны студентов и их руководителя после того, как наш председатель отличился своей находчивостью. Об этом стоит рассказать, и я сообщу об этом любопытном случае в

Задаче 10

О гвозде председателя

Руководитель сказал студентам:

– Разделитесь на две группы. Одна спустится вниз, к дороге, а другая поднимется на вершину холма. Посмотрим, кто скорее установит телефонный аппарат с заземлением.

Одна группа потянула телефонный кабель вниз, другая – вверх. Мы присоединились ко второй группе. Почти в одно время мы добрались до вершины, а наши противники – до дороги. Теперь оставалось только устроить заземление и соединить телефонный аппарат. Нам казалось, что условия работы как нашей, так и студентов у дороги – одинаковы: стоит выкопать яму, зарыть в нее моток проволоки, и дело сделано. Но когда мы принялись за эту работу, мы убедились в том, что нам вообще невозможно ее осуществить. Вершина холма представляла собой сплошной камень, покрытый кое-где мхом и травой. Несколько сосен и ольх росли на нем. Снизу совершенно невозможно было даже предполагать, что мы вместо земли встретим здесь сплошной гранит. Надо было торопиться, так как яма около дороги была уже выкопана, и в нее опускали моток проволоки. Студенты попробовали прокопаться в камень около ствола ольхи, полагая, что в этом месте камень должен быть рыхлее. Однако те щели, через которые легко проходили в землю корни дерева, оказались совершенно недостаточными для нас. Внизу у дороги уже начали засыпать яму землей. Уже яма наполнилась, уже утрамбовывают землю, еще мгновение – и нижняя группа будет победительницей. Однако этого не случилось. Выручил нас председатель нашего кружка. Попробуйте догадаться, как?

В последний момент председатель схватил большой гвоздь и несколькими ударами топора вбил его в ствол ольхи.

– Вот вам земля! – сказал председатель.

Один зажим телефонного аппарата был уже соединен с кабелем, а соединить проволокой второй зажим с гвоздем было делом нескольких секунд.

– Готово! – крикнула вниз наша группа.

Ну а потом начались приветствия, пожимание рук и прочие почести.

– Счастье ваше, – смеялся руководитель, – что у нас телефоны с фоническим вызовом, а если бы у телефонов был звонковый вызов, вам, пожалуй, не помог бы гвоздь.

У телефона с фоническим вызовом нет звонка. Сигнал у него производится посредством гудения самой телефонной трубки. Через нее пропускается переменный ток высокого напряжения, но сравнительно малой силы. Для звонка же употребляется ток также переменный, но значительно большей силы. Новый способ заземления, благодаря малой поверхности гвоздя и небольшому сечению дерева, обладал бы слишком большим сопротивлением: ток, вероятно, оказался бы слабым для приведения в движение молоточка звонка. Однако разговор передавался бы одинаково хорошо как с помощью телефонов с фоническим вызовом, так и через посредство телефонов с индукторным вызовом (со звонком), вследствие весьма незначительной силы тока в обоих случаях.

Для нас было, конечно, очень лестно заслужить похвалы от специалистов, но самое отрадное заключалось в том, что нам разрешено было не только смотреть на телефонные аппараты, но даже и работать с ними, когда они были свободны.

Поздно вечером мы вернулись на ночевку в поселок и принялись обсуждать программу завтрашнего дня. Нашу беседу о том, как лучшим способом выяснить вопрос о проводимости земли, прервал один из членов кружка, сказав:

– Мы с вами знаем, что в самой земле возникают токи и что эти токи естественного происхождения иногда удается уловить в телефонную трубку. Я предлагаю сейчас воспользоваться тем, что с нами вместе ночуют экскурсанты из техникума и что их телефонные аппараты совершенно свободны. Во второй раз нам не представится такого удобного случая. Давайте попытаемся убедиться в том, что в земле есть действительно электрические токи.

Получив разрешение от руководителя экскурсии, мы взяли с собой только телефонную трубку. Весь аппарат нам не был нужен. Мы не предполагали вступать в разговор с землей, мы хотели ее только слушать. Устроив два заземления на расстоянии примерно двухсот метров одно от другого, мы подвели к ним кабель от телефонной трубки и принялись слушать.

– Слушайте внимательно, – сказал председатель, – эти звуки могут быть очень слабы. Они порой похожи на шорох, порой на слабый рокот или хруст.

Однако то, что мы услышали в телефонную трубку, было так неожиданно и невероятно, что я рассказываю об этом особо в

Задаче 11

О чем рассказала нам земля

Первый товарищ, взявший телефонную трубку, ничего не отвечал на наши вопросы.

– Слышишь ты что-нибудь? – спрашивали мы хором.

Он молчал. При свете фонаря мы вдруг заметили, что лицо его принимает какое-то странное выражение: глаза расширяются, щеки бледнеют.

– Да что с тобой? – крикнули мы.

Он опять ничего не ответил и, передавая нам трубку, прошептал:

– Слушайте, слушайте скорее.

Второй товарищ так же молча передал трубку третьему, третий – четвертому и т. д. Надо было видеть выражение их лиц: у одного – перепуганное, у другого – ироническое, у третьего – восторженное. Когда наконец очередь дошла до меня и все мое внимание сосредоточилось в левом ухе, к которому я прижал телефонную трубку, то я услышал тихий, очень тихий, но отчетливый шепот, и это не было бессвязное сочетание звуков. Нет.

«…Ночной час сорок три… товарный… срочно…»

Вот что я услышал в трубку. Передав ее следующему, я, выпучив глаза, уставился на моих друзей.

Я читал, что токи земли производят иногда в телефоне звук, напоминающий потрескивание жарящегося масла, гул телеграфных столбов, попискивание мыши, но чтобы земля заговорила человеческим языком, чтобы можно было совершенно ясно разобрать слова – нет, об этом я никогда не слыхал.

Почему же это могло произойти? Всю ночь мы обсуждали этот вопрос, но так и не разрешили его. Может быть, читатель окажется счастливее и находчивее нас.

Утром мы рассказали о нашем ночном приключении руководителю экскурсии.

– Вы же теперь знаменитости, – сказал он смеясь, – первые люди, подслушавшие разговор нашей старой матери-земли. Странно только, что она все время сообщала сведения о движении поездов.

Оказалось, что мы подслушали разговор между двумя железнодорожными станциями. Их телефоны имели заземление, так что ток во время разговора проходил через землю. Случайно мы вкопали заземления как раз на пути этого тока, который частично и ответвлялся в наш телефон[7]. Два наших заземления и два заземления железнодорожных станций оказались почти на одной прямой линии. Руководитель экскурсии сказал нам, что, вообще говоря, вовсе не обязательно, чтобы все четыре заземления были на одной прямой. Чем дальше в сторону будут заземления телефона, тем слабее будет звук, но он все-таки будет.

– На принципе этих ответвляющихся токов пытались передавать сигналы с одной станции на другую без проводов, – сказал руководитель экскурсии.

Проводив наших случайных знакомых, мы принялись за ту работу, ради которой и приехали. Мы направились к хозяевам того домика, в котором прожил лето один из членов кружка, работавший на лесопилке, и выпросили у них разрешение воспользоваться их осветительной проводкой для наших опытов. Однако и мы, в свою очередь, должны были оказать услугу – провести им электрический звонок. Мы, конечно, дали немедленно свое согласие и сказали, что через час им не придется уже стучать во входную дверь.

– Да нам не надо так скоро, – улыбаясь говорили хозяева.

– Через час у вас будет электрический звонок, – заявил председатель.

За час можно было вполне справиться с этой работой, но оказалось, что задачу, которую поставили нам милые хозяева, невозможно было выполнить не только за час, а, пожалуй, и за несколько дней.

Ее я впишу в наш журнал как

Задачу 12

Об электрическом звонке из гонга

– У вас есть звонковые провода? – спросили мы.

– Есть.

– Кнопка?

– Тоже.

– Элементы?

– Нет.

– Звонок?

– Тоже нет.

– Нет звонка? Как же вы просите установить звонок, если у вас нет самого звонка?

– Но мы же и думали, что вы сделаете звонок.

Да, вот это была задача: без звонка и элементов установить электрический звонок.

– Может быть, у вас есть хоть какой-нибудь колокольчик? – спросил председатель, – или хоть что-нибудь, что может звонить?

– Рюмки есть, стаканы… Да, потом есть маленький индийский гонг.

– Ну а катушки из под ниток и большие гвозди найдутся?

– Конечно, найдутся.

– Что же, попытаемся без звонка и элементов провести электрический звонок.

– Пытайся, пытайся, – иронически заговорили мы, – сам заварил кашу, сам и расхлебывай.

– Я-то расхлебаю, а вот вы попробуйте сообразить, как установить звонок из тех предметов, которые я сейчас попрошу.

Через три минуты на столе перед председателем расположился такой ассортимент предметов: 6 гвоздей, 2 катушки, стакан, солонка, звонковая проволока, кнопка и гонг.

– Вы пока протягивайте проволоку и укрепите кнопку, – сказал нам председатель, – а я займусь вот этим, – указал он на стол. – Через час звонок должен быть готов.

– Теперь уже не через час, а всего через 45 минут, – заявили мы.

Каждый из нас, конечно, не меньше председателя хотел во что бы то ни стало выполнить в срок обещание. Проводя проволоку, мы все время обсуждали этот вопрос. Многое для нас было ясно благодаря работам прошлого года. Мы поняли, что вместо элементов председатель хочет воспользоваться током от освещения и что стакан, соль и два гвоздя нужны ему для устройства реостата. Мы даже сообразили, что две катушки и два гвоздя, очевидно, предназначались для электромагнита звонка. Но как предполагал сделать председатель якорь, прерыватель и молоточек, мы не могли понять. О колокольчике мы вообще не задумывались, так как сразу поняли, что его роль должен выполнять гонг. Покончив с проводкой, мы вернулись к председателю. Он прикрепил к гонгу два гвоздя в горизонтальном положении и установил против них электромагнит, сделанный из двух гвоздей и катушек с намотанной на них звонковой проволокой (рис. 3).

Рис. 3. Сердечник электромагнита сделан из двух гвоздей. Это очень хорошо показано на рисунке 6.

– Если пропустить ток через электромагнит, – сказал председатель, – то он притянет к себе два гвоздя, прикрепленные к ударнику гонга. При выключении тока ударник отойдет обратно и, раскачиваясь, будет довольно продолжительное время ударять в подвешенные трубки. Гонг даст довольно длительный звон. Как вы видите, длительный звон, который в обыкновенном звонке достигается действием прерывателя, в моем приборчике происходит благодаря продолжительному раскачиванию ударника и трубочек гонга. Замечательно, что обыкновенный звонок работает во время нажатия кнопки, т. е. замыкания тока, а мой будет давать звон главным образом после того, как палец снимут с пуговки кнопки, т. е. после размыкания тока.

Через десять минут звонок и реостат были поставлены на место, и мы хотели было испробовать его, но нас огорчил хозяин дома, сказав:

– Имейте в виду, что хотя станция днем также работает, но абонентам освещения ток дают только с вечера до утра.

Это было очень обидно, так как мы главным образом рассчитывали на дневную работу с заземлением, а кроме того, поняли, что наш звонок может звонить лишь по вечерам, а следовательно, его практическая ценность почти потеряна.

– Для чего же тогда работает станция, если на день выключаются абоненты? – спросили мы.

– Видите ли, – отвечал хозяин, – в нашем поселке, собственно говоря, нет специальной электрической станции. Наш лесопильный завод устроен таким образом, что паровые машины приводят в движение динамо-машины, а все специальные станки для пилки и резки дров работают электромоторами, которые питаются током динамо. Таким образом, электростанция днем работает для питания моторов на лесопилке, а вечером – для освещения поселка. Кстати сказать, знаете, что служит топливом для паровых котлов на станции? Опилки. Опилки и прочие остатки производства. Вот почему у нас электрическая энергия так дешево стоит.