Вы здесь

Подготовка к решающим экспериментам

 

Ом знал о появлении работ Барлоу и Беккереля, в которых были описаны экспериментальные поиски закона электрических цепей. Знал он и о результатах, к которым пришли эти исследователи. Хотя и Ом, и Барлоу, и Беккерель в качестве регистрирующего прибора использовали магнитную стрелку, соблюдали особую тщательность в соединении цепи и источник электрического тока в принципе был одной и той же конструкции, однако полученные ими результаты были различными. Истина упорно ускользала от исследователей. Необходимо было прежде всего устранить самый значительный источник погрешностей, каким, по мнению Ома, была гальваническая батарея.

Уже в своих первых опытах Ом заметил, что магнитное действие тока при замыкании цепи произвольной проволокой уменьшается со временем. Он измерял угол отклонения магнитной стрелки через каждые пять минут после замыкания цепи и получил следующие результаты: 180; 135; 125,5; 119,5; 115; 111,75; 109,5; 107,75; 106,75; 105,75; 105; 104,5. Это снижение практически не прекращалось с течением времени, и ясно было, что заниматься поиском закона электрических цепей при таком положении дел бессмысленно. Нужно было или использовать другой тип генератора электрической энергии из уже имеющихся, или создавать новый, или разрабатывать схему, в которой изменение ЭДС не сказывалось бы на результатах опыта. Ом пошел по первому пути.

Немецкий физик и издатель И. X. Поггендорф, комментируя работу Ома после выхода ее из печати, высказал мнение, что точность измерений можно повысить, если в качестве источника тока использовать не гальваническую батарею, а термоэлемент Зеебека. Термоэлемент имел преимущество в том, что, во-первых, значение термоэлектродвижущей силы было достаточно стабильно. Во-вторых, ввиду ее незначительной величины ток, возбуждаемый в цепи, был мал и нагревания проводов практически не наблюдалось, следовательно, сопротивление их оставалось постоянным в течение опыта. В-третьих, внутреннее сопротивление термоэлемента было много меньше сопротивления гальванической батареи, что способствовало повышению чувствительности установки и точности измерений. Мартин в письме сообщил брату о совете Поггендорфа и тот, прислушавшись к совету коллеги, решился на повторение экспериментов, для чего заново изготовил установку.

Принципиально схема новой установки почти не отличалась от той, которая использовалась в первых опытах. Но только принципиально. В качестве источника тока Ом использовал термоэлемент, представляющий собой пару «медь-висмут».

Висмутовая полоса термоэлемента (рис. 3) abba шириной в 9 линий и толщиной в 4 линии, изогнутая в виде вытянутой буквы «П», имела длину «перекладины» 6,5 дюймов и короткие концы по 3,5 дюйма. К концам ab и ab с помощью винтов Ом прикрепил такой же ширины медную полосу толщиной в 1 линию. Две медные шины k, каждая длиной около 28 дюймов, были изогнуты так, что их свободные концы dd′ опускались в чашечки со ртутью mm' туда же подводились тщательно зачищенные концы исследуемых проволок (рис. 4). Вся система укреплялась на штативе h, который с помощью регулировочных винтов ii устанавливался в нужном положении (см. рис. 3). Как и в предыдущих опытах, сверху над проволокой были расположены крутильные весы. Следует отметить, что крутильные весы для предстоящих экспериментов были специально изготовлены Омом в сотрудничестве с механиком коллегии Маухом и имели более высокую чувствительность, чем те, которые использовались в предыдущих опытах. На верхнем основании прозрачного цилиндра, предохраняющего подвес от влияния воздушных потоков, имелось коническое углубление. В это углубление точно входила система, состоящая из конической цапфы nn с шайбой rr и неподвижно скрепленной с ней головкой q, к которой был припаян подвес. На другом конце подвеса была прикреплена магнитная стрелка tt. Вращение шайбы создавало упругую силу в подвесе и, действуя этой силой, экспериментатор мог возвращать магнитную стрелку, отклоняющуюся при замыкании цепи, в первоначальное положение вдоль магнитного меридиана. Число делений, на которое было необходимо повернуть шайбу для возвращения магнитной стрелки в исходное состояние, фиксировалось экспериментатором.

Магнитная стрелка tt изготавливалась из стальной проволоки толщиной 0,8 линии и длиной около двух дюймов. На ее концы были насажены цилиндры из слоновой кости, в один из которых зажималась латунная проволока, отогнутая к шкале и служившая указателем; второй цилиндр выполнял роль противовеса. Стрелка подвешивалась на золотой расплющенной проволоке s длиной 5 дюймов так, что точка подвеса, ось цилиндрического корпуса весов и ось магнитной  стрелки лежали на одной вертикали. Проволока  расплющивалась для  того, чтобы уменьшить углы поворота стрелки, которые при использовании цилиндрической проволоки были так велики, что требовалось совершать повороты шайбы на несколько оборотов.

Во избежание неточностей, связанных с отсчетом показаний, на штативе, на расстоянии одного дюйма от шкалы, укреплялась линза l, расположенная так, что в поле ее зрения резко просматривалась визирная линия и конец латунной проволоки-указателя. Отсчет снимался только после того, как колебания стрелки полностью прекращались. Все опыты повторялись дважды.

Эту систему, сконструированную и изготовленную Омом, вполне справедливо историки физики называют первым прибором для электрических измерений.

Для поддержания разности температур концов термопары Ом изготовил два свинцовых сосуда (рис. 5), имеющих внутри цилиндрические полости для спаев хх. В один из сосудов А наливалась вода и с помощью спиртовки нагревалась до кипения. Этот сосуд имел отверстие для добавления воды y и трубку для выхода пара z. Другой сосуд В наполнялся мелкоколотым льдом со снегом. В полости сосудов помещались концы термопар, предварительно обмотанные тонким, но плотным шелком, и засыпалась мелкая свинцовая дробь на один дюйм, а доверху — мелкотолченое стекло. Сверху сосуды закрывались стеклянными крышками. Все эти предосторожности были предприняты для того, чтобы поддерживать постоянную температуру концов термопар в течение всего эксперимента.

Приняв все меры предосторожности, заранее устранив все предполагаемые источники ошибок, Ом приступил к измерениям. Результаты его опытов были изложены в статье «Определение закона, по которому металлы проводят контактное электричество, вместе с наброском теории вольтаического аппарата и мультипликатора Швейггера», вышедшей в 1826 г. в «Журнале физики и химии», редактором которого был все тот же Швейггер.

 

Добавить комментарий

Plain text

  • HTML-теги не обрабатываются и показываются как обычный текст
  • Адреса страниц и электронной почты автоматически преобразуются в ссылки.
  • Строки и параграфы переносятся автоматически.
CAPTCHA
Этот вопрос задается для того, чтобы выяснить, являетесь ли Вы человеком или представляете из себя автоматическую спам-рассылку.