Вы здесь

«Набросок теории вольтаического аппарата и мультипликатора Швейггера»

 

Успех пришел к Ому только после того, как он заменил гальваническую батарею термоэлементом Зеебека.

Но механизм работы как гальванического, так и термоэлектрического источников тока не был известен ученым. Никто из них не знал, как влияет на силу тока площадь пластин, образующих гальваническую батарею, расстояние между ними, каков эффект нескольких гальванических элементов, соединенных определенным образом в батарею. Поэтому вполне объясним следующий шаг Ома после установления им основного закона электрических цепей: исследование гальванических батарей.

Экспериментируя с батареями (рис. 7), изготовленными из пластин разной площади, Ом установил, что численное значение постоянной для гальванической батареи обратно пропорционально площади пластин. Он заметил также, что сила тока, порождаемого батареей гальванических элементов, значительно больше, чем сила тока, даваемого термоэлементом. Из этого следовало, что величина а для гальванической батареи во много раз больше, чем для термоэлемента.

Далее Ом приходит к выводу, что при использовании одной и той же батареи увеличение замыкающей проволоки на длину h вызывает уменьшение силы тока X  на величину V , причем

где x — первоначальная длина исследуемой проволоки.

Если h  очень мало в сравнении с b + x, то можно с достаточной степенью точности записать:

т. е. изменение магнитного действия тока пропорционально изменению длины замыкающей проволоки. В современной терминологии это означает, что сила тока в цепи с постоянным источником ЭДС обратно пропорциональна сопротивлению цепи.

Затем Ом предпринимает попытку использовать открытый им закон для расчета цепи, составленной из m гальванических элементов. В своих рассуждениях Ом принимает возбуждающую силу одного элемента за единицу; тогда батарея, составленная из m  элементов одинаковой конструкции будет иметь возбуждающую силу в m  раз больше. Если считать сопротивление всех элементов одинаковым, то сопротивление всей батареи при этом увеличится тоже в m раз. Вычисляя магнитное действие от одного элемента по формуле

для батареи из m  элементов Ом нашел выражение:

В этой формуле произведение bm не зависит от возбуждающей силы,  а, как уже указывалось, представляет собой сопротивление всей цепи, без учета сопротивления замыкающей проволоки.

Анализируя полученное равенство, Ом находит, что для случая, когда x  много меньше bm , вышеприведенная формула будет иметь вид:

т. е. в случае, если сопротивление неизменяемой части цепи много больше сопротивления замыкающей проволоки (x<< bm ), магнитное действие тока не зависит от числа элементов, составляющих батарею.

Если сопротивление замыкающей проволоки x очень большое в сравнении с bm, то, утверждает Ом, действие гальванической батареи будет в  m раз больше. Этот вывод можно подтвердить, экспериментируя с жидкими проводниками, например, наблюдая процесс разложения воды.

Продолжая исследования, Ом сравнивает силу тока по его магнитному действию (отклонение магнитной стрелки) и по его химическому действию (объем газов, образующихся при разложении воды). Для этой цели он использует 4 батареи по 51 элементу в каждой.

Включая их в цепь по одной последовательно и фиксируя при этом объем выделившегося газа, получает следующие значения (в условных единицах): 37, 62, 83, 100. Принимая сопротивление одной батареи за единицу, x положив равным 5,6, а возбуждающую силу одной батареи а=240, Ом получил, вычисляя по установленной им формуле, следующие значения:

X1 = 240∙1/(1+5,6) = 36,3,

X2 = 240∙2/(1∙2+5,6) = 63,

X3 = 240∙3/(1∙3+5,6) = 83,75,

X4 = 240∙4/(1∙4+5,6) = 100.

Данные, вычисленные по формуле закона Ома и полученные экспериментально, очень хорошо согласуются, что дает Ому возможность утверждать справедливость его выводов относительно эквивалентности химического и магнитного действия тока. Это означает, что о силе тока в цепи можно судить по его действиям — химическому и магнитному; результаты измерений при этом совпадают с достаточной степенью точности.

Следующую серию опытов Ом посвящает исследованию работы мультипликатора и созданию его приближенной теории. Важность этой работы можно понять, если вспомнить, что мультипликатор был единственным электроизмерительным прибором того времени.

Рассматривая электрическую цепь без мультипликатора и пренебрегая сопротивлением замыкающей проволоки, Ом записывает для этого случая формулу:

Если включить в цепь мультипликатор, сопротивление которого ml , где m — число витков, образующих мультипликатор, l — сопротивление одного витка, то сила тока в цепи для этого случая может быть выражена формулой:

Магнитное действие тока в цепи с мультипликатором будет относиться к силе тока в цепи без мультипликатора, как

Так как а и b  константы, то из этого соотношения следует:

где k — коэффициент усиления мультипликатором магнитного действия тока.

Из последнего выражения можно сделать вывод, что коэффициент усиления мультипликатора будет больше единицы, если bm > b  ml, т. е. усиление магнитного действия тока возможно только в том случае, если сопротивление одного витка мультипликатора будет меньше сопротивления остальной части цепи.

Заменяя в последнем равенстве b = nl, где n показывает, во сколько раз сопротивление неизменяемой части цепи больше сопротивления одного витка мультипликатора, получим:

Если n бесконечно мало в сравнении с m , то для коэффициента усиления найдем значение:

k = n,

т. е. усиление магнитного действия тока с использованием мультипликатора будет во столько раз больше единицы, во сколько раз внутреннее сопротивление элемента больше сопротивления одного витка мультипликатора. Учитывая это, Ом предлагает для увеличения чувствительности мультипликатора изготавливать его из проволоки большего диаметра. Омом было также найдено, что максимум усиления мультипликатора не зависит от ЭДС элемента. Однако, добавляет Ом, число витков для мультипликатора, имеющего максимальный коэффициент усиления, будет различным для элементов с различным значением электродвижущей силы.

Для экспериментальной проверки справедливости своих теоретических выводов Ом изготавливает два мультипликатора из проволоки толщиной 1/5 линии, изолированной сургучом. Один мультипликатор содержал 220 витков, намотка другого была в 4 раза длиннее.

Диаметр намотки составлял один дюйм; расстояние между мультипликаторами — 5 линий. В пространство между ними точно в середине подвешивалась магнитная стрелка. Все устройство было изготовлено так, что оба мультипликатора включались поочередно, причем их переключение производилось практически мгновенно. Измеряя магнитное действие тока так же, как и в первых опытах по установлению закона электрических цепей, Ом для мультипликатора из длинной проволоки при некоторых условиях нашел значение магнитного действия тока, соответствующее 263 делениям. Для мультипликатора из более короткой проволоки при тех же условиях прибор показывал 68 делений, что хорошо совпадало с тем результатом, который предсказал Ом. Источник тока в опытах представлял собой пару «медь — цинк», опущенную в концентрированный раствор нашатыря.

В заключение своей работы Ом пишет: «В этой статье в приближенном виде изложена теория гальванической батареи и мультипликатора, причем результаты теории и эксперимента очень близки. Однако главным в этой работе является установление закона проводимости электрического тока металлами. Непохожие на первый взгляд явления в действительности образуют прекрасное целое. Открытие Зеебека послужило той нитью, которая вывела из лабиринта учение о разветвленных электрических токах».

Информация, которая содержалась в этой работе Ома, была исключительно плодотворной. Объем экспериментальных исследований, выполненных ученым, поражает воображение. И все это было сделано только в свободные от основный работы часы. Предчувствия и научная интуиция не обманули его: на этот раз все было доказано неопровержимо.

Так завершились кропотливые, полные предосторожностей, многократно проверенные исследования Ома по установлению закона электрических цепей (рис. 8).

Большая заслуга Ома в том, что, несмотря на все препятствия, на трудность стоящей перед ним задачи, на неудачи в первых экспериментах, он не опустил руки, а проявил волю и упорство, настойчивость и энергию в достижении поставленной цели.

 

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.