Электрическая машина служит для получения статического электричества. Оно дает возможность на целом ряде опытов в лаборатории разгадать сложные явления природы.
Всем школьникам известно, что статическое электричество получается от натирания янтаря, сургуча или стекла различ­ными тканями или кожей. Значительно большие заряды, кото­рые можно уже наблюдать в виде голубоватых искр в темной комнате, можно получить таким образом.
Возьмите новую газету, приложите ее к натопленной печи и натрите одежной щеткой. Выключив свет в комнате, попро­буйте отнять газету от печи. Вы почувствуете большое сопро­тивление. Газета как бы приклеилась к печи. Если вы ее будете быстро отдирать, то между газетой и печью, в тех местах, где они еще соединены между собой, будут видны голубоватые огненные полосы. Если, затем, к отнятой от печи газете, держа ее на весу за верхний конец, вы приложите другую руку, между ними с легким треском проскочат голубые искры. Поднеся близко к газете расставленные концы ножниц, вы изумитесь тому, что, еще не прикоснувшись ими к газете, вы обнару­жите кисти из голубых и красноватых искр. Морякам в бур­ную погоду также часто приходится видеть подобные светя­щиеся кисти на вершинах мачт,— только те значительно больших размеров. Называются они Эльмовыми огнями.
Если вы поднесете к этой же натертой газете спичку, то увидите на головке спички вспышки тех же голубоватых огоньков, хотя сера на спичке не загорится.
При включенном свете вы сможете сделать еще несколько интересных опытов с натертой газетой. Только для каждого опыта газету надо натирать снова. Например, если вы уравно­весите на мяче линейку и затем поднесете к линейке газету, линейка послушно повернется в сторону газеты. Осторожно отводя газету, можно заставить линейку поворачиваться на своей оси. Занесите натертую снова газету над головой товарища, и вы увидите, что его волосы моментально вста­нут „дыбом\», как иголки на еже.
Все эти опыты доказывают, что, натирая газетный лист щеткой, мы тем самым наэлектризовываем его довольно
сильно, а прикасаясь к нему различными проводящими ток предметами,— разряжаем его, и при этом электрическом раз­ряде возникает искра. Если бы удалось видеть такую искру в сильно увеличивающий зрительный прибор, то мы заме­тили бы, что она имеет форму молнии, то-есть такая же стремительная и изломанная. Разница только в том, что наша искра измеряется долями миллиметра, в лучшем случае несколькими миллиметрами, а молния имеет в длину иногда несколько десятков километров.
Волосы встают „дыбом\» и словно стремятся оттолкнуться друг от друга потому, что они получают от наэлектризованной газеты часть положительного заряда и становятся сами поло­жительно заряженными телами. А вы уже знаете, что одно­именные заряды отталкиваются друг от друга.
Электричество, получаемое с помощью газетного листа, не имеет практического применения. Но способность произ­водить электричество с помощью двухслойной фанеры, кото­рую открыл лауреат Сталинской премии, член-корреспондент Академии наук СССР профессор Алексей Васильевич Шубни­ков, имеет большое практическое значение.
Оказывается, если двухслойную фанеру покрыть с обеих сторон раствором графита в спирту или чем-либо другим, придающим поверхности дерева токопроводящие способ­ности,—то „генератор\» электрического тока готов. Присоеди­нив к слоям графита катодный (особо высокочувствительный) вольтметр и начав быстро изгибать фанеру то в одну, то в другую сторону, мы заметим резкое колебание стрелки катод­ного вольтметра, говорящее о присутствии в цепи электриче­ского тока, который, в такт изгибам фанеры, течет то в одном, то в другом направлении.
Это открытие, сделанное профессором А. В. Шубниковым, имеет огромное значение для создания всевозможной автома­тической аппаратуры. „Электрический контролер\», сделан­ный из фанеры—материала чрезвычайно выносливого, сравни­тельно дешевого,— может с успехом выполнять роль реле в любом автоматическом приборе.
Производя опыты с .фанерным генератором\» электриче­ского тока, профессор А. В. Шубников использовал лист двухслойной фанеры размером 80 X 80 мм. Он пропитывал фанеру парафином, воском и другими веществами, но особен­ный эффект получился при обработке фанеры сегнетовой солью, из кристаллов которой изготовляются теперь пьезо­электрические репродукторы и которая с успехом заменяет дорогостоящий и дефицитный кварц и турмалин во многих приборах с пьезоэлектриками.
Профессор А. В. Шубников установил, что если чистая фанера при изгибах возбуждает электрический ток напряже­нием всего в 0,05 вольта, то, пропитанная сегнетовой солью, она дает уже от 0,5 до 1 вольта. Впоследствии профессор А. В. Шубников достиг того, что так называемые неармиро­ванные текстуры, полученные им, давали до 50 — 60 вольт.
Еще большее количество электричества, чем от натертого газетного листа или текстуры профессора А. В. Шубникова, можно получить с помощью электрической машины.
Сделать электрическую машину и провести опыты с ней интересно еще потому, что теперь при помощи электрических машин-гигантов производятся опыты по искусственному рас­щеплению атомного ядра. Эти электрические машины назы­ваются электростатическими генераторами. Сейчас уже есть электростатические генераторы, дающие до 5 миллионов вольт напряжения. Диаметр кондуктора, то-есть шара, на котором скапливается напряжение, у таких машин достигает до 4,5 метров.
Для изготовления нашей электрической машины потребует­ся стеклянный диск диаметром 300 мм с просверленным в центре отверстием для оси. Лучше, конечно, если удастся приобрести такой диск из небьющегося стекла — плексигласа, его легче обрабатывать. А это важно для начала. Диск должен выть не тоньше 5 миллиметров.
В диске из плексигласа отверстие легко просверливается обыкновенным сверлом по металлу при помощи дрели. В диске из обыкновенного стекла отверстие можно просверлить трех­гранным напильником (см. приложение). Напильник ставят на стекло острием грани и, осторожно нажимая на стекло, поворачивают напильник в разные стороны. От этого стекло будет мелко выкрашиваться. При этом не следует спешить сделать отверстие скорее, так как сильный нажим может расколоть стекло. Не просверливайте отверстие сразу. От этого с обратной стороны также может отколоться большой кусок стекла, и работа будет выполнена не аккуратно. Поэ­тому, когда вы просверлите стекло приблизительно до поло­вины его толщины, переверните его и начинайте сверлить с другой стороны. При сверловке центрального отверстия диска центр его должен быть определен точно. В противном случае сильно понизится качество работы нашей машины.
Когда будет готов диск, можно приступить к изготовле­нию станины электрической машины. Для этого из сухой доски толщиной в 20 мм вырезаются по две стойки по рис. 1 a и 1 6 и одна стойка по рис. 1в.
По рис. 1г выпиливается основание из доски, толщиной в 30 мм. Все размеры даны на рисунках. У одной из стоек а и б надо сделать съемные верхушки. Для этого, когда стойка выпилена и в ней просверлено отверстие для оси, верхний конец стойки отпиливается поперек через центр отверстия, как показано на рисунке пунктиром. Затем эти съемные головки будут привинчиваться к стойке шурупами. Это делается для того, чтобы при сборке машины легче было вставлять ось на место.

 

 

Рис. 1. Детали электрической машины.
а, б и в—стойки станины электрической машчиы. г—основание влектрической машины, д—стойка-щеткодержатель.

Стойка-щеткодержатель (рис. 1 д) делается из латунной полоски длиной в 250 мм, шириной 50 мм и толщиной 3 мм. К основанию этой стойки прикрепляется гайками (или припаи­вается) стержень с нарезкой под гайки длиной в 50 мм, затем на него надевается медная трубка длиной в 20 мм и кольцо диаметром 30 мм.
Оси и шкивы изготовляются по рис. 2. Оси желательно изготовить из проволоки сечением в 10 мм; можно взять проволоку несколько меньшего диаметра, но не тоньше 6 мм. Малый шкив (рис. 2 в) можно изготовить из сухого деревян­ного колесика. Для этого по центру борта его прорезается конусная канавка, чтобы не соскакивал шнур. Можно шкив сделать и составной—из трех кружков толстой фанеры. Большой шкив (рис. 2 г) следует изготовить из толстой фанеры. Для этого вырезаются три диска—два диаметром 170 мм и один диаметром 150 мм. Эти диски следует точно сложить по центрам и затем сколотить гвоздями или скре­пить шурупами. Такой шкив будет очень прочен. При изготов­лении шкивов обратите серьезное внимание на то, чтобы у них был точно определен центр для оси.

 

 

Рис. 2. Детали электрической машины.
а и б оси электрической машины, в—малый шкив электрической машины, г—большой шкив электрической машины.

Теперь остается сделать щетки и кондуктор для съема электрического заряда.
Для основания щеток надо выпилить из фанеры две дощечки размером 100 Х 100 мм, к которым впоследствии прочно прикрепляются лоскуты хорошо выделанного меха, желательно кошачьего. (См. рис. 3 а.) Затем такие щетки прикрепляются мелкими шурупами к стойке д (рис. 1). После этого между щетками надо вставить стеклянный диск ма­шины. Он должен входить с легким трением.

 

 

Рис. 3. Детали электрической машины.
а—основание для щеток, б— кондуктор машины

 

Кондуктор, как мы уже указали выше, служит для съема электрического заряда с наэлектризованного диска машины. Название его происходит от латинского слова „кондукто\», что означает „собираю\». Кондуктор представляет собой двух-рогую вилку из медной проволоки. (См. рис. 3 б.) В каждом ответвлении вилки просверливается по 6—8 отверстий, в кото­рые продеваются пучки топкой медной проволоки с таким расчетом, чтобы стеклянный диск машины, вставленный в центр развилка, слегка касался с обеих сторон проволочных пучков. В таком положении проволока припаивается к вилке. Можно вместо проволоки применить настриженную полосками фольгу.
Вилка кондуктора укрепляется в стойке в (рис. 1). Укреплять кондуктор следует прочно и в то же время осторожно. Для того чтобы кондуктор хорошо изолировать от стойки, необходимо на стержень вилки предварительно надеть отре­зок толстой стеклянной трубки длиной в 80 мм так, чтобы при закреплении всей системы трубка выдавалась с обеих сторон стойки по 30 мм. К свободному концу стержня надо припаять медный шарик.
После изготовления всех деталей машины приступают к ее сборке. Схема электрической машины показана на рис. 4. Стойки, изготовленные по рис. 1 а и б, вставляются сво­ими выступами в пазы .основания, причем так, чтобы стойки со съемными головками приходились с правой стороны, и закрепляются столярным клеем или путем расклинивания с обратной стороны основания. Стойка-щеткодержатель вме­сте со щетками вставляется на свое место между большими стойками и прикрепляется к основанию гайкой с обратной стороны.

 

 

Рис. 4. Схема электрической машины.

На центре оси (рис. 2 б) укрепляют стеклянный диск и малый шкив, а на оси с ручкой — большой шкив. Затем ось с диском встав­ляют между большими стойками так, чтобы диск мог свободно вращаться, но не качался бы из сто­роны в сторону. Для это­го в стойках укрепляют подшипники из медных трубок так, чтобы, вы­ступая с внутренней стороны стоек, они не давали бы возможности диску ползать между стойками по оси. После этого головку правой стойки прочно привинчивают и тем самым окончательно закрепляют диск.
Таким же образом закрепляется и ось с большим шкивом, но так, чтобы шкивы были расположены точно друг против друга. Через них перекидывают шнур или круглый ремень. Тут же надо попробовать, как будет вращаться диск от при­вода. Если все будет хорошо, то стойку с кондуктором вставляют в ее гнездо у левого торца основания—и электри­ческая машина готова.
Если теперь мы начнем быстро вращать при помощи при­вода стеклянный диск машины, то он, наэлектризовавшись от щеток, передаст заряд кондуктору. Если после этого при­коснуться к шарику кондуктора, из него с треском вылетит электрическая искра, слегка уколов руку.
Но такой заряд еще не достаточно силен, чтобы с ним можно было провести особенно эффектные опыты. Поэтому надо собрать несколько таких зарядов и сконцентрировать их в один более мощный заряд. Для этого существует кон­денсатор. Самым простым конденсатором является известная вам лейденская банка, называющаяся так потому, что она впервые была построена в голландском городе Лейдене.
Лейденскую банку изготовить нетрудно. Нам их потре­буется четыре, чтобы составить батарею из лейденских банок и тем самым создать необходимые условия для накопления большого количества электричества.