Рассказы об электричестве

Я рассказал экзаменатору о том, что каждый электрический конденсатор представляет собой систему из двух (или нескольких) проводников (обкладок), разделенных диэлектриком, которые обладают взаимной электрической емкостью… Эта емкость значительно больше емкости каждого отдельного проводника (или обкладки) по отношению к другим проводникам и в частности по отношению к земле. При этом я скромно и ненавязчиво показал связь между зарядами из n тел и их потенциалами, вывел формулу емкости плоского конденсатора и изящно перешел к выражению для сферического и цилиндрического конденсаторов. Рассказал, как при подключении к источнику постоянного напряжения на обкладках накапливается электрический заряд, а в диэлектрике создается электрическое поле. При этом я написал выражения для энергии поля, связав его с напряжением и емкостью, и отметил, что она в принципе не велика. Чтобы показать достаточно свободное владение материалом, я сравнил принцип действия электрического конденсатора с действием механической пружины и показал их математическое сходство.

Дальше я рассказал о существующих типах электрических конденсаторов. О том, что они различаются как по роду диэлектрика, так и по устройству, по емкости, по рабочему напряжению.

Я постарался не упустить из виду конденсаторы воздушные и с газообразным диэлектриком, обладающие малым углом потерь; конденсаторы вакуумные и слюдяные, стеклоэмалевые, керамические, бумажные, электролитические и сегнетокерамические…

Экзаменатор молчал, рассматривая мой экзаменационный лист. Я решил, что он ждет от меня чего-то еще, и рассказал о научно-исследовательских работах, направленных на увеличение емкости конденсаторных аккумуляторов.

При слове «аккумулятор» слушатель мой взглянул было на меня с интересом, но потом снова опустил глаза.

Я рассказал о попытках японцев создать конденсатор из активированного угля, обладающего огромной поверхностью на единицу объема, что едва ли не главное для повышения емкости. Я привел удивительные цифры, которые хорошо помнил, показывающие, что японским конструкторам удалось добиться удельной емкости почти в сто миллионов раз больше по сравнению с емкостью обычных конденсаторов. А когда мой экзаменатор не отреагировал и на это, я сообщил, что в современных лабораториях уже есть реальные конструкции конденсаторов, превышающих по емкости во много раз указанные японцами величины…

Батарея лейденских банок.

Магазин емкостей (вверху) и конденсатор переменной емкости (А — неподвижные и В — подвижные пластины).

Устройство плоского конденсатора.

В общем, я исписал страницы четыре формулами и начертил дюжину графиков, когда экзаменатор хлопнул ладонью по столу и, сказав «хватит!», вызвал следующего.

В комнату вошел паренек с шапкой в руке. Я узнал его: мы познакомились в коридоре, когда он попросил «по-научному» объяснить ему схему зажигания. Он был водителем со стажем, но назначен за какие-то провинности на пересдачу и боялся, что к нему будут придираться.

— Федоров? — строго спросил экзаменатор.

— Так точно! — браво ответил паренек.

Экзаменатор взял у меня из рук билет.

— Зачем нужен конденсатор, Федоров?

— Это чтобы не было искры, товарищ старший лейтенант!

— Молодец! — Он подписал экзаменационный лист и добавил: — Идите, отлично! А вы… учитесь!..

Отныне я стараюсь отвечать на вопросы, не выходя за рамки спрашиваемого.

Между тем история самого конденсатора, начавшись на заре зарождения науки об электричестве, не кончилась и по сей день.

Конденсатор действительно служит для того, чтобы накапливать и сохранять на своих обкладках электрические заряды, а следовательно, и электрическую энергию. Эту энергию, как и всякую другую, можно преобразовать дальше — в механическую, в тепловую, в химическую. Вот только величина ее оказывается очень небольшой. Удельная энергия современного «обычного» конденсатора, широко распространенного в радиотехнике и потому наверняка знакомого читателю, не превышает 10 ^Дж/_кг. Удивительные японские конденсаторы, о которых шла речь, способны накопить больше — 1 ^КДж/_кг. Но чтобы заменить конденсатором бензобак в обыкновенном легковом автомобиле, нужно повысить удельную энергоемкость накопителя электричества еще на два порядка.

Элоктромер Томсона с плоским конденсатором.

Впрочем, конденсатор — накопитель электрических зарядов. Для накопления энергии в технике используются аккумуляторы, преобразующие электрическую энергию в химическую, а потом, по мере надобности, обеспечивающие обратное преобразование. Но об аккумуляторах разговор еще впереди.

Глава шестая. Семь электрических лет Бенджамина Франклина