Техника - молодёжи 1989-07, страница 65

Потомки лейденской банки

Виктор ХАЙРЮЗОВ,

инженер-физик

Каждому приходилось видеть ослепительную молнию. По сути — это пробой гигантского природного конденсатора, обкладками которого служат две грозовых тучи или туча и земля. Родоначальником же рукотворных конденсаторов как целого класса технических устройств считается знаменитая лейденская банка.

Первые опыты с ней провели в 1745 году в городе Лейдене, откуда она и получила свое название. Одной из обкладок устройства служила вода или ртуть, заполнявшая стеклянный сосуд, другой — рука экспериментатора, удерживающая банку за дно.

В России лейденская банка появилась в 1752 году. Ломоносов и Рихман применяли ее в опытах по изучению атмосферного электричества. Банки для них, правда уже усовершенствованные, изготавливал механик Петербургской Академии наук Иван Соколов. Внешней обкладкой была фольга, внутренней — мелкая свинцовая дробь (рис. 1).

Одну из тайн «электрической посуды» открыл американский ученый Бенджамин Франклин (1706— 1790). Проводя систематические исследования, он установил, что сила разряда лейденской банки тем больше, чем больше площадь обкладок и чем тоньше стекло, разделяющее их. Он же изобрел и «плоскую банку» — пара проводящих пластин, проложенных стеклом,— назвав ее электрическим конденсатором. Фарадей в 1837 году установил, что емкость конденсатора зависит от особой характеристики изолятора — «удельной индуктивной способности» или диэлектрической проницаемости. Чем она больше, тем больше емкость при прочих равных условиях.

Таким образом, способы изменения емкости электрических конденсаторов были открыты еще два века

назад. Что же осталось на долю современных изобретателей?

Если взять ящик из диэлектрика, дно которого снаружи покрыто станиолем, и заполнить его частично электропроводящей жидкостью, как предлагает В. Нелепец (пат. СССР № 2219, 1927 год, рис. 2), то менять емкость будет просто й безопасно — достаточно наклонить ящик, чтобы изменилась площадь «жидкой» обкладки.

Есть немало способов подстройки конденсатора, то есть установления в нем определенной емкости. Изобретатели из ГДР (пат. № 243135, 1987 год, рис. 3) предложили сделать одну из обкладок в виде ряда полосок с различной шириной. Причем площадь ее подбирается так, чтобы емкость конденсатора заранее превосходила необходимую. Подстраивается же конденсатор перерезанием перемычек и удалением части полосок.

Подобно грозовым облакам, роль регулируемой обкладки может играть и газ, ионизирующийся под действием света определенной длины волны. Л. Костюнин и Б. Александров прикрыли сетчатую обкладку конденсатора кварцевым стеклом, пропускающим ультрафиолетовые лучи. При облучении газа, находящегося в ее ячейках, образуется дополнительная проводящая область, за счет которой увеличивается эффективная площадь обкладки, следовательно, и емкость конденсатора (а. с. № 570929, 1977 год, рис. 4).

Не меньше, чем лейденская банка, известно изобретение В. Ро-зена (пат. СССР № 775, 1922 год, рис. 5). Его конденсатор переменной емкости (КПЕ) состоит из большого числа параллельных металлических пластин. Одни из них, прямоугольные, жестко соединены с корпусом и образуют статор, другие сегментообразные, закреплены на оси — это ротор. При вращении ротора его пластины заходят в зазоры статора — изменяется площадь перекрытия, а в конечном итоге и емкость.

Другой вариант КПЕ предложил

В. Плотников (пат. СССР № 1915, 1926 год, рис. 6). Он использовал металлические стаканы различных размеров, входящие друг в друга,— площадь их перекрытия изменяется поступательным перемещением одного из них.

Очевидно, самый простой и дешевый регулируемый конденсатор придумал С. Павловский (пат. СССР № 2578, 1927 год, рис. 7). Здесь обкладками служат отрезки изолированных проводов. Достаточно скрутить их в жгут — и емкость увеличится, раскрутить — уменьшится.

А почему бы для получения нужной емкости не менять одновременно и площадь перекрытия обкладок, и расстояние между ними? И. Старков (пат. СССР № 1789, 1926 год, рис. 8) сделал обкладки в виде четырех плоских металлических пружин, покрытых изоляционным лаком. Одни их концы жестко закреплены в углах диэлектрической коробки, служащей корпусом конденсатора, а другие — на оси, расположенной в ее центре. При вращении оси изменяются не только площади перекрытия обкладок, но и расстояние между ними.

Постепенным напылением диэлектрика в межобкладочное пространство советуют подстраивать конденсатор В. Вишневский и Н. Ковальчук (а. с. № 419992, 1974 год, рис. 9). Напыление осуществляется, естественно, в вакууме.

Подобно химикам, сливающим в реторту несколько растворов, решили регулировать емкость высоковольтного конденсатора сотрудники Томского инженерно-строительного института В. Сафронов и Д. Шабанов (а. с. № 769649, 1980 год, рис. 10). Пространство между обкладками заполняется маслом и глицерином, которые имеют разные диэлектрические показатели. Общий же определяется количественным соотношением жидкостей. Чтобы они не смешивались, их разделяют эластичной перегородкой. Меняя объемы масла и глицерина, получают нужную электрическую емкость.

А. Беседин, В. Эдвабник и А. Яр-ков обошлись одним видом жидкости (а. с. № 746956. 1980 год, рис. 11). Если через нее пропускать пузырьки газа, она будет вспениваться и менять свой диэлектрический показатель. Соответственно изменится и емкость конденсатора.

63