Przypuśćmy teraz, że pole zostało wywołane przez ładunek Q skoncentrowany w jednym biegunie. Linje sił pola rozchodzić się będą promienisto. Natężenie tego pola będzie:
E = - 9 — ; skąd D S • E Q
s 4 x 4k r a
Widzimy, że wielkość indukowanego ładunku jest wprost proporcjonalna do wielkości ładunku induku
jącego i odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odle
głości danego punktu od ładunku. Tę zależność wyra
zimy inaczej. Ponieważ ilość linji sił przypadających na jednostkę powierzchni, w wypadku pola promieni
stego, jest odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odległości, możemy więc powiedzieć: wielkość indu
kowanego ładunku jest tym większa, im większy jest ładunek indukujący i im większa ilość linji sił oprze się na powierzchni przewodnika.
W jaki sposób elektryzuje się przewodnik przez indukcję, zobrazuje nam następujący przykład. Zbliżmy elektrycznie obojętny walec B do kuli A naelektry- zowanej ładunkiem dodatnim (-)-). W ahadełka elek
tryczne, umieszczone na obu końcach i w środkowej części walca, będą zachowywać się w następujący sposób (rys, 19): na końcach walca rozchylą się, pośrodku — pozostaną w spoczynku. Dowodzi to, że walec naelektryzował się na końcach, a w środku jego pozostała przestrzeń nienaelektryzowana czyli neutralna. Gęstość ładunku na kuli i walcu pokazana jest linją kreskowaną (rys, 19 i 20). Przy pomocy elektrometru możemy się przekonać, że powstałe na obu końcach walca ładunki są równe co do wielkości i przeciwne co do znaku. Przytem, część walca B
— 45 —
zwrócona do kuli indukującej naeletryzowała się elektrycznością przeciwnego znaku, część C walca — elektrycznością tego samego znaku, co i na kuli indu
kującej (-(-). Ładunki indukowane na walcu są zwią
zane ładunkiem kuli- A , istnieją tylko przez czas przebywania walca w polu elektrycznem. Swobodnie ładunki te istniećby nie mogły, gdyż natychmiast zneutralizowałyby się. Umieśćmy za tym walcem jeszcze kilka innych; na każdym z nich będziemy obserwowali to samo zjawisko elektryzowania się przez indukcję, t. j. równoczesne powstawanie na każdym z tych walców dwuch różnoimiennych ładunków elek
trycznych.
O ile przed odsunięciem przewodnika indukującego połączymy część walca C z ziemią, jak na rys. 20, to zauważymy, że wahadełka opadną na tej części walca czyli elektryczność indukowana tego sajnego znaku, co na przewodniku indukującym spłynęła do ziemi, jako odpychana. Elektryczność znaku prze
ciwnego, mimo połączenia walca z ziemią nie spłynie, ponieważ jest związana ładunkiem indukującym kulki (wahadełka na części B walca pozostaną rozchylone).
Przy tym stanie rzeczy usunięcie połączenia z ziemią nie spowoduje żadnych dalszych zmian w zachowaniu się wahadełek. Po usunięciu jednak kuli, wszystkie wahadełka rozchylą się, co dowodzi, że elektryczność związana stała się wolną i rozeszła się po całej po
wierzchni walca.
W ten sposób na walcu możemy otrzymać elektrycz
ność jednego znaku (przeciwnego niż na przewodniku indukującym). Doświadczenie to możemy powtórzyć dowolną ilość razy i za każdym razem otrzymamy nowy ładunek, przyczem ładunek kuli nie ulega żadnym zmianom. Zdawałoby się przeto, że mamy tu stały zysk energji czyli perpetuum mobile. Tak jed
nakże nie jest, gdyż na wytworzenie elektryczności
indukowanej zostaje zużyta praca przy zbliżaniu prze
wodnika i rozdzielaniu obu rodzai elektryczności.
Mamy tu więc przekształcenie energji mechanicznej w elektryczną.
Zaopatrzymy teraz część B walca, elektrycznie obo
jętnego, w ostrze. Przy zbliżeniu walca do naelektry- zowanej kuli rozchylą się w pierwszej chwili waha
dełka na obu częściach B i C walca, następnie jednak wahadełka na części B powoli opadną. Po usunięciu kuli A i zdjęciu ostrza, wszystkie wahadełka rozchylą się. Sprawdzając, przekonamy się, że na walcu znaj
duje się elektryczność tylko tego znaku, co była na przewodniku indukującym. Elektryczność znaku prze
ciwnego spłynęła w powietrze, zobojętniając częściowo ładunek indukujący.
W idma linji sił pow ierzchni ekw ipotencjalnych pól elektrycznych, a) Dla ładunków pojedynczych (dodatniego i ujemnego) linje sił są przedstawione na rys. 21. Powierzchniami ekwipotencjalnemi w tym wy
padku są powierzchnie kuliste spółśrodkowe, w środku których znajduje się jakby skoncentrowany cały ładu
nek, wywołujący pole elektryczne.
b) Dla dwuch ładunków różnoimiennych rozmie
szczenie linji sił przedstawione jest na rys. 22a. Me
chanizm tworzenia się takiego układu linij sił wyjaśnia rys. 22b. Siła, działająca w każdym punkcie tego pola jest wypadkową; jej składowemi są siły wywoływane przez poszczególne ładunki.
¡iY'c) Rys. 23a i- b przedstawia linje sił i powierzchnie ekwipotencjalne dwuch ładunków jednoimiennych, oraz powstawanie takiego pola.
d) Odkształcenie pola, wywołanego ładunkiem A, przez wprowadzenie doń przewodnika izolowanego B jest tego rodzaju, że w otoczeniu przewodnika nastę
— 47 —
puje zgęszczenie linji sit (rys. 24a). Tłumaczy się to powstawaniem na powierzchni wprowadzonego prze
wodnika B ładunków indukowanych, które oddziały- wują na linje sił pola przewodnika A w sposób przed
stawiony na rys. 24b,
e) Odkształcenie linji sił przez wprowadzenie uzie
mionego przewodnika do pola elektrycznego (rys. 25) wskazuje, że uziemiony przewodnik w polu elektrycz- nem jest jakby osłoną elektryczną. Ciało naelektry- zowane, otoczone zamkniętą powierzchnią przewodnika uziemionego, nie ujawnia żadnego działania nazewnątrz
tego przewodnika. V
Wprowadzenie izolatora do poła elektrycznego po
woduje zgęszczenie lub rozsiewanie linji sił, zależnie od stałej dielektrycznej izolatora i ośrodka; przyczem izolator, posiadający większą stałą dielektryczną niż ośrodek, będzie linje sił rozsiewał, mniejszą — skupiał.
Naogół, przez wprowadzenie izolatora do pola elek
trycznego zdeformowanie pola będzie małe.
W izolatorach idealnych ruch elektryczności odby
wać się nie może.
Piorunochron, Celem zabezpieczenia budynków lub instalacji (sieci telefoniczne i telegraficzne) od piorunów, t. j. iskry powstającej z wyładowania e le ktryczności atmosferycznej, używamy piorunochronów.
Piorunochron składa się z pręta stalowego, którego górny koniec jest ostro zakończony i zazwyczaj p o złocony celem uchronienia go przed rdzewieniem.
Pręt ten jest połączony zapomocą* grubego drutu z płytą miedzianą lub żelazną ocynkowaną, grubości około 2 — 4 mm., zanurzoną w studni lub zakopaną w ziemi i, dla lepszego utrzymania wilgoci, obłożoną warstwą drobnego węgla. Drut łączący piorunochron z ziemią nie może posiadać ostrych zagięć i wraz
z prętem musi być dokładnie izolowany od przed
miotu, który ma zabezpieczać. Za zbliżeniem się
‘chmury ładunek jej indukuje na pręcie elektryczność przeciwnego znaku, a na uziemieniu — tego samego znaku (rys. 26). Na ostrzu pręta następuje tak duże zgęszczenie elektryczności, że spływa ona w powie
trze i zobojętnia w znacznej mierze ładunek chmury (następuje powolne rozbrojenie ładunku chmury i pręta).
Jeżeli pręt nie zdołał znacznie zobojętnić ładunku chmury z powodu szybkiego jej nadejścia, to, przy odpowiednio wielkiej różnicy potencjałów, pomiędzy chmurą a prętem piorunochronu przeskakuje iskra (następuje gwałtowne zobojętnienie się ładunku chmury i pręta). O ile wyładowanie chmury nastąpi z inną chmurą, naładowaną elektrycznością odmiennego znaku, wówczas elektryczność związana na ostrym końcu piorunochronu staje się wolną i, jako taka, rozchodzi się po całej powierzchni i spływa w ten sposób do
ziemi.
Czasem dla lepszego zabezpieczenia tworzy się na dachu osłonę elektryczną w formie sieci przewodni
ków uziemionych (rys. 25). O ile taka osłona nie jest zrobiona, należy wówczas wszystkie części metalowe, znajdujące się w budynku, połączyć z ziemią zapo- mocą przewodników. (Ostatni w ypadek pożaru w skła
dach amunicji w Ameryce, wywołany przez piorun, świadczy wymownie o tern, że zabezpieczenie pioruno
chronowe nie odpowiadało tam swojemu zadaniu, t. j.
wewnętrzne części metalowe nie były uziemione).
M aszyny elektryczne i ich zastosow anie. Typem maszyny elektrycznej zbudowanej na zasadzie po
wstawania elektryczności przez potarcie i rozsunięcie dwuch ciał różnorodnych, oraz na zasadzie indukcji elektrycznej, jest maszyna Ram sdena (rys. 27). Ma
szyna ta składa się z krążka szklanego A, dwuch
Elektrotechnika. 4
~ 49 —