Inżyni er S T A N I S Ł A W R Y M S Z E W I C Z
P O D P U Ł K O W N I K
ZASADY ELEKTROTECHNIKI
WYDANIE TRZECIE POPRAWIONE
W A R S Z A W A 1928.
S P I S R Z E C Z Y .
W I A D O M O Ś C I W S T Ę P N E . str.
Sp oczyn ek i r u c h ... 1
Droga, p ręd k ość i p r z y śp ie sz e n ie ... 1
Praw a N e w t o n a ...6
P ierw sze prawo N ew tona ... 6
Drugie prawo N e w t o n a ... 6
T rzecie prawo N e w to n a ... 6
P r a c a ...6
M o c ... 7
P od ział jed n ostek na zasad n icze i p o ch o d n e . . . 7
U kład b ezw zględ n y C. G. S ... 8
J ed n o stk i ab solu tn e i p r a k t y c z n e ... 8
E n e r g j a ... 11
Rodzaje energji . 11
Energja kinetyczna i p o t e n c j a l n a ... 13
P rzekształcenie e n e r g j i ...15
Zasada zachow ania en erg ji...15
M echaniczny rów now ażnik c i e p ł a ... 16
Zadania ' ... 17
E L E K T R O S T A T Y K A . E lek tryzow an ie przez t a r c i e ... 20
Złe i dobre p r z e w o d n ik i... 20
E lek tryzow an ie przez z e t k n i ę c i e ...21
D w a rodzaje e le k tr y c z n o ś c i... 21
Przyciąganie i odpychanie ciał naelektryzow anych 23 W ahadło elektryczne . ... 23
E l e k t r o s k o p ... 24
E le k t r o m e t r ... 25
Ł adunek elek tryczn y . . ... 26
Prawo C o u lo m b a ...26
Z a d an ia ... ' ... 28
R ozm ieszczenie ładunku elektrycznego . . . . 28
G ęstość ładunku p o w ie r z c h n io w a ...29
P ole elek try czn e i jego n a t ę ż e n i e ...30
N atężenie p o l a ... 31
P oten cjał e le k t r y c z n y ... 33
Tabela p o ró w n a w c z a ...: 36.
Jednostki potencjału e l e k t r y c z n e g o ... 36
R óżnice p o t e n c j a łó w ... 38
Tabela p o r ó w n a w c z a ... 39
Z a d a n ia ... 40
P ow ierzchnie e k w i p o t e n c j o n a l n e ...42
Indukcja e l e k t r y c z n a ...43
W idm a linji sił pow ierzchni ekw ipotencjonalnych p ól e le k tr y c z n y c h ...47
P ioru n och ron ...48
M aszyny elek try czn e i ich z a s t o s o w a n ie ...49
Pojem ność e l e k t r y c z n a ... 52
Tabela p o r ó w n a w c z a ... 53
Jednostki pojem ności e le k tr y c z n e j... 54
Energja n aełek tryzow an ego c ia ł a ... 55
Z asada k o n d e n s a t o r a ... 57
K ondensatory i ich pojem ność. K ondensator ku listy ... 61
K ondensator p ł a s k i ... 61
Pojem ność kondensatora k u lis te g o ... 61
Pojem ność kondensatora p ła s k ie g o ... 63
Stała d i e l e k t r y c z n a ... 64
Z a d a n ia ... 64
Energja naładow anego k o n d e n s a t o r a ...65
Tabela p o r ó w n a w c z a ...66
Z a d a n ie ... 67
Butelka l e j d e j s k a ... 67
Ł ączenie kondensatorów w b a t e r j e ...68
P ołączenie rów noległe kondensatorów . . . . 69
P ołączenie szeregow e k on d en satorów ...70
P ołączenie m i e s z a n e ... 72
Z a d a n ie ... 73 str.
Kondensator o zmiennej p o je m n o śc i...74
Płaski kondensator papierow y i mikowy . . . 75
P rzek szta łcen ie energji elektrycznej w cnergję m e chaniczną i c ie p ln ą ... - 76
D zw onek e le k t r o s t a t y c z n y ...76
Rozbrojenie kondensatora przez przew odnik. . 77
Z a d a n i e ... 78
Rozbrojenie kondensatora przez dielektryk . . 78
U kład elek tro sta ty czn y jed n o stek w ielk o ści e le k trycznych i ich w y m ia r y ...79
E L E K T R O D Y N A M I K A . Teorja p r ą d u ...81
Prąd elek tryczn y i jego w ła s n o ś c i... 81
P r ą d s t a ł y ... 84
N a tężen ie p r ą d u ... 84
Praw o Ohma i oporność p r z e w o d n ik ó w ...85
P rzew od n ik i pierw szej L drugiej k l a s y ...88
P rzew odzenie elektryczności w metalach i e lek trolitach ... . . . . 88
Prąd elektryczny w gazach . . . . . . . . 90
W ytrzym ałość na przebicie niektórych ciał . . 93
R ozgałęzien ie prądu w ob w od zie . 94 P ierw sze prawo K i r c h o f f a ...95
Drugie prawo K i r c h o f f a ... 95
Połączenie szeregow e o p o r ó w ... 95
Połączenie rów noległe oporności om ow ych . . 96
Praca p r ą d u ... 97
M oc p r ą d u ... 98
Prawo J o u le ' a ... 99
Z a d a n i a , 101
M a g n e t y z m i e l e k t r o m a g n e t y z m ... 104
M agnesy naturalne i s z t u c z n e ... 104
Bieguny m agnetyczne i ich w łasności . . . . 104
Prawo Coulomba ... 107
Jednostka masy magnetycznej . . . . . . . 107
P ole m agnetyczne i linje s i ł ...108
N atężenie pola m agnetycznego i jego jednostka 109 Potencjał m agnetyczny . ... 110
V
str.
Pole m agnetyczne ziemi, igła magnetyczna . . 111
M oment m agnetyczny m a g n e su ... 113
W pływ ciał obcych na układ linji sił magne tycznych ... 115
Tabela p o r ó w n a w c z a ... 117
N a tężen ie i strum ień indukcji m agnetycznej 117 Z a d a n i e ... 119
M agnetyczne działanie p r ą d u ... 119
P ole m agnetyczne przew odników z prądem . . 120
Prawo Laplace'a i układ jednostek elektro m agnetycznych ... 123
N atężenie pola m agnetycznego przew odników z p r ą d e m ... 127
Tabela p o r ó w n a w c z a ... 129
D ziałanie pola - m agnetycznego na przew odnik z p r ą d e m ... 130
Praca w polu e le k tr o m a g n e ty c z n y m ... 132
Praca przy przesunięciu przew odnika w polu m a g n e t y c z n e m '... 132
E le k t r o m a g n e s ... 134
H is t e r e z a ... 135
Siła przyciągania e le k t r o m a g n e s u ... 139
D zw onki e l e k t r y c z n e ... 140
Z a d a n i a ... 142
Indukcja elek trom agnetyczna. D ośw iad czen ia F a ra d a y ^ ... 146
W ielk ość sity elektrom agnetycznej indukcji . . 148
Reguła L e n z a ... 152
Prądy w irow e F o u c a u l f a ... 153
Zadania ... 155
P r ą d z m i e n n y ... 157
Prądy s i n u s o i d a l n e ... 157
M oc prądu zm iennego ... 162
Oporność omowa dla prądów zm iennych . . . 164
N askórkow ość ... 164
S a m o in d u k cja ... 166
Spółczynnik sam oindukcji lub indukcyjność . . 167
W ielkość elektrom agnetycznej siły sam oindukcji 169 Kierunek prądu sa m o in d u k c y jn e g o ... 172
W pływ samoindukcji w obw odzie z prądem stałym ... ... 172
str.
vn
Potencjalna energja prądu czyli energja stru-
strumienia m a g n e t y c z n e g o ... 174
W pływ samoindukcji w obw odzie z prądem zm ien n y m ... 176
Zadanie ... 179
W pływ pojem ności w obw odzie z prądem zmiennym ... 180
Z a d a n i e ... 183
W pływ pojem ności i sam oindukcji w obw odzie z prądem zm ie n n y m ... 184
Rezonans, W zór T h o m s o n a ... 185
Z a d a n i e ... 186
Praktyczne zastosow anie zjawiska rezonansu . 187 Praktyczne zastosow anie pojem ności i sam oin dukcji w obw odach z prądem stałym i zm ien nym ... 189
W zajem na indukcja. O bw ody s p r z ę ż o n e ... 193
Spółczynnik indukcji wzajemnej lub indukcyj- ność w z a j e m n a ... 195
System y sprzężenia o b w o d ó w ... 198
Sprzężenie indukcyjne czyli transformatorowe . 199 Sprzężenie autotransform atorow e... 199
S przężenie p o je m n o śc io w e ... 199
Sprzężenie o p o r o w e ... 200
Prąd t r ó j f a z o w y ... 200
Połączenie w gw iazdę . . ... 202
P ołączenie w t r ó j k ą t ... 204
Moc prądu tr ó jfa z o w e g o ... , 205
M i e r n i c t w o e l e k t r y c z n e ... 209
P om iar oporu ... 210
M ost.k W h e a tsto n 'a ... 215
Mostek N ip o ld a ... 218
Pomiar pojem ności zapom ocą m ostka S eib t'a . . 220
Pomiar n atężen ia i nap ięcia p r ą d u ... 221
Pom iar n atężen ia prądu. G a l w a n o s k o p ... 222
G a lw a n o m e tr ... 223
Galwanom etr tangencjalny albo busola stycznych 223 Galwanom etr D eprez—d 'A rso n v a l'a ... .224
Galwanom etr telegraficzny . . . . . . 225
Amperom ierz z ruchomą z w o j n i c ą ... 226 str.
Am peromierz e le k t r o m a g n e t y c z n y ... 227
Am peromierz e le k tr o d y n a m ic z n y ... 227
Am peromierz c i e p l n y ... 228
Amperom ierz i n d u k c y j n y ... 229
B o c z n i k ... 229
Pomiar natężenia prądu z m ie n n e g o ... 231
Pomiar n apięcia, lub siły elektrom agnetycznej . . 231
Z a d n n i a ... 233
Pomiar m ocy p r ą d u ... 234
Pom iar pracy p r ą d u ... 235
M a s z y n y e l e k t r y c z n e ... 237
P r ą d n i c e ... 237
Budowa i praca prądnic prądu stałego . . . . 239
Magneśnica ... 239
T w o r n i k ... '. . 239
Prądnice w ielob iegu n ow e ... 243
K o l e k t o r ... 244
S z c z o t k i ... 245
W zbudzanie p r ą d n i c ...■ 248
Prądnica o b c o w z b u d n a ... 251
Prądnica s z e r e g o w a ... 252
Prądnica b o c z n ik o w a ... 253
Prądnica szeregow o - b o c z n ik o w a ... 256
Prądnice prądu z m ie n n e g o ... 257
Prądnica o ruchomym tworniku i nieruchomej m agneśnicy ... 260
Prądnica o nieruchomym tworniku i ruchomej m a g n e ś n ic y ... 261
Prądnica o nieruchomym tworniku i nierucho- mem uzw ojeniu magneśnicy z wirującym rdzeniem ż e l a z n y m ... 262
Obsługa p r ą d n ic ... 264
S iln ik i e l e k t r y c z n e ... 266
M oment obrotow'y s i l n i k a ... 267
Kierunek obrotu s i l n i k a ... 270
U staw ienie szczotek w silniku elektrycznym . . 271
Siła p rzeciw elek tro m o to ry czn a ... 271
B udow a i w łasn ości siln ik ó w elek tryczn ych . . . 274-
Szybkość obrotow a s iln ik a ... 274
Silnik s z e r e g o w y ... . . 276 str.
IX
Z a d a n i e ... 278
Silnik bocznikow y ... 280
Z a d a n i e ... 283
Silnik prądu z m i e n n e g o ... 283
Silniki synchroniczne ... 284
Silniki asyn ch ron iczn e'... 284
Silniki k o le k t o r o w e ... 286
Obsługa silników e le k t r y c z n y c h ... 286
T r a n sfo r m a to r y ... 287
* Spółczynnik transformacji i spółczyrnnik spra w ności tran sform atora... 289
P rzenoszenie energji elektrycznej na odległość 292 P r z e t w o r n ic e ... 294
C ew ka R u h m c o r ffa ... 295
Lampa k a t o d o w a ... 297
P ro sto w n ik n e o n o w y ... 298
E l e k t r o c h e m j a . ... 300
O gniwa e l e k r y c z n e ... 303
Ogniwa g a lw a n ic z n e ... 304
Polaryzacja o g n i w a ... 305
Ogniwo L eclanche'a .’ ... 306
Ogniwo suche ... 308
Ogniwo M e id in g e r a • . 308 Ogniwo W e t s o n a ... 309
Ogniwo te r m o e le k t r y c z n e ... 310
Tabela p o r ó w n a w c z a ... 312
Łączenie ogniw w b a t e r j i ... 313
Ł ączenie s z e r e g o w e ... 313
Tabela -porównawcza . ... 315
Ł ączenie r ó w n o le g łe ... 315
' Łączenie m ieszane ... 317
Spraw ność o g n i w a ... 319
Z a d a n i a ... 320
A k u m u la t o r y ... 322
G ęstość elektrolitu w akumulatorach ołow ianych 325 Oporność w ew nętrzna akumulatorów ołow ianych 327 G ęstość prądu w akumulatorach ołow ianych . . 328 •
Z a d a n i e ... 329 Zwarcie a k u m u la t o r a ... 329V- str.
Z a d a n i e ... 330
Pojem ność a k u m u la to r a ... 331
Zadania . ... 333
Energja użyteczna akum ulatora... 333
Zadania . . . • ... 334
N apięcie na zaciskach akumulatora ołow ianego 336 Z a d a n i e ... 338
Spraw ność a k u m u la to r a ... 339
Spraw ność pojem nościow a ... 340
Spraw ność e n e r g e ty c z n a ... 340
Z a d a n i e ... " . 340 Ł adowanie akumulatorów przenośnych . . . . 341
Ł adowanie i w yładow anie akumulatorów stałych 343 Obsługa akumulatorów o ło w ia n y c h ... 346
Ładowanie i w yładow yw anie akumulatorów . . 346
Transport akumulatorów p r z e n o śn y c h ... 349
Akum ulatory żelazo - niklow e Edissona . . . . 350
Ładow anie i w yładow anie akumulatorów zasa dow ych ... 351
Obsługa akumulatorów z a sa d o w y c h ... 353
L a m p y i w y ł ą c z n i k i ... 354
Lampy ł u k o w e ... 354
W łączanie lamp łukow ych do obw odu . . . . 356
Ż a r ó w k i ... 357
W łączanie lamp żarow ych do obw odu . . . . 358
Z a d a n i e ... 359
B e z p i e c z n i k i ... 360
B ezpieczniki to p ik o w e ... 360
Bezpieczniki p r z e p ię c io w e ... 362
W y łą c z n ik i... 364 str.
!■ N
r ■
ii j ■
I
I. WIADOMOŚCI WSTĘPNE.
Przy studjowaniu elektrotechniki będziemy się opie
rali na działaniu sił, to też rozpatrzymy na wstępie
! podstawowe wiadomości z nauki o silach, zwanej mechaniką. Jednocześnie przypomnimy sobie układy jednostek wielkości fizycznych i ich wymiary.
Spoczynek i ruch. Ciało, którego wszystkie punkty zachowują stałe położenie względem przedmiotów uważanych za nieruchome, znajduje się w stanie sp o czynku w zględnego; przy tern siły, działające na takie ciało muszą być w równowadze. Ciało jest w' ruchu względnym , jeżeli położenie jego punktów względem przedm iotów uważanych za nieruchome ulega zmianie, przyczem siły, działające na to ciało, mogą być lub
| nie być w równowadze, Np. człowiek poruszający się w wagonie kolejowym idącego pociągu jest w sta nie ruchu względem ścian i okien wagonu, które są względem siebie w stanie spoczynku; ściany i okna wagonu są w stanie ruchu względem tych przedmio-
| tów, względem których jest w stanie ruchu cały pociąg, t. j. wzglęćem stacji kolejowych, słupów tele-
| graficznych i t. p.
Droga, prędkości i przyśpieszenia. Gdy ciało jest w ruchu, kolejne położenia każdego jego punktu tw o
rzą linje ciągłe, zwane torami. O kreślony odcinek
| Elektrotechnik*. 1
1 1 m M - - - ' ' -
toru, przebyty przez poruszający się po nim punkt nazywamy drogą. Ciało, będące w ruchu (określony punkt tego ciała), przebyć może jedną i tę samą drogę po pewnym torze wciągu krótszego lub dłuższego czasu, dla zupełnej więc znajomości ruchu tego ciała wprowadzamy wielkość fizyczną, określającą stosunek pomiędzy drogą i czasem, wciągu którego została ona przebyta. W ielkość tę nazywamy prędkością ciała, a miarą jej jest droga przeby ta przez ciało w jed
nostkę czasu. W edług tej definicji, jeżeli wciągu czasu t ciało przebyło drogę Z to szybkość v b ę d z ie :
Z
T ' •
gdzie k — spółczynnik proporcjonalności, zależny od wyboru jednostek do mierzenia Z, V, t.
Prędkość ciała, poruszającego się po pewnym torze, może w każdym jego punkcie ulegać zmianie. W tym wypadku stosunek drogi do czasu, w którym została ona przebyta daje jedynie pojęcie o średniej p ręd kości ciała w danym okresie czasu. Jeżeli okres ten będziemy zmniejszali do nieskończoności, to przej
dziemy do pojęcia chwili i prędkości w danej chwili (chwili nadajemy znaczenie analogiczne do pojęcia punktu w geometrji t. j. uważamy, że nie posiada żadnej rozciągłości).
Niech ciało w chwili t1 posiada prędkość v u a w chwili t2 — prędkość v2 różnicę v2 — ł>ł nazywamy przy
rostem (dodatnim lub ujemnym) prędkości. Stosunek przyrostu prędkości do czasu, w którym zaszedł, nazy
wamy przyśpieszeniem .
Oznaczając Drzyśpieszenie przez a, mamy:
, o2 ~ v 1 a — k . ~—
gdzie k — spółczynnik proporcjonalności, zależny od w yboru jednostek do m ierzenia a, u, ł.
Jeżeli przyśpieszenie ulega zmianie z biegiem czasu, to możemy mówić o przyśpieszeniu śre d n ie m wciągu pew nego okresu czasu lub o przyśpieszeniu w danej chwili.
Nadal we wszystkich wzorach nie będziemy stoso
wali spółczynnika proporcjonalności k, zakładając, że zawsze jest on równy 1, czyli że wszystkie wielkości w chodzące w skład wzoru są wymierzone odpow ied
nio dobranem i jednostkam i, czyli należącemi do tego samego układu jednostek.
Badając ruch ciała, obieram y pew ną chwilę, od której zaczynamy rachow ać czas i pewien punkt, uważany za początek toru.
Tor, p rędkość i przyśpieszenie charakteryzują ruch ciała, a mianowicie, w zależności od toru rozróżniamy ruch prostolinijny i krzywolinijny; w zależności od toru i prędkości — ruch p ostęp ow y i obrotowy.
Ruchem postępow ym nazywamy taki ruch, przy którym tory wszystkich punktów ciała są równoległe, a p ręd kości równe. Dla zbadania takiego ruchu wystarczy rozpatrzyć ruch jednego punktu ciała np. środka ciężkości. Przy ruchu obrotowym torami wszystkich punktów , nie leżących na osi obrotu, są koła położone w płaszczyznach prostopadłych do osi, a prędkości linjowe poszczególnych punktów zależą od ich odle
głości od osi obrotu.
Ruch pod względem prędkości może być jednostajny i zmienny. O ile wielkość drogi zmienia się propor
cjonalnie do czasu zużytego przez ciało dla przebycia tej drogi, to taki ruch ciała nazywamy jednostajnym.
Dla dowolnego czasu t wielkość drogi /, przebytej przez ciało w ruchu jednostajnym , możemy określić ze w zoru:
l == l0 -4* v t
w której zaczęliśmy obserw ować jego ruch, v — prędkość ciała podczas obserwacji (w czasie od O do t).
Prędkość jest tu wielkością stałą.
Przy ruchu zmiennym prędkość ciała nie pozostaje stałą, lecz ulega wciąż zmianom. Ruch zmienny z prędkością rosnącą nazywa się ruchem przyśpie
szonym. Np. pociąg odchodzący ze stacji. Ruch zmienny z prędkością m alejącą nazywamy opóźnionym.
Np. pociąg przychodzący do stacji. O ile przyrpsty (dodatnie lub ujemne) prędkości są proporcjonalne do czasu, to taki zmienny ruch ciała nazywamy jedno
stajnie zmiennym. Zależnie od tego, czy przyrosty są dodatnie, czy ujemne ruch nazywamy jednostajnie przyśpieszonym lub jednostajnie opóźnionym .
Dla dowolnego momentu czasu i, wielkość pręd
kości ciała możemy określić ze wzoru:
u = v0 + a t
gdzie i>0 — wielkość prędkości posiadanej przez ciało w początkowej chwili obserw acji (jeżeli ciało było w stanie spoczynku to v0 — . OJ, a — przyśpieszenie, które posiadało ciało podczas obserwacji (w czasie od O do t ) ; jest tu ono wielkością stałą; znak plus stosujemy, kiedy odbywał się ruch jednostajnie przy
śpieszony, minus—kiedy odbywał się ruch jednostajnie opóźniony.
Dla określenia w powyższym wypadku wielkości drogi, którą ciało przebyło ruchem jednostajnie zmiennym, znajdujemy prędkość średnią, jaką posia
dało ciało pomiędzy chwilą początkow ą O (prędkość u„) oraz chwilą końcową obserwacji t (prędkość v0 + a t);
będzie ona:
— 5 —
Gdyby ciało poruszało się ruchem jednostajnym z powyższą prędkością, to przeszłoby w tym samym czasie (od O do i) tę samą drogę, jak i poruszając się ruchem jednostajnie zmiennym, na podstaw ie któ
rego wyprowadziliśmy szybkość średnią. Drogę więc przy ruchu jednostajnie zmiennym, znajdziemy, posłu
gując się wzorem dla drogi przy ruchu jednostajnym, podstaw iając w nim zamiast Vprędkość średnią pomiędzy punktami początkowym i końcowym :
O ile do chwili początkowej ciało nie przebyło żadnej drogi t. j. /„ — O i szybkość jego w tym momencie u0 .== O, to wielkość przebytej drogi przy ruchu jednostajnie przyśpieszonym będzie:
czyli przy ruchu jednostajnie przyśpieszonym, droga przebyta jest proporcjonalna do kw adratu czasu. Przy swobodnym spadaniu ciał, w powyższym równaniu, drogę I zastąpimy przez wysokość h, z której spada ciało, przyśpieszenie a będzie w tym wypadku równało się przyśpieszeniu ziemskiemu g = 9,81 m/sek. W iel
kość drogi przebytej ruchem jednostajnie przyśpie
szonym dla swobodnie spadających ciał będzie:
Prędkość w dowolnym momencie czasu określimy ze wzoru:
l a t 2 2
v = g t = | 2 gh
czyli prawo bezw ładności. Punkt materjalny pozo
staje w stanie spoczynku lub ruchu prostolinjowego i jednostajnego, jeżeli nie działa nań żadna siła. Tę własność ciał nazywamy bezw ładnością.
Drugie prawo N ew tona czyli prawo siły. Siła, działająca na punkt m aterjalny, udziela mu przyśpie
szenia, które jest z nią zgodne co do kierunku i pro
porcjonalne do niej co do wielkości.
Prawo to może być wyrażone wzorem:
F — ma
gdzie F — wielkość siły działającej na ciało, m — masa ciała, a — przyśpieszenie, które to ciało otrzymuje pod działaniem siły F.
W idzimy, że pojęcie przyśpieszenia wiąże się nie
rozerwalnie z pojęciem siły. Ruch ciała spadającego sw obodnie jest jednostajnie przyśpieszonym, stąd wy
nika, że ciężar ciała jest siłą stale działającą. P rzy śpieszenie ciał spadających oznacza się literą g i zowie się przyśpieszeniem ciężkości czyli przyśpieszeniem ziem skiem . W powyższym wzorze siła będzie rów no
znaczna z ciężarem ciała.
T rzecie praw o'/N ew tona czyli prawo akcji i re
akcji. Siły, które dwa punkty m aterjalne lub dwa ciała wywierają jedno na drugie, mają wspólną linję działania, są równe i odwrotnie skierowane. Jako przykład ■'"może służyć odskok broni przy wystrzale, podnoszenie ciężaru i t. p.
Praca. Praca jest to rezultat działania siły wzdłuż pewnej drogi. Zależność wielkości pracy od siły ■ i drogi możemy wyrazić zapomocą wzoru:
A = F l . cos a
gdzie / — droga, po której porusza się dane ciało, F — siła, która działa na to ciało pod kątem a do jego toru (rys. 1). W wypadku, gdy siła działa w kierunku toru wykonana praca:
A = F I
ponieważ o. — 0, cos a — 1 ; w wypadku, gdy siła działa w kierunku prostopadłym do kierunku toru, wykonana praca:
A = O poniew aż a = 90°, cos a = O.
M oc (dzielność). Siła robocza jest tern pożytecz
niejsza im prędzej pracuje t. j. im większą pracę wy
kona w danym czasie, dlatego też wprowadzamy nowe pojęcie — m ocy czyli dzielności, wskazujące jak wielka praca została wykonana w jednostkę czasu.
Moc może być wyrażona przez wzór:
gdzie P — moc, A — praca, ł — czas, wciągu którego została ona wykonana.
P od ział jednostek na zasadnicze i pochodne. Zbiór wszystkich jednostek przyjętych w edług pewnej okre
ślonej zasady do mierzenia wielkości fizycznych nazy
wamy układem jednostek. W każdym układzie istnieją jednostki, które są dowolnie w ybrane i są jakby podstaw ą do budowy całego układu. Jednostki te nazywamy jednostkam i zasadniczem i. W szystkie inne w danym układzie nazywamy jednostkam i po- chodnemi; są one utw orzone z zasadniczych w edług najprostszych zależności, istniejących pomiędzy jedno
stkami pochodnemi i zasadniczemi.
jednostek pochodnych. W układzie bezwzględnym C. G. S. przyjmujemy trzy jednostki jako zasadnicze:
1) Długości ( L) — centym etr.
C entym etr = 0,01 metra. (W zorzec metra, wykonany z platyny i irydu, znajduje się w m iędzynarodowem biurze miar w Paryżu).
2) M asy (M) — gram, tysiączna część kilograma, który stanowi masę metalowego cylindra wzorcowego przechowyw anego również w Paryżu. W przybliżeniu kilogram stanowi m asęwody w objętości 1 litra przy 4° C.
3) C zasu ( T i - se k u n d a = „ ¿ = ¡ - ¡ ^ część średniej doby słonecznej.
Układ nosi nazwę układu C. G. S. inaczej układu
„centym etr - gram - sekundow ego”.
N a podstaw ie tych trzech jednostek określamy wy
miary wszystkich wielkości fizycznych.
W ymiarem nazywamy zależność algebraiczną jedno
stki pochodnej od jednostek zasadniczych po odrzu
ceniu wszystkich spółczynników. W ymiary jednostek znacznie ułatwiają przejście od jednego układu miar do innego.
W te n sposób możemy łatw o wyprowadzić jedno
stki pochodne w układzie C. G. S. i ich wymiary dla:
prędkości, przyśpieszenia, siły, pracy i mocy, jak po
dano w tabeli na str. 9.
Jednostki absolutne i praktyczne. Przejdziem y obecnie do m ierzenia tych wielkości fizycznych, dla których wyżej wyprowadziliśmy jednostki w układzie C. G. S. Mierzenie tych wielkości jest konieczne tak dla celów naukowych, jak i dla celów praktycznych
W ielkości fizyczne
Zależność w iel
kości fizycznych pomiędzy sobą
■
Jed n o stk i pocho
dne w układzie C. G. S.
W ym iar wiel
kości fizycznych
D ługość . . . z cm. L
Masa . . . . m M
C zas . . . . ł sek. T
Prędkość . . l cm.
L T— 1 v _ t
sek.
Przyśpieszenie. a - V{ cm. L T— 2
sek .2
Siła . . . . F — m. a cm.
gr‘ sek.- L M T- 2
Praca . . . . A = F. 1 cm.2
sek>
l~ m r - j
Moc . . . . P A cm.2 U M 7 — 3
t gr‘ sek .3
w życiu codziennem. Będzie ono polegało na porów na
niu ze sobą wielkości jednorodnych — t. j. wielkości mierzonych i wielkości przyjętych za jednostkę miary.
Jednostki używane wyłącznie w nauce nazywają się bezwzględnemi, używane w życiu codziennem — pra
ktycznemu
W szystkie trzy jednostki zasadnicze układu C. G. S.
używane są do celów naukow ych; praktyczne jednostki długości, masy, czasu są podane na str. 12. Przy wyprowadzaniu jednostek bezw zględnych i praktycz
nych będziemy opierać się, jak wyżej wspomnieliśmy, na wzorach m atem atycznych, określających zależność pomiędzy poszczególnemi wielkościami.
1) Absolutna jednostka prędkości, jak widzimy ze wzoru: v = — •l '
j e s t ' to prędkość jaką posiada ciało przebyw ające drogę 1 cm. w 1 sek.
Praktyczną jednostką prędkości jest: kilometr na godzinę lub mila morska na godzinę.
2) A bsolutną jednostką przyśpieszenia, jak widzimy ze w zoru: a = jest przyśpieszenie jakie posiada ciało, jeżeli jego prędkość wzrasta lub maleje w 1 se
kundę o jednostkę prędkości.
Praktyczną jednostką przyśpieszenia jest przyśpie
szenie ziemskie g = 9,81 m /sek2. Jest to wielkość średnia, ponieważ naogół przyśpieszenie ziemskie zależy od szerokości geograficznej: na biegunie g = 9,83 m/sek-2, na równiku g = 9,78 m /sek.2
3) Absolutną jednostką siły, jak widzimy ze wzoru:
F — mp, jest siła, która masie 1 gr. nadaje jednostkę przyśpieszenia t. j. 1 cm T aka absolutna jednostka siły nazywa się dyną. Siła miljon razy większa na
zywa się m egadyną.
Praktyczną jednostką siły jest kilogram = 1000.981 gr.
cm ./sek.2 = 981000 dyn., jeżeli przyjmiemy przyśpie
szenie ziemskie g = 981 cm ./sek2.
4) A bsolutna jednostka pracy; jak widzimy ze wzoru: A = F /, jest to praca jaką wykona siła 1 dyny wzdłuż drogi 1 cm., o ile kierunek siły i drogi jest zgodny. Taką absolutną jednostkę pracy nazy
wamy ergiem.
— 11 —
Praktyczną jednostką pracy jest dżaul = 107 ergów;
częściej używaną praktyczną jednostką pracy jest kilogramom etr = 981.105 dyn. cm. — 9,81. 107 ergów =
== ■9,81 dżauli; 1 dżaul 0,102 kgm.
5) Absolutną jednostką m ocy, jak widzimy ze wzoru: P — A jest 1 erg/sek.
P raktyczną jednostką mocy jest w att lub koń me
chaniczny ( K. M.)
1 w att = 1 d żaul/sek.. = 1 0 7 erg/sek.
1 kilowatt = 1000 wattów = 1000 dżauli/sek. = 1,36 K. M.
1 K . M . 75 kgm /sek. 75.981000.100 erg/sek. =
= 75 . 9,81 dżauli/sek. 736 wattów.
W elektrotechnice najczęściej stosow ana jest je
dnostka pracy zwana kilow att — godziną; 1. kilo
w att — godzina 1000 w att .3600 sek. = - 36.105 watt.
sek. 36.105 dżauli.
Energja. Pojęcie energji zaliczamy do najważniej
szych pojęć fizyki. N akręcona sprężyna zegarowa, wzniesione na pewną wysokość ciało, para w kotle parowym, mogą wykonać w odpowiednich warunkach pracę; mówimy, że ciała te posiadają pewien zasób energji. Zatem energję możemy określić jako zdol
ność ciała do wykonania pracy. Kiedy ciało wykony- wuje pracę, zapas energji zawartej w nim zmniejsza się.
Rodzaje energji. Rozróżniamy następujące rodzaje energji: energja m echaniczna (lecąca kula karabinowa, wiatr, spadająca z pewnej wysokości woda), T energja cieplna (ruch cząstek ciała), energja elektryczna (prąd
Tabela jednostek absolutnych i praktycznych.
W ielkości fizyczne
Jednostki absolutne
Jednostki praktyczne
D ługość (/) centym etr metr, kilometr, mila morska
Pow ierzchnia (S) centym etr kw a
dratowy
metr kw adratowy, kilometr kwadr, i mila morska kwadratowa
O bjętość ( V ) centym etr sz e ś
cienny
metr sześcienny
Czas (f) sekunda minuta, godzina, doba
M asa (m)
.
gram kilogram, tonna = 1000 kg.
Prędkość (w) centym etr/sek. kilom etr / godzina, mila morska / godzina P rzyśpieszenie (a) cenlym etr/sek,2 przyśpieszenie ziem skie
Siła (F ) , dyna kilogram — 981000 dyn
tonna — 1000 kg.
Praca (/4) erg dżaul = 107 ergów —
1
„ kgm. = 0,102 kgm.
9,81 5
Moc (P ) erg/sek. watt == 1 dżaul/sek. ; kilo-
watt — 1000 w attów K. M. — 736 w attów K . M. ~ 75 kgm'sek.
elektryczny), energja prom ienista (promienie w eterze) i energja m agnetyczna (przyciąganie lub odpychanie się magnesów).
Energja kinetyczna i potencjalna. Każde ciało, posiadające pewien zasób energji tego lub innego rodzaju, może mieć ją w dwuch postaciach: energji kinetycznej czyli energji ruchu, przejaw iającej się w sposób widoczny i energji potencjalnej czyli energji położenia, przejawiającej się w sposób niewidoczny.
O bserw ując te dwie postacie energji zauważymy, że w większości wypadków ciała mają dążność do przekształcenia posiadanej energji potencjalnej w energję kinetyczną np. dążność energji elekrycznej naładow a
nego kondensatora do przebicia dielektryka.
Przy połączeniu przewodnikiem okładek kondensa
tora, energja potencjalna przekształci się w energję kinetyczną prądu elektrycznego, który popłynie po przewodniku łączącym okładki kondensatora.
Pouczającym przykładem przekształcania się energji kinetycznej w potencjalną i odw rotnie jest wahadło (kulka zawieszona na nitce rys. 2). Jeżeli odchylimy kulkę od położenia 1 do położenia 2, wykonawszy przytem pew ną pracę, nadajemy kulce pewien zasób energji. Energja ta w położeniu 2 kulki będzie w postaci potencjalnej. O ile teraz siła naszej ręki przestanie działać, kulka zacznie spadać, a jej energja potencjalna przekształca się stopniowo w energję kinetyczną i, gdy kulka osiągnie położenie 1, energja potencjalna zostanie całkowicie zamieniona w energję kinetyczną. W skutek bezwładności kulka nie zatrzyma się w położeniu 1, lecz przejdzie w położenie 3, prze
kształcając stopniowo energję kinetyczną w poten
cjalną. W położeniu 3 kulka posiada wyłącznie energję potencjalną, zacznie więc znowu spadać t. j. dążyć do położenia 1; w skutek bezwładności przejdzie
— 13 -
jednak przez położenie 1 aż do położenia 2 i t. d.
Ten ruch w ahadła trw ałby wiecznie, gdyby nie było tarcia nitki w punkcie zawieszenia i oporu powietrza, na pokonanie których zużywa się za każdem wahnięciem część energji kulki.
W rzeczywistości ruch kulki około punktu 1 będzie ruchem drgającym tłumionym czyli gasnącym (o ile rozpatryw ać małe wychylenia kulki).
Jeżeli w układzie spółrzędnych prostokątnych od
łożymy na osi odciętych czas zużyty przez kulkę na przebycie drogi od położenia 1 do 2, 2 — 1, 1 — 3, 3 — 1, i t. d., na osi rzędnych odpow iednie do chwili wielkości odchylenia' ( l ) kulki od położenia 1, odkładając przytem odchylenie kulki w lewą stronę w górę od osi odciętych, w praw ą — w dół, to g ra ficznie ruch drgający tłumiony kulki będzie się przed
stawiał, jak na rys. 3a. A nalogiczny wykres otrzym ali
byśmy zaopatrzywszy kulkę w ołówek i przesuwając pod nią papier w czasie jej wahania. Długość łuku 1 :— 2 pomiędzy największem wychyleniem, a położe- żeniem równowagi kulki nazywamy amplitudą, czas ( A L ) potrzebny, aby kulka przeszła od położenia 1 do położenia 2, a następnie przez położenie 1 do położenia 3 i wróciła ponownie do położenia 1 nazy
wamy okresem wahań.
Podczas całego trw ania ruchu drgającego gasną
cego kulki, wielkość amplitudy będzie stopniowo zmniej
szać się. W ielkość okresu jednakże pozostanie jed n a
kową, gdyż ze zmniejszeniem się drogi, przebytej przez kulkę, zmniejsza się i jej szybkość. Czas zaś przebycia drogi całkowitej od położenia 1 przez 2, 3 do 1 pozostaje niezmiennym.
Analogiczne zjawisko będziemy mieli z okresem drgań elektrycznych, w obwodach drgających gasną
cych w radjotechnice.
Gdybyśmy, wykonywując pewną pracę podczas ruchu w ahadłow ego, np. zapom ocą sprężyny, uzupeł
niali ciągle traconą na pokonanie oporu energję kulki, podtrzym ując w ten sposób jednakow e odchylenia jej od położenia 1 w obie strony, mielibyśmy ruch drgający niegasnący przedstaw iony graficznie na rys. 3b.
Stosunek dw óch sąsiednich wychyleń kulki w ruchu gasnącym jest wielkością stałą:
K L . M N P S
--- = --- = = constans.
A B K L M N
Stosunek ten charakteryzuje wielkość tłumienia ruchu drgającego i jest wielkością < 1; przy ruchu niegasnącym stosunek ten rów na się 1.
P rzek szta łcen ie energji. W powyższych przykła
dach z kondensatorem i wahadłem widzieliśmy p rze
kształcanie postaci energji, przyczem sam rodzaj energji nie ulegał zmianie. W praktyce spotykam y się często i z innem zjawiskiem, mianowicie przenoszeniem energji na odległość i przekształceniem jednego rodzaju energji w inny, do czego służą rozmaite maszyny; np.
w palenisku kotła energja chemiczna węgla zamienia się na energję cieplną pary wodnej, ta znowu w ma
szynie parowej zostaje przekształcona na energję me
chaniczną, dzięki której uzyskujemy w prądnicy energję elektryczną; ta ostatnia, przeniesiona przy pomocy przewodów do rozmaitych miejsc, ulega przemianie na energję mechaniczną (obrabiarki), świetlną (lampy), cieplną (grzejniki) i t. d, N aogół można powiedzieć, że wszystkie rodzaje energji mają dążność do przej
ścia w energję cieplną, a ta ostatnia do równomiernego rozdzielenia się, a następnie wypromieniowania.
,?;Zasada zachow ania energji. Jak wyjaśniliśmy po
wyżej energja może przechodzić z jednego rodzaju
— 15 —
w drugi, ale we wszystkich w ypadkach zachowuje się w układzie odosobnionym w niezmiennej ilości — jest niezniszczalna. Prawo zachowania energji możemy wypowiedzieć w następujący sposób:
Całkowity zasób energji w jakimkolwiek układzie ciał nie może ani zwiększyć się, ani zmniejszyć wsku
tek wzajemnych działań między częściami układu, może jednakowoż przybierać którąkolwiek z postaci w jakich energja się przejawia. Energja układu może zwiększyć się tylko kosztem energji otrzymanej z ze
wnątrz układu.
Ilekroć układ wydaje energję na zewnątrz, bądź to przez wykonanie pracy, przez wydanie ciepła, przez promieniowanie albo w jakikolwiekbądź inny sposób — zasób energji zawartej w nim zmniejsza się o wartość energji wydanej.
Układ m aterjalny, który nie zmienia się, nie wyczer
puje w ten czy ów sposób, nie może też wydawać z siebie energji, znaczy to, że energji nie można z niczego stworzyć czyli niemożliwem jest perpetuum m obile.
M echaniczny równow ażnik ciepła. Jak zaznaczy
liśmy uprzednio wszystkie rodzaje energji mają dążność do przekształcenia się w energję cieplną, przeto zachodzi często potrzeba wiedzieć, jaką ilość energji cieplnej wytworzy się w każdym poszczególnym wy
padku.
Na podstaw ie licznych doświadczeń stwierdzono, że 426,7 kgm., zamienione całkowicie w energję cieplną, wytworzą 1 kalorję kilogramową ciepła t. j. ilość potrzebną do podniesienia tem peratury 1 kg. wody o 1 °C , od 14,5 ° C do 15,5 °C . 426,7 kgm. nazywamy mechanicznym rów now ażnikiem ciepła. O dw rotnie,
do wytworzenia 1 kgm. mechanicznej pracy musimy 1
zużyć , _ ' _ Kai. ciepła. Ilość ta nazywa się ciepl- i
nym ró w n o w ażn ik iem p rac y .
Przy przekształceniu energji elektrycznej w energję cieplną obliczamy ilość otrzymanej energji cieplnej w małych kalorjach (0,001 Kai.), m nożąc pracę elek
tryczną, obliczoną w dżaulach, przez 0,24 t. j.:
1 dżaul — 0,24 kal. (kalorje gram owe),
1 kilow att—godz. = 860 Kal. (kalorje kilogramowe).
Z a d a n i a .
1. Jak ą prędkość nada siła 100 gramów, dzia
łająca przez 5 sekund, ciału o masie 50 gram ów ? Przyśpieszenie, które ma ciało pod wpływem dzia
łania tej siły:
a - F - == -0° '981 . - 1962 cm /sek.2
m 50
Prędkość ciała po upływie 5 sek.:
v = a t — .1962.5 = 9810 cm/sek.
2. W odospad dostarcza 90000 Itr/min. wody sp a
dającej z wysokości 5 m. Jak a jest dzielność w odo
sp ad u ?
P raca wykonana przez w odospad w przeciągu 1 min.:
a = F l ~ 90 0 0 0 .5 == 450000 kgm.
i • i i i n -A 450000
dzielność w odospadu: P - — <—= --- . = 100 K M . t 6 0 .7 5
. 3. Koń ciągnie z siłą 50 kg. wagon po torze kole- jowym h a . przestrzeni 1 kim. O bliczyć pracę wyko
lę* ■di.!?*<1 .tujj
naną przez konia przy przesuwaniu wagonu po torze kolejowym, jeżeli kierunek siły pociągowej konia tworzy z kierunkiem toru kolejowego kąt 60°.
Praca wykonana przez konia przy przesuwaniu wa
gonu po torze kolejowym:
A F I . cos 60° 5 0 .1 0 0 0 .0 ,5 == 25000 kgm.
Gdyby siła pociągowa konia była skierowana wzdłuż toru kolejowego, wówczas koń mógłby w ykonać pracę dwa razy większą:
A — F I — 50.1000 - 50000 kgm.
W obu w ypadkach siła pociągow a konia i wielkość przesunięcia wagonu będą jednakow e, lecz w wypadku kiedy kierunek siły tworzy z kierunkiem toru kolejo
wego kąt 60°, tylko połowa siły pociągowej konia będzie użytą do posuwania wagonu, druga połowa tej siły działa szkodliwie, starając się przesunąć wagon w kierunku prostopadłym do toru, co wywołuje dodatkow ą siłę tarcia kół wagonu o szyny kolejowe, na pokonanie której na drodze 1 kim. koń wykonuje bezużyteczną pracę:
A - F I - 2 5.100 0 — 25000 kgm.
4. Kamień, spadający z góry, dosięga ziemi 'z szyb
kością 49 m/sek. O bliczyć z jakiej wysokości kamień spada.
Czas, w przeciągu którego kamień spadał:
g 9,81
- W ysokość, z której kamień sapdał:
h £ łl - 9 , 8 1 ■ 25 122,625 m.
2 .2
5. Parowa maszyna o mocy 10 K. M., której spółczynnik wydajności jest 40°/o> służy do urucha
miania prądnicy, której spółczynnik wydajności jest 90°/0 . Ile ciepła otrzymamy wciągu 5 minut, jeżeli cała energja elektryczna dostarczana przez tę prądnicę przekształca się w ciep ło ?
Moc energji elektrycznej otrzymanej z p rą d n ic y : P 10 . 0,4 . 0,9 . 736 2649,6 dżaul/sek.
ilość ciepła otrzym ana wciągu 5 min.:
Q 0,24 . 2649,6 . 5 . 60 381542 kal.
6. O kreślić z powyższego zadania, ile ciepła wciągu pół godziny otrzymamy, jeżeli energję mechaniczną otrzym aną z maszyny parowej przekształcim y w ciepło?
Moc energji mechanicznej otrzym anej z maszyny parowej:
P • 10 . 0,4 . 75 300 kgm./sek.
Ilość ciepła otrzym ana wciągu pół godziny:
300 . 60 . 30 2529 Ka, 427
— 19 —
W następnych rozdziałach rozpatryw ać będziemy zjawiska elektryczne. Zjawiska te obejm ują dwa za
sadnicze działy:
a) elektrostatyka, która rozpatruje zjawiska ele
ktryczne zachodzące z elektrycznością znajdującą się na powierzchni ciał w stanie spoczynku.
b) elektrodynam ika, rozpatrująca zjawiska ele
ktryczne,^fzachodzące z elektrycznością znajdującą się w stanie ruchu.
2*
E lektryzow anie przez tarcie. Starożytni G recy zauważyli, że bursztyn potarty o wełnianą m aterję posiada zdolność przyciągania do siebie ciał lekkich.
Późniejsze badania wykazały, że wszystkie ciała naby
wają tej własności po potarciu, o ile tylko dośw iad
czenie przeprow adzać w przyjaznych do tego w arun
kach. Przy pocieraniu zużywamy pew ną ilość energji m echanicznej, która zostaje zamieniona na energję elektryczną (od greckiego elektron — bursztyn), prze
jawiającą się w zdolności do wykonania pracy przez ciało naelektryzow ane.
Złe i dobre przewodniki. Początkow e badania nad zjawiskami elektrycznemi doprowadziły do błędnego wniosku, że nie wszystkie ciała można elektryzow ać przez tarcie; np. kaw ałek rurki mosiężnej potartej o jedw ab nie wykazuje żadnych własności elektrycz
nych. Jednakże i w tym wypadku na rurce powstaje elektryczność, lecz odrazu spływa przez rękę i ciało do ziemi. Przekonać się o tern możemy, osadzając rurkę na szklanym trzonku: po potarciu o jedw ab będzie ona przyciągała lekkie ciała tak samo jak bursztyn. Możemy więc wszystkie ciała podzielić na dwie zasadnicze grupy: takie, które zatrzym ują elek
tryczność tylko w miejscu potartem i takie, na
których elektryczność rozchodzi się po całej ich \ powierzchni. Pierwsze nazwano złem i przew odni
kami, izolatoram i lub dielektrykam i, drucie —• do- bremi przewodnikam i. Do dobrych przewodników zaliczamy metale, węgiel, roztw ory kwasów, soli, zie
mię wilgotną, ciała organiczne i wodę zwykłą. Złemi przewodnikami albo izolatorami są: szkło, lak, siarka, ebonit, parafina, stearyna, jedw ab, suche powietrze i chemicznie czysta woda. D obre przewodniki służą do przewodzenia względnie do grom adzenia na nich elektryczności, złe do odosabniania elektryczności, znajdującej się na powierzchniach dobrych przew od
ników. Drzewo należy do półprzewodników i jest tym gorszym przewodnikiem im jest suchsze.
E lektryzow anie przez zetkn ięcie. Jeżeli zetkniemy dwa ciała dobrze przew odzące elektryczność, jedno będące w stanie* elektrycznie neutralnym , a drugie naelektryzow ane, w tedy elektryczność rozdzieli się pomiędzy te ciała w stosunku zależnym od ich po
wierzchni; po rozłączeniu ich okaże się, że jedno zyskało pewną ilość elektryczności, a drugie część jej utraciło we wszystkich punktach swej powierzchni.
Gdy ciała nie są przewodnikami, przybytek i strata elektryczności nastąpi tylko w punktach zetknięcia.
Dw a rodzaje elektryczności. Ja k wykazały liczne doświadczenia istnieje elektryczność dwóch rodzai, p o
w stająca na szkle potartem amalgam owaną skórą, na
zwana dodatnią (+ ), oraz elektryczność, którą zyskuje żywica potarta o wełnianą m aterję — nazwana ujemną (—). Przy wzbudzaniu elektryczności przez tarcie, elektryzują się jednocześnie oba ciała, przy- czem jedno zyskuje elektryczność dodatnią, drugie rów ną jej ilość elektryczności ujemnej. Możemy się o tern przekonać przez ponowne zetknięcie obu ciał;
— 21 —
wówczas ich elektryczności neutralizują się i ciała nie wykażą żadnego stanu naelektryzowania. Z zjawiska tego wynika jednocześnie prawo dodaw ania ele
ktryczności.
Pierwszą teorję zjawisk elektrycznych podał Benja
min Franklin, W edług niej w każdem ciele' obojętnem elektrycznie znajduje się pew na normalna ilość płynu elektrycznego nieważkiego, którego cząstki odpychają się wzajemnie. Oddziaływanie dwóch ciał, naelektry- zowanych normalnie, nie przejawia się nazewnątrz, albowiem równe co do natężenia, a przeciwnie skie
rowane działania materji i związanego z nią płynu elektrycznego znoszą się wzajemnie. Dopiero gdy przy potarciu dwóch różnorodnych ciał nastąpi p rze
pływ płynu elektrycznego z jednego ciała do dru
giego, a więc gdy jedno z nich będzie posiadać go ponad normę, drugie — poniżej normy, działanie to stanie się widoczne. W edług nowych poglądów co do istoty elektryczności, każdy atom materji składa się z jądra, obdarzonego elektrycznością dodatnią i jednego lub kilku elektronów ujemnych, krążących dokoła niego, w sposób przypom inający układ sło
neczny. Ilości elektryczności dodatniej i ujemnej w atomie obojętnym są w takim stosunku, by nie wykazywał on nazew nątrz żadnego działania elektrycz
nego. Dodanie względnie odjęcie pewnej ilości elek
tronów wywołuje stan naelektryzow ania atomu.
W przew odnikach elektrycznych elektrony są swo
bodne, jakby poodryw ane od jąder atomów; w nie- przewodnikach elektrony są ściśle związane z jądrami i z trudnością dają się oddzielić, wywołując efekt świetlny w postaci iskry. W zbudzenie elektryczności nie polega na wykorzystaniu zjawiska tarcia, lecz na zbliżeniu do siebie dwóch ciał różnorodnych, przez co umożliwia się siłom spójniowym, różnym w różnych ciałach, działanie z bliższych odległości. Pod wpływem
— 23 —
tych sił następuje, z jednej strony oderwanie, z dru
giej związanie elektronów . Istniały dwie teorje elek
tryczności: unistyczna, uznająca tylko elektryczność ujemną i dualistyczna, oparta na istnieniu elektrycz
ności obu znaków. Zasadniczo jest to jedno i to samo i, można powiedzieć, że przyjąwszy jako jednostkę elektryczności elektron ujemny, będziemy mieli elek
tryczność związaną z małemi masami — elektronam i, i nieobecność jej związaną z dużemi masami — jądrami atomów. W arto zaznaczyć, że przy pomocy elektro
nów tłumaczą się wszystkie zjawiska elektryczne.
Przyciąganie i odpychanie ciał naelektryzow anych.
Dzięki energji elektrycznej posiadanej przez ciała na- elektryzow ane, jak już widzieliśmy, są one w stanie przyciągać lekkie ciała. Prócz tego, zależnie od ro
dzajów elektryczności, któremi są te ciała naelektryzo- wane, możemy obserwować, że ciała naelektryzow ane elektrycznością jednego rodzaju czyli jednoim iennie wzajemnie się odpychają, naelektryzow ane elektrycz
nością różnych rodzajów czyli różnoim iennie wza
jemnie się przyciągają.
W yżej wymienione własności ciał naelektryzow anych możemy sprawdzić zapomocą wahadła elektrycznego, elektroskopu lub elektrom etru, które jednocześnie służą do wykrycia stanu naelektryzow ania ciał.
W ahadło elektryczne składa się z jednej lub dwuch m ałych kulek bzowych (dobrych przewodników), za
wieszonych na nitkach jedw abnych (izolatorach), jak pokazano na rys. 4.
O ile laskę szklaną, potartą o skórę, zbliżymy do kulki bzowej A , to kulka, przyciągana do naelektry- zowanej dodatnio laski, wyjdzie z położenia 1 i przej
dzie do położenia 2, w którym zetknie się z laską.
Dzięki temu kulka naelektryzuje się elektrycznością
tego samego znaku i odepchnie się od laski do poło
żenia 3. Po usunięciu laski, naelektryzow ana dodatnio kulka wróci ponownie do położenia 1 (rys. 4a).
Jeżeli teraz laskę ebonitową, potartą o wełnę lub futro, zbliżymy do drugiej kulki bzowej B, to po
w tórzą się kolejno te same zjawiska co z kulką A ; w tym wypadku kulka B zostanie naelektryzow ana ładunkiem ujemnym. O bie kulki A i B, naelektryzo
wane różnoimiennie, zbliżone do siebie na niewielką odległość będą się przyciągać wzajemnie (rys. 4b), naelektryzow ane jednoimiennie będą się odpychać (rys. 4c).
Elektroskop (rys. 5) składa się ze szklanej bańki i osadzonego w jej szyjce, zapomocą korka, pręta m etalowego zakończonego kulką. Do jednego końca p ręta przym ocowane są dwa lekkie listki z dobrego przew odnika (aluminjum lub odpowiednio sp reparo
wana bibułka). Elektryczność, udzielona kulce przez zetknięcie z naelektryzowanem ciałem, rozejdzie się po powierzchni kulki, pręta i listków, w skutek czego te ostatnie, naładow ane jednoimiennie, odepchną się.
Jeżeli nie wiemy jakiego rodzaju elektryczność posiada naelektryzow ane ciało to, chcąc się o .tern przekonać, postępujem y w następujący sposób:
Dotykam y najpierw kulkę elektroskopu ciałem, k tó rego rodzaj elektryczności chcem y poznać, nastąpi wówczas rozchylenie listk ó w ; następnie udzielamy elektroskopow i elektryczności wiadomego znaku np.
dodatniej, dotykając kulkę prętem szklanym potartym o w ełnę; zwiększenie rozchylenia listków dowodzi, że badane ciało posiada elektryczność dodatnią, zmniej
szenie — że ujemną. Zapomocą elektroskopu możemy także przekonać się, że elektryczności pow stające przy pocieraniu o siebie dwóch ciał są ilościowo równe, a co do znaków — przeciwne. W tym celu
