С другой стороны, величина 𝑝𝑈-𝑞𝑉 непрерывно увеличивается, так что, сколь бы мало величина 𝑝𝑈 ни отличалась вначале от 𝑞𝑉 в ту или иную сторону, эта разность будет расти по закону геометрической прогрессии с каждым оборотом, пока электродвижущие силы не станут столь большими, что изоляция прибора не выдержит.

Приборы такого типа могут быть использованы для различных целей:

Для достаточной подачи электричества при высоком потенциале, как это делается с помощью большой машины г-на Варлея.

Для регулирования заряда в конденсаторе, как, например, в случае Томсоновского электрометра, заряд которого может быть увеличен или уменьшён с помощью нескольких оборотов очень маленькой машины такого рода, называемой Пополнителем (Replenisher).

Для умножения малых разностей потенциала. Сначала индукторы могут быть заряжены до крайне малого потенциала, например, от термоэлектрической пары. Затем путём вращения машины эта разность потенциалов может непрерывно умножаться, пока она не станет достаточной для измерения обычным электрометром. Определяя на опыте коэффициент увеличения разности потенциалов при каждом обороте машины и зная число оборотов и конечную электризацию, можно определить первоначальную электродвижущую силу, с помощью которой были заряжены индукторы.

Большинство этих приборов сделано так, что носители обращаются вокруг оси и при вращении приходят в должное положение относительно индукторов. Соединения осуществляются с помощью пружин, расположенных таким образом, что носители приходят с ними в контакт в нужные моменты времени.

211. Сэр У. Томсон ³ построил, однако, машину для умножения электрических зарядов, в которой носителями служат капли воды, падающие в изолированный приёмник из неизолированного сосуда, помещённого внутри индуктора, но не соприкасающегося с ним. Таким образом, приёмник непрерывно получает электричество противоположного знака по отношению к индуктору. Если индуктор электризован положительно, приёмник будет получать непрерывно возрастающее количество отрицательного электричества.

³Proc. R. S., June 20, 1867.

Вода выходит из приёмника через воронку, носик которой почти окружён металлом приёмника. Поэтому капли, падающие из этого носика, почти свободны от электризации. Другие индуктор и приёмник той же самой конструкции расположены так, что индуктор одной системы находится в соединении с приёмником другой системы. Поэтому возрастание заряда на приёмнике уже не является постоянным, а растёт со временем по закону геометрической прогрессии, причём заряды двух приёмников имеют противоположные знаки. Это возрастание происходит до тех пор, пока падающие капли не начинают под действием электрических сил отклоняться от своего пути настолько, что они падают мимо приёмника или даже ударяются об индуктор.

В этом приборе энергия электризации образуется за счёт энергии падающих капель.

212. Построено несколько других электрических машин, в которых используется принцип электрической индукции. Наиболее замечательной из них является машина Гольтца (Holtz), в которой носитель представляет собой стеклянную пластину, покрытую шеллачным лаком, а индукторами являются куски картона. Для того чтобы между частями прибора не проскакивали искры, имеются две стеклянные пластины, по одной с каждой стороны от вращающейся пластины носителя. Эта машина оказалась очень эффективной и мало подверженной влиянию атмосферных условий. Принцип действия является тем же самым, что и у вращающегося удвоителя и других приборов, основанных на той же самой идее, но, поскольку носитель представляет собой пластину изолятора, а индукторами служат несовершенные проводники, полное объяснение её действия оказывается более трудным делом, чем в том случае, когда носители являются хорошими проводниками известной формы и они заряжаются или разряжаются в определённых точках.

213. В уже описанных электрических машинах возникают искры каждый раз, как носитель и индуктор приходят в контакт, находясь при различных потенциалах.

Но мы показали, что каждый раз при этом происходит потеря энергии, и поэтому полная работа, затраченная на вращение машины, не переходит в полезную электризацию, но часть теряется на тепло и на шум от электрической искры.

Поэтому я считал желательным показать, как можно построить такую электрическую машину, которая не имела бы таких потерь производительности. Я не предлагаю пригодную форму машины, а рассматриваю пример такого метода, с помощью которого можно применить устройство, которое в тепловых машинах называют регенератором, и тем предотвратить потерю работы.

Рис. 18

Пусть на рис. 18 буквы 𝐴, 𝐵, 𝐶 и 𝐴', 𝐵', 𝐴' обозначают пустотелые закреплённые проводники, расположенные таким образом, что носитель движется последовательно внутри каждого из них. Из этих проводников пусть 𝐴, 𝐴' и 𝐵, 𝐵' почти полностью окружают носитель, когда тот находится в середине своего прохождения, а проводники 𝐶 и 𝐶' окружают носитель не столь полно.

Предположим, что 𝐴, 𝐵, 𝐶 соединены с лейденской банкой большой ёмкости, имеющей потенциал 𝑉, а 𝐴', 𝐵', 𝐴' соединены с другой банкой, имеющей потенциал -𝑉.

Пусть 𝑃 - один из носителей, движущийся по кругу от 𝐴 к 𝐶 и т. д. и приходящий на своём пути в соприкосновение с определёнными пружинами, из которых 𝑎 и 𝑎' соединены соответственно с 𝐴 и 𝐴', а 𝑐 и 𝑐' соединены с Землёй.

Предположим, что, когда носитель 𝑃 находится в середине 𝐴, коэффициент индукции между 𝑃 и 𝐴 равен -𝐴. Ёмкость носителя 𝑃 в этом положении оказывается больше, чем 𝐴, потому что он не полностью окружён приёмником 𝐴. Пусть ёмкость 𝑃 равна 𝐴+𝑎.

Тогда, если потенциал 𝑃 равен 𝑈, а потенциал 𝐴 равен 𝑉 заряд на 𝑃 будет равен (𝐴+𝑎)𝑈-𝐴𝑉.

Пусть теперь 𝑃, находясь в середине приёмника 𝐴, касается пружины 𝑎. Тогда потенциал 𝑃 равен 𝑉 такой же, как и потенциал 𝐴, поэтому заряд 𝑃 равен 𝑎𝑉.

Если теперь носитель 𝑃 покидает пружину 𝑎, он уносит с собой заряд 𝑎𝑉. Когда носитель 𝑃 покидает 𝐴, его потенциал уменьшается, и потенциал ещё больше уменьшается, когда 𝑃 попадает под воздействие проводника 𝐶', который электризован отрицательно.

Если в то время, когда носитель 𝑃 входит в 𝐶', его коэффициент индукции по отношению к 𝐶' равен -𝐶', а его ёмкость равна 𝐶'+𝑐' тогда, если потенциал 𝑃 равен 𝑈, заряд на 𝑃 равен (𝐶'+𝑐')𝑈+𝐶'𝑉'=𝑎𝑉. Если 𝐶'𝑉'=𝑎𝑉 то в этой точке потенциал 𝑃 обращается в нуль.

Пусть 𝑃 в этой точке приходит в контакт с пружиной 𝑒', которая соединена с Землёй. Поскольку потенциал 𝑃 равен потенциалу пружины, при замыкании контакта искра не возникает.

Этот проводник 𝐶', с помощью которого носитель 𝑃 имеет возможность соединяться с Землёй без искры, соответствует устройству, которое в тепловых машинах называется регенератором. Поэтому мы будем называть его Регенератором.

Пусть теперь 𝑃 движется дальше, находясь ещё в контакте с заземляющей пружиной 𝑒', пока он не входит в середину индуктора 𝐵, потенциал которого равен 𝑉. Если -𝐵 есть коэффициент индукции между 𝑃 и 𝐵 для этой точки, то, поскольку 𝑈=0, заряд на 𝑃 будет равен -𝐵𝑉.

Когда носитель 𝑃 отходит от заземлённой пружины, он уносит с собой этот заряд. По мере того как он движется из положительного индуктора 𝐵 по направлению к отрицательному приёмнику 𝐴' его потенциал становится отрицательным и возрастает по величине. В середине 𝐴', если бы он сохранил свой заряд, его потенциал был бы равен (-𝐴'𝑉'+𝐵𝑈)/(𝐴'+𝑎), и если 𝐵𝑉 больше, чем 𝑎'𝑉', численное значение потенциала будет больше, чем значение 𝑉'. Таким образом, перед тем, как 𝑃 дойдёт до середины 𝐴', существует некоторая точка, в которой его потенциал равен -𝑉'. Пусть в этой точке носитель вступает в контакт с отрицательной приёмной пружиной 𝑎'. Искры не возникает, поскольку оба тела находятся при одном и том же потенциале. Пусть 𝑃 движется дальше до середины 𝐴', всё ещё находясь в контакте с пружиной и поэтому имея тот же самый потенциал, что и 𝐴'. Во время этого движения 𝑃 передаёт 𝐴' отрицательный заряд. В середине 𝐴' носитель 𝑃 отходит от пружины и уносит заряд -𝑎'𝑉' по направлению к положительному регенератору 𝐶, где его потенциал уменьшается до нуля, и он вступает в контакт с заземлённой пружиной 𝑒. Затем он скользит вдоль заземлённой пружины и переходит в отрицательный индуктор 𝐵', причём за время этого движения он приобретает положительный заряд 𝐵'𝑉' который, наконец, передаёт в положительный приёмник 𝐴, и после этого цикл операций повторяется.