Создание приборов, предназначенные для количественного изучения электрических явлений

15 августа 1744 г. Л.Эйлера отправил в Академию наук письмо с приглашением принять участие в конкурсе Берлинской академии наук на решение задачи о причине электрических явлений. Письмо было рассмотрено на заседании академического собрания и было принято решение «...произвести также и здесь исследования над явлениями электричества и тщательно изучить все сочинения, написанные по этому предмету, а те, которых нет здесь, как можно скорее добыть». Это новое направление возглавил Г.Рихман. Он очень внимательно изучил все труды по этому вопросу, после чего решил особое внимание уделить методике и технике эксперимента. Так как опытов по электричеству до него в академии никто не проводил, не было и необходимых приборов и материалов. Пришлось приобретать их самому, а кое-что и изготавливать. Поэтому он решает сначала создать прибор, с помощью которого можно было бы измерять электрические заряды, создаваемые на телах при электризации трением, и изобретает «указатель электричества»

Это устройство представляло собой вертикальную металлическую линейку (длиной около 52 см и массой около 615 г), к которой подводился электрический заряд от электростатической машины. К верхнему концу линейки прикреплялась льняная нить (длиной около 61 см и массой около 45 мг). Как только металлической линейке передавался электрический заряд, льняная нить отталкивалась от нее и отклонялась на некоторый угол в зависимости от величины заряда. Угол отклонения измерялся на деревянном квадранте с дуговой шкалой, разделенной на градусы. Для более точных измерений каждый градус был разделен на четыре равные части. В целях устранения контакта льняной нити с квадрантом (во избежание частичной утечки заряда) конец этой нити был удален от него на одну линию (2,5 мм). Для измерения «электрической силы» ученый решил использовать и весы (рис. 2). В целях изоляции весы подвешивались на шелковом шнуре, для устойчивости при помощи щипцов соединялись с деревянной подставкой и уравновешивались грузом, двигавшимся вдоль вертикальной линейки со шкалой. Конструкция позволяла довольно точно измерять расстояние между уравновешенными весами и расположенной под чашкой весов металлической пластиной. Пластина лежала на железных грузах, которые в целях изоляции опирались на смолу в деревянном коническом сосуде. Эти массивные железные грузы соединялись с электростатической машиной и при электризации притягивали чашку весов. Величина силы притяжения определялась по высоте подъема груза. Самый сильный полученный в экспериментах заряд поднял груз массой около 6 г на 5,1 см. Измерять величину заряда взвешиванием оказалось менее удобным, чем с помощью «указателя электричества». Но через полтора столетия идею Г.-В.Рихмана физики стали активно использовать для измерения разностей потенциалов. Сегодня на этом принципе основано устройство абсолютного электрометра. Продолжая свои конструкторские изыскания, Рихман решил для «определения интенсивности электрической силы» использовать электрический звонок. Этим методом он сумел проверить, «каким образом по быстроте звона можно распознавать наибольшую степень электричества». Между двумя колоколами помещался железный молоточек. Получив электрический заряд от электростатической машины, молоточек притягивался к колоколу и ударял по нему, производя звон. Разрядившись, он возвращался назад и снова электризовался, ударившись о другой колокол, соединенный с электростатической машиной. Частота и сила ударов молоточка полностью зависели от степени электризации. Таким образом, в Петербурге в 1745 г. было апробировано первое своеобразное автоматическое регистрирующее устройство. Оно позволяло без участия наблюдателя точно фиксировать не только время прохождения заряда по цепи, но и его величину. Ученый на протяжении ряда лет продолжал совершенствовать свой электрометр (рис. 3). Для большего удобства металлическую линейку он поставил в небольшой тонкостенный стеклянный сосуд с узким горлышком и заполнил этот сосуд «железными опилками, стружками любого металла или мельчайшими свинцовыми шариками». Чтобы линейку можно было прикладывать к любому наэлектризованному телу, к ее верхнему концу прикреплялась изогнутая металлическая пластина. К верхнему концу линейки прикреплялась и тонкая льняная нить. Стеклянный сосуд на половину своей высоты помещался в металлический сосуд с ручкой, на которой была укреплена деревянная дуга, разделенная на 170°. Для сравнения величины электрических зарядов, по замыслу Рихмана, необходимо было иметь еще или точно такой же электрометр.Проведя многочисленные эксперименты, ученый пришел к выводу, что электрический заряд на электрометре со временем убывает.