Спираль Роже - автоколебательная система

Эта автоколебательная система была открыта выдающимся британским учёным Петром Марком Роже (1779-1869). Он занимался различными научными исследованиями и экспериментами, и в частности проводил исследования в области электричества и магнетизма. Роже показал, что между двумя параллельными проводниками, в которых ток течёт в одном направлении, возникают силы магнитного притяжения. Для демонстрации этого эффекта им была разработана простейшая установка на основе проволочной спирали, погружного контакта и источника тока.

Рассмотрим эту установку (см. рисунок). Основой её является спираль, сделанная из медной проволоки. Верхний конец спирали закреплён в штативе, а к нижнему прикреплён контакт в виде шарика, сделанного из металла. В состоянии покоя шарик наполовину погружён в ртуть, налитую в ёмкость.

Источник питания одним выводом подключается к верхнему концу спирали, а другим - к ёмкости со ртутью.

При отсутствии в цепи тока ртутный контакт замкнут. В начальный момент подключения к цепи источника питания по виткам спирали начинает течь ток. Между двумя ближайшими витками спирали возникает взаимное магнитное притяжение, так как токи в этих витках протекают в одном направлении, спираль начинает сжиматься, в результате чего ртутный контакт выходит из ёмкости со ртутью, и ток в цепи прекращает течь.

С прекращением действия тока прекращается и магнитное притяжение между витками спирали. В результате под действием собственного веса спираль разжимается, контакт восстанавливается и процесс повторяется - в системе возникают автоколебания, которые поддерживаются неограничено долго, пока в систему подано питание - возникает так называемая автоколебательная система.

Что такое "автоколебательная система"? Это такая система, в которой под действием постоянной внешней силы возникают самоподдерживающиеся незатухающие колебания. В данном случае в качестве постоянной внешней силы используется постоянный ток.

Почему в установке применён ртутный контакт? Дело в том, что при больших токах обычная контактная пара типа метал-метал просто бы приварилась, а ртуть в контакте действует как самовосстанавливающийся электрод. Естественно, при работе установки ртуть частично испаряется, так что в помещении проводить такого рода эксперименты не следует - пары ртути крайне ядовиты!. Вместо ртути можно попытаться использовать солевой электролит, но следует учитывать, что в нём будет происходить электролиз и контакты будут растворяться.

Так же можно попробовать использовать графитовый электрод, соединённый со спиралью, и касающийся медной пластины. В этом случае графит будет сильно нагреваться во время касания медной пластины, но спекания электродов наблюдаться не будет.

Такую автоколебательную систему можно собрать, используя медный провод диаметром 0,8 мм, намотав им спираль с диаметром 20 мм и длиной 660 мм. Количество витков должно быть как можно больше (но между витками необходимо оставить пустое пространство), так что вполне хватит, например, 120 витков. Установка питается от автомобильного аккумулятора, параллельно которому подключён электролитический конденсатор большой ёмкости, обеспечивающий сильный ток в импульсе. Контакт - ртутный. При использовании других типов контактов понадобится более сильный источник тока.