Рожанский Д.А. в Геттингене

Обстановка, в которую попал Д.А. Рожанский в Геттингене, не могла не произвести сильного впечатления на молодого физика. Уже во время его первой поездки в Германию он стал свидетелем кипучей деятельности Г. Зимона по строительству здания Института прикладного электричества , которое было закончено к концу 1905 г.

Для молодого физика, помимо лабораторной базы, большое значение имел и стиль ведения исследовательской деятельности. Он, конечно же, во многом определялся руководителем Института, Г. Зимоном .

Напомним, что, при подготовке издания " Курса физики " в 1914 г. Хвольсон Орест Даниилович попросил Д.А. Рожанского "составить" главу, посвященную вольтовой дуге и искре, считая, видимо, его наиболее авторитетным специалистом в этой области. Дмитрий Апполинариевич с большой тщательностью выполнил это поручение и в подготовленной главе отдал должное работам своего научного руководителя - Г. Зимона. В частности, практически весь параграф 7 этой главы, озаглавленный "Говорящая и поющая дуга", посвящен исследованиям Г. Зимона. Позволим себе привести обширную цитату, поскольку, с одной стороны, она дает представление о методах исследования и подходах, характерных для немецкого физика, а с другой -поможет понять происхождение первых работ Д.А. Рожанского.

"Всякие внезапные изменения напряжения и силы тока в дуге изменяют объем паров между электродами и могут вызывать звуковые явления, например, шипение, которое наблюдается при больших силах тока и сильном сгорании электродов и сопровождается неправильными колебаниями силы тока. Если сделать эти колебания периодическими, то может возникнуть более или менее чистый тон.

Это свойство дуги Simon использовал в 1897 г. для устройства говорящей дуги, передающей музыкальные звуки и человеческую Речь, если на постоянный ток, питающий дугу, накладываются соответственной частоты переменные токи, возбуждаемые при помощи микрофона, воспринимающего звуковые волны. Наиболее удобной, по мнению Simon'a является следующая схема.  Батарея или другой источник тока, питающего дугу, присоединяется к ней через сопротивления, состоящие из реостатов и катушек с железными сердениками с большим коэффициентом самоиндукции (первичная обмотка небольшого трансформатора). Параллельно к этим сопротивлениям присоединяется микрофон, через который идет ток, ответвляющийся из основной цепи. Периодические колебания мембраны микрофона вызывают быстрые колебания тока, которые через конденсатор (5- 10 микрофарад) или непосредственно по цепи (конденсатор может быть опущен) достигают дуги и накладываются на постоянный ток, даваемый батареей. Рекомендуется пользоваться углями с фитилем, пропитанным солями, и напряжением не меньше 100 вольт. Сила тока берется в 10-20 ампер, а дуга по возможности длинная. При помощи подобной же схемы можно пользоваться дугой для воспринимания звуков и передачи их в телефон" [ Хвольсон, 1923, т. 5, с. 822].

Понятно, почему, оказавшись в Геттингене, начинающий исследователь выбирает в качестве темы исследование искрового разряда и электрической дуги. Эти исследования поначалу носили теоретический характер. В частности, первая опубликованная Д.А. Рожанским на эту тему работа называлась "К теории поющей дуги" [ Рожанский, 1906a ]. В ней рассматриваются условия стационарного существования поющей дуги и ее погашения.

Вторая работа этого цикла еще более тесно связана с работами Г. Зимона. Она написана годом позже (1907) и называется "Дуга переменного тока и искровой разряд" [ Рожанский, 1907 ]. В методическом отношений она отличается от первой публикации тем, что после теоретического введения в разделе III дается описание экспериментов, проведенных Д.А. Рожанским в Геттингене:

"По предложению проф. Симона мною была начата в Геттингенском Институте прикладного электричества экспериментальная работа, имеющая целью изучить рассматриваемое нами явление с точки зрения вышеизложенной теории. (.. 15 Н.Т. Simon. Phys. Zeit. 1905. Vol. 6, p. 304.)

Метод, применявшийся в этом исследовании, -тот же самый, каким пользовался Симон для исследования дуги переменного тока. Брауновская трубка, с внутренними электродами для электростатического отклонения катодного пучка, дает возможность подвергнуть последний одновременному действию с одной стороны напряжения на электродах искры, и с другой - электромагнитного поля, создаваемого катушками, введенными последовательно в цепь, в которой происходит колебательный разряд. Тогда на экране Брауновской трубки мы получаем кривую, выражающую зависимость между напряжением на электродах и силой тока в искре, если, конечно, электрическое и электромагнитное поля действуют в направлениях взаимно перпендикулярных.

В этом виде оказалось возможным пользоваться Брауновской трубкой только для коротких искр, т.к. при больших искровых потенциалах между электродами, создающими электрическое поле внутри трубки, происходит энергичный искровой разряд, совершенно маскирующий изучаемое явление. Поэтому увеличивать длину искры далее двух миллиметров оказалось невозможным.

Зависимость между напряжением и силой тока в искре, как она обнаруживается на кривых, получаемых на экране, весьма сильно напоминает подобные же кривые для дуги переменного тока между углями. Вследствие убывания амплитуды тока получается несколько кривых, входящих одна в другую. Такого именно типа кривые получаются, если графически изобразить зависимость между силой тока и напряжением, даваемую уравнением.

При изменении емкости и самоиндукции, кривые смещаются по направлению оси ординат очень мало, что означает, согласно вышесказанному, уменьшение сопротивления искры при возрастании амплитуды тока, так как сопротивление обратно пропорционально амплитуде тока" [ Рожанский, 1907 с. 175-176].

Выводы, к которым пришел Д.А. Рожанский, заключаются в том, что "Симоновская теория дуги переменного тока в некоторых специальных случаях может быть развита математически, и результаты ее выражены конечными формулами. Упрощения, которые приходится при этом вводить в теорию, не влияют существенно на характер результатов, которые с качественной стороны находятся в полном соответствии с данными опыта, т.е. теоретическая форма динамических характеристик вполне отвечает их реальному виду" [ Рожанский, 1907 , с. 176-177]. Из приведенных фрагментов видно стремление молодого исследователя, с одной стороны, к построению количественной теории явления, а с другой - к ее проверке экспериментом. Это станет впоследствии характерной особенностью научного стиля Д.А. Рожанского.

Однако, если бы работы Д.А. Рожанского сводились бы к уточнению вольтамперной характеристики искрового или дугового разрядов, то вряд ли их можно было бы рассматривать как основу будущей радиофизики. Начальные, во многом уточняющие исследования Г. Зимона работы Дмитрия Апполинариевича привели его к проблеме влияния искры на колебательный разряд конденсатора. Эта проблема, представляющаяся, на первый взгляд, очень частной, в действительности была тесно увязана с изучением колебательных процессов в электрических цепях в целом, а это - прямой путь к радиофизическим методам.

Опубликовав несколько статей на тему о влиянии искры на процессы в электрических цепях, некоторые из которых в методическом плане заслуживают особого внимания и будут рассмотрены ниже, в 1911 г. Д.А. Рожанский обобщает свои исследования в диссертации "Влияние искры на колебательный разряд конденсатора", которую публикует в виде большой работы (185 страниц!) в "Известиях Электротехнического института" [ Рожанский, 1911a ].

Ссылки: