ТЕСЛА ОТВЕЧАЕТ Д-РУ ЛУИСУ ДУНКАНУ И ОБЪЯСНЯЕТ ДЕЙСТВИЕ МОТОРА ПЕРЕМЕННОГО ТОКА 8 страница
Когда мы действуем таким способом, соотношение преобразования не должна быть слишком большим, так как потери в дуге возрастают пропорционально квадрату силы тока, а если банку разряжать через толстые и короткие проводники, чтобы получить очень быстрые колебания, значительная часть энергии теряется. С другой стороны, низкие скорости непрактичны по многим очевидным причинам.
Так как преобразованные токи текут по замкнутому контуру, электростатические эффекты обязательно малы и, следовательно, я преобразую их в токи и эффекты необходимого характера. Предпочтительная схема подключения показана на рисунке 31. Способ работы делает возможным при помощи небольших и дешевых устройств получать огромную разность потенциалов, которую ранее получали при помощи больших и дорогих катушек. Для этого надо взять обычную маленькую катушку, соединить ее с конденсатором и разрядным контуром, которая образует первичную обмотку дополнительной маленькой катушки, и преобразовывать в большую сторону. Так как индуктивность первичных цепей очень мала, вторичная обмотка не должна иметь много витков. При соответствующем выборе элементов, можно получить замечательные результаты.
В своих попытках получить необходимые электростатические эффекты таким образом я столкнулся со многими трудностями, которые постепенно преодолевал, но в данный момент я не готов к рассказу о своих изысканиях.
|
|
|
Полагаю, разряд конденсатора с помощью разрядника будет иметь в будущем большое значение. Ибо он предлагает огромные возможности не только для освещения теоретически, но и для других областей.
Многие годы изобретатели работали над проблемой получения электроэнергии при помощи термоэлемента. Было бы оскорбительно полагать, что лишь немногие знают, в чем проблема термоэлемента. Это не КПД или малая мощность — хотя и это серьезные недостатки, — но то, что у термоэлемента есть своя «филлоксера», т. е. при постоянном использовании он ухудшается, именно это и не позволяет использовать его в промышленном масштабе. Теперь, когда современные исследования, кажется, указали определенно на необходимость использования электричества высокого напряжения, многие должны задаться вопросом, можно ли практичным способом получать эту форму энергии из тепла. Мы привыкли смотреть на электростатическую машину как на игрушку, и так или иначе связываем ее с чем-то непрактичным и неэффективным. Но пришла пора начать мыслить по-иному, ибо теперь мы знаем, что везде вынуждены сталкиваться с теми же силами, и что заставить их работать нам во благо — только вопрос изобретения надлежащих устройств.
|
|
|
В существующих системах распределения электричества применение железа с его удивительными магнитными свойствами позволило нам значительно уменьшить габариты аппаратов, хотя они всё равно слишком громоздки. Чем дальше мы продвигаемся в изучении электричества и магнетизма, тем больше убеждаемся в том, что современным методам не суждена долгая жизнь. По крайней мере для производства света такая тяжеловесная аппаратура не нужна. Требуется небольшое количество энергии, и если свет можно получать так же эффективно, как показывает теория, устройства должны быть маломощными. Если предположить, что методы освещения в будущем будут подразумевать применение высокого напряжения, то желательно создать устройство, способное преобразовывать энергию тепла в энергию нужной формы. Не стоит говорить о том, что сделано в этом направлении, так как мысль о том, что электричество напряжением около 50 000 вольт или 100 000 вольт или более того, даже если его удастся получить, не будет полезно для практического применения, отвратила исследователей от работы в этом направлении.
На рисунке 30 показана схема подключения устройства, необходимого для преобразования токов высокого в токи низкого напряжения при помощи разрядника и конденсатора. Эта схема часто использовалась мной для подключения нескольких ламп накаливания в лаборатории. Некоторые трудности были при работе с дугой разряда, которые я в основном преодолел; кроме этого и настройки машин, других проблем не было, и было легко работать с обычными лампами и даже моторами. При наличии заземления со всеми проводами можно было работать совершенно безопасно, даже имея высокое напряжение на выводах конденсатора. Во время этих опытов применялась катушка высокого напряжения, запитанная от аккумулятора или от генератора переменного тока, для зарядки конденсатора; но катушку можно заменить на другое приспособление, способное выдавать ток высокого напряжения. Таким образом, постоянный и переменный ток можно было преобразовывать, получая импульсы необходимой частоты. Когда токи, заряжающие конденсатор, имеют одно и то же направление, необходимо, чтобы и преобразованные токи также имели одно и то же направление, надо, естественно, так подобрать сопротивление разрядного контура, чтобы не было колебаний.
|
|
|
При работе с приборами по вышеописанной схеме я наблюдал любопытные явления, связанные с сопротивлением, которые интересно описать.
|
|
|
Например, если согнуть толстый медный брусок, как на рисунке 32, и за-шунтировать при помощи ламп накаливания, то при разряде конденсатора через выводы катушки лампы засветятся, хотя они и закорочены. Когда применяется большая катушка, на поверхности бруска легко получить узлы, которые обнаруживаются по степени яркости ламп, как показано на рисунке 32. Узлы никогда не имеют четких очертаний — они представляют собой лишь пики и моменты падения напряжения по длине бруска. Это можно объяснить неравномерностью дуги между контактами. В общем, когда применяется указанная схема преобразования высокого напряжения в низкое, поведение пробойного разряда можно пристально пронаблюдать. Узлы можно изучить при помощи обычного вольтметра Кардью, который должен быть хорошо изолирован. Трубки Гейсслера также могут светиться возле точек согнутого бруска; в этом случае, конечно, надо применять меньшие мощности. Я обнаружил, что в данном случае удобно зажигать лампу, и даже трубку Гейсслера, замкнутую коротким тяжелым куском металла, результат, на первый взгляд, кажется очень любопытным. Фактически, чем толще брусок (рисунок 32), тем лучше для опытов и результаты их поразительны. Когда используются лампы с длинной тонкой нитью, часто заметно, что нити время от времени резко вибрируют, это действие уменьшается возле узловых точек. Видимо, эти вибрации объясняются электростатическим действием между нитью и стеклом колбы.
В некоторых таких опытах надо применять особые лампы с прямой нитью, как на рисунке 33. Когда применяется такая нить, можно наблюдать еще более любопытное явление. Лампу можно поместить перпендикулярно медному бруску и зажечь; используя несколько большие мощности или, иными словами, меньшую частоту или меньшее импульсное сопротивление, нить можно довести до любого уровня накала. Но если сопротивление увеличить, можно достичь уровня, когда через уголь протекает слабый ток, а большая его часть протекает через разреженный газ; может быть, будет более правильным сказать, что равные доли тока протекают через обе среды, несмотря на большую разницу в сопротивлении, и это будет правильно, если только газ и нить не ведут себя по-иному. Затем было замечено, что вся колба ярко освещена и концы подводящих проводов светятся и даже искрят, хотя угольная нить остается темной. Это показано на рисунке 33. Вместо нити можно использовать отдельный провод, проходящий через всю колбу, и в этом случае явление кажется еще более интересным.
Из проведенных опытов ясно, что когда в них участвуют обычные лампы, запитанные от преобразователей, надо использовать такие лампы, где платиновые провода разведены далеко друг от друга, а частота тока невелика, иначе на концах нити или у основания лампы образуется разряд, и она может повредиться.
Представляя вашему вниманию результаты моих исследований по этому предмету, я остановился только вскользь на фактах, которые мог бы описывать очень долго, и среди моих наблюдений я выбрал только те, которые, как мне показалось, могли бы вас заинтересовать. Это поле деятельности очень широко и совсем не изучено, каждый шаг приоткрывает истину и новые факты.
Насколько результаты, полученные мной, применимы на практике, покажет будущее. Что касается производства света, некоторые результаты весьма обнадеживают и питают мою уверенность в том, что практическое решение проблем лежит в направлении, которое я попытался указать. Всё же, каковы бы ни были непосредственные результаты этих опытов, я надеюсь, что они будут только шагом в дальнейших изысканиях идеала и совершенства. Возможности, открываемые современными исследованиями, настолько широки, что даже скептики должны с радостью предвкушать будущее.
Рис. 33
Именитые ученые решают проблему использования одного типа излучения без применения других в устройствах, созданных для производства света при помощи преобразования одной из форм энергии в свет.
Такого результата нельзя добиться, ибо неважно, каков процесс производства необходимых колебаний: электрический, химический или иной, невозможно получить высокочастотные световые колебания без того, чтобы использовать низкочастотные тепловые колебания. Это — проблема придания телу определенной скорости без прохождения "через низкие скорости. Но есть возможность получения энергии не только в виде света, движущей силы и энергии любого другого вида в каком-то другом виде из окружающей среды. Придет время и всё это будет достигнуто, а сейчас настало время, когда можно произнести эти слова перед просвещенной аудиторией и тебя не сочтут глупым мечтателем. Мы вращаемся в бесконечном пространстве с невообразимой скоростью, всё вокруг нас вращается, всё движется, везде есть энергия. Должен быть способ получать эту энергию напрямую. Тогда, получив свет из окружающей среды, получив от него энергию, когда любой тип энергии добывается без усилий из источника неисчерпаемого, человечество пойдет вперед семимильными шагами. Одна только мысль об этих замечательных возможностях расширяет наше сознание, укрепляет надежду и наполняет сердца высшим ликованием.
3. Эксперименты с переменными токами высокого напряжения и высокой частоты[7]
Мне трудно подобрать слова, чтобы выразить, как я польщен тем, что мне представилась возможность выступить перед аудиторией, состоящей из передовых мыслителей современности, стольких выдающихся ученых, инженеров и электриков, живущих в стране, славной величайшими научными достижениями.
Результаты опытов, которые я имею честь представить перед таким собранием, я не могу назвать только своими. Есть среди вас многие, кто имеет право заявить больше прав, чем я, на все достижения, которые может содержать этот труд. Мне не нужно называть много имен, знакомых всему миру, имен тех среди вас, кто является лидером этой захватывающей науки, но одно имя я должен упомянуть — имя, которое нельзя не вспомнить во время такого события. Это имя связано с самым прекрасным открытием, когда-либо сделанным человеком: это имя Крукс!
Когда я еще посещал колледж, давным-давно, прочитал в переводе (ибо тогда я еще не был знаком с вашим великолепным языком) описание его опытов над лучистой материей. Я читал его всего один раз — тогда — тем не менее все подробности могу припомнить и сегодня. Мало есть таких книг, которые, так сказать, производят подобное впечатление на разум студента.
Но если сегодня я упоминаю это имя среди многих, коими может похвастаться ваше заведение, то лишь потому, что у меня есть много причин для того. Поскольку то, что я хочу рассказать и показать вам сегодня вечером, в огромной степени имеет отношение к тому самому малоизведанному миру, который профессор Крукс так умело исследовал; и более того, когда я мысленно уношусь в прошлое и протягиваю нить, которая привела меня к моим успехам, — которые даже я не смею назвать пустяковыми, так как они получили вашу высокую оценку, — я верю, после долгих размышлений, что источником, увлекшим меня в этом направлении и приведшим к вершинам, была та самая маленькая книжка, которую я прочел много лет назад. И вот теперь, когда я сделал робкую попытку выразить уважение и признательность ему и многим среди вас, я предприму вторую попытку, которая, как я надеюсь, не покажется вам такой робкой, дабы развлечь вас.
Позвольте мне рассказать вкратце о предмете лекции.
Не так давно я имел честь рассказать у нас в Американском институте электроинженеров о некоторых результатах, которых я достиг в новом направлении своих трудов. Не нужно убеждать вас в том, что те многие знаки внимания, которые английские ученые и инженеры продемонстрировали к моей работе, были для меня большой наградой и очень меня воодушевили. Не стану задерживаться на уже описанных опытах, сделаю только небольшое дополнение, с тем чтобы более ясно изложить идеи, которые я уже выдвигал, а также, чтобы предмет сегодняшнего обсуждения отразить наиболее полно и последовательно.
Это исследование касается переменных токов, а если быть абсолютно точным, переменных токов высокого напряжения и высокой частоты. Насколько очень высокая частота важна для получения представляемых результатов, мне трудно сказать. Некоторые опыты можно проводить с низкой частотой; но очень высокие частоты желательны, и не только из-за тех явлений, которые они вызывают, но также и потому, что они удобны при наличии современного оборудования для получения высокого напряжения, которое, в свою очередь, требуется для постановки большинства опытов, о которых пойдет разговор.
Из всех исследований в области электричества, возможно, наиболее интересны те, что касаются переменных токов. Прогресс, достигнутый в этой области прикладного знания, так велик в последние годы, что оправдывает самые оптимистические ожидания. Только нам станет известен один факт, как мы уже сталкиваемся с чем-то новым, и открываются новые пути исследований. Даже в настоящий момент возможности, о которых ранее не приходилось и мечтать, при помощи этих токов уже частично реализованы. Как в природе — всё основано на приливах и отливах, всё движется волнами, так, кажется, во всех отраслях промышленности переменные токи — волновые движения электричества — будут властвовать.
Одна из причин, отчего эта отрасль науки так быстро развивается, — это, пожалуй, тот интерес, который вызывают экспериментальные исследования. Мы обматываем проводом простой кусок железа; соединяем его с генератором, и с удивлением и восторгом наблюдаем действие сил, которые привели в движение, которые позволяют нам преобразовывать, передавать и направлять энергию так, как мы того пожелаем. Мы правильно соединяем схемы, и кусок железа с проводами начинают вести себя так, как будто в них вдохнули жизнь, вращают тяжелый якорь, через невидимые соединения, с большой скоростью и мощью, при помощи энергии, возможно, переданной на большом расстоянии. Мы наблюдаем, как энергия переменного тока, проходящая по проводу, обнаруживает себя, — не столько в проводе, сколько в окружающем пространстве, — самым удивительным образом принимая форму тепла, света, механической энергии и, что самое удивительное, химических соединений. Все эти наблюдения восхищают нас и наполняют жгучим желанием узнать больше об этих явлениях. Каждый день мы возвращаемся к нашей работе в надежде на открытие — в надежде, что один из нас, не важно кто, найдет решение одной из насущных проблем, и каждый новый день мы возвращаемся к нашему труду со всё большим рвением; и даже если нас не ждет успех, наш труд не пропал даром, ибо эти старания принесли нам часы невыразимого удовольствия, и мы направили свою энергию на благо человечества.
Мы можем — случайным образом, если хотите, — выбрать любой из опытов, который можно поставить с переменным током; только некоторые из них, и далеко не самые потрясающие, могут быть предметом сегодняшней демонстрации; они все одинаково интересны, одинаково будоражат мысль.
Вот простая стеклянная трубка, из которой частично откачан воздух. Я беру ее в руку, касаюсь провода, по которому течет переменный ток высокого потенциала; трубка в моей руке ярко освещается. Как бы я ее ни расположил в пространстве, куда я могу дотянуться, она будет светить с той же яркостью.
Вот вакуумная колба, подвешенная на одном проводе. Стоя на изолирующей подставке, я берусь за нее, и платиновый электрод, укрепленный внутри, ярко нагревается.
А вот еще одна колба, соединенная с вводом, которая, если я прикоснусь к ее металлическому патрону, начинает играть замечательными фосфоресцирующими красками.
Эта же при касании моих пальцев, отбрасывает тень — тень Крукса — от штока внутри.
Вот я опять стою на изолирующей подставке и мое тело касается одного из выводов вторичной обмотки катушки индуктивности, причем длина провода — несколько миль, и вы наблюдаете, как потоки света пробиваются с дальнего его конца, который неистово вибрирует.
Я еще раз соединяю эти две пластины проволочной сетки с выводами катушки, развожу их, и катушка начинает работать. Вы можете видеть, как между пластинами проскакивает небольшая искра. Я ввожу между ними толстую пластину из лучшего диэлектрика, и, вместо того чтобы сделать пробой невозможным, как мы ожидаем, я помогаю прохождению разряда, который, когда я ввожу диэлектрик, просто меняет форму и выглядит как светящиеся потоки.
Есть ли, спрашиваю я, может ли быть исследование более интересное, чем исследование переменного тока? Во всех этих исследованиях, во всех этих опытах многие годы — с тех самых пор, как величайший экспериментатор, из тех, что читали лекции в этом зале, обнаружил принцип ее действия, — с нами был постоянный спутник, устройство, знакомое всем, когда-то игрушка, а теперь нечто принципиально важное — индукционная катушка. Нет прибора более дорогого для электрика. Все, начиная с наиболее талантливых из вас, не побоюсь этого слова, заканчивая самым неопытным студентом, включая вашего лектора, все мы провели многие восхитительные часы, экспериментируя с индукционной катушкой. Мы смотрели на ее «игру» и думали, размышляли над прекрасными явлениями, которые она открывала нашему восхищенному взору.
Этот прибор настолько хорошо известен, эти явления настолько хорошо знакомы всем, что мужество изменяет мне, когда думаю о том, что осмелился обратиться к такой компетентной аудитории, что осмелился занять ваше внимание таким старым предметом. Вот перед нами то же устройство и те же явления, только устройство работает несколько по-иному, и явления предстают перед нами в несколько ином ракурсе. Некоторые результаты ожидаемы, другие удивляют нас, но все захватывают наше внимание, ибо в научных исследованиях каждый достигнутый результат может стать отправной точкой нового маршрута, каждый новый факт может вести к важным последствиям.
Обычно при работе с индукционной катушкой мы добивались умеренной частоты в первичной обмотке либо при помощи прерывателя, либо при помощи генератора переменного тока. Английские исследователи раннего периода, например Споттисвуд и Гордон, пользовались быстрым прерывателем, соединенным с обмоткой. Наши знания и опыт сегодня позволяют нам четко понять, почему катушка при таких условиях испытаний не демонстрировала никаких замечательных явлений, и почему компетентные ученые не смогли наблюдать любопытные явления, которые наблюдались с тех пор.
В сегодняшнем опыте катушка работает или непосредственно от специально созданного генератора, способного выдавать много тысяч колебаний в секунду, или пробоем разряжая конденсатор через первичную обмотку; мы создаем колебания во вторичной обмотке с частотой много сотен тысяч или миллионов в секунду, если пожелаем; и таким способом мы вступаем на путь, доселе неизведанный.
Невозможно проводить исследования в какой-либо новой области без того, чтобы не сделать в конце концов интересное наблюдение или не узнать какой-нибудь полезный факт. Результаты многих любопытных и неожиданных наблюдений служат тому убедительным доказательством. Возьмем для примера явление наиболее очевидное — разряд индукционной катушки.
Дата добавления: 2021-03-18; просмотров: 53; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!