ТЕСЛА ОТВЕЧАЕТ Д-РУ ЛУИСУ ДУНКАНУ И ОБЪЯСНЯЕТ ДЕЙСТВИЕ МОТОРА ПЕРЕМЕННОГО ТОКА 12 страница
Для демонстрации новой и интересной особенности я выбрал, по причине, которую объясню, именно этот тип мотора. Когда концы обмотки соединяются с выводами генератора, диск начинает вращение. Но это не тот опыт, теперь уже хорошо известный, а показать хочу тот, где этот мотор вращается при помощи только одного подключенного вывода, то есть, один вывод мотора соединен с одним выводом генератора — в нашем случае со вторичной обмоткой индукционной катушки высокого напряжения, — другие выводы мотора и генератора изолированы и свободны. Для получения вращения обычно (но не абсолютно всегда) необходимо присоединить свободный конец обмотки мотора к изолированному предмету какого-либо размера. Тела экспериментатора более чем достаточно. Если он дотронется предметом, который держит в руке, до свободного вывода, то через обмотку пройдет ток и диск начнет вращение. Если к обмотке последовательно подключить вакуумную трубку, то она ярко засветится, указывая на наличие сильного тока. Вместо тела экспериментатора с тем же успехом можно использовать металлическую пластину, подвешенную на проводящем шнуре. В данном случае пластина действует как конденсатор, подключенный последовательно к обмотке. Она компенсирует самоиндукцию последней и позволяет прохождение сильного тока. В таком сочетании чем больше самоиндукция, тем меньше должна быть пластина, а это означает, что для работы мотора требуется более низкая частота, следовательно, и более низкое напряжение. Одна обмотка, намотанная на сердечник, имеет высокий показатель самоиндукции; в основном по этой причине данный мотор был выбран для проведения этого опыта. Если бы мы имели на сердечнике вторичную обмотку, то она уменьшала бы самоиндукцию, и нам потребовались бы высокая частота и напряжение. Ни то, ни другое нежелательно, так как высокий потенциал мог нанести вред изоляции небольшой первичной обмотки, а высокая частота привела бы к уменьшению вращательного момента.
|
|
|
Следует отметить, когда в таком моторе применяется замкнутая вторичная обмотка, совсем нелегко при высокой частоте получить вращение, поскольку вторичная обмотка почти полностью отсекает силовые линии первичной — и тем сильнее, чем выше частота, позволяя проходить только слабому току. В таком случае, если только вторичная обмотка не замкнута через конденсатор, крайне важно, чтобы добиться вращения, расположить первичную и вторичную обмотки более или менее внахлест.
Но у этого мотора есть и еще одна интересная особенность, а именно: между мотором и генератором вообще не требуется никаких соединений, может быть, только через землю, ибо изолированная пластина способна не только отдавать энергию в пространство, но и получать ее из переменного электростатического поля, хотя в последнем случае количество энергии намного меньше. В данном примере один из выводов мотора соединен с изолированной пластиной или предметом, находящемся в переменном электростатическом поле, а другой вывод предпочтительно заземлен.
|
|
|
Вполне возможно, однако, что такие «беспроводные», если их можно так назвать, моторы могут работать от передачи энергии через разреженный воздух с больших расстояний. Переменные токи, особенно высокочастотные, поразительно свободно проходят даже через слаборазреженные газы. Верхние слои воздуха разрежены. Для того чтобы продвинуться на несколько миль в пространстве, требуется преодолеть лишь механические трудности. Нет никакого сомнения в том, что при высоких потенциалах, которые можно получить при помощи высоких частот и масляной изоляции, светящиеся разряды могут преодолевать многие мили в разреженном воздухе, и что таким способом, используя энергию в несколько сот тысяч лошадиных сил, можно питать моторы и лампы на значительном расстоянии от стационарных источников. Но подобные схемы я упоминаю только как возможные. Нам вообще не потребуется передача энергии. Прежде чем сменятся несколько поколений, наши машины будут получать энергию в любой точке вселенной. Эта идея не нова. Человечество пришло к ней уже давно, ведомое разумом и инстинктом. Ее высказывали по-разному и в разных местах в древнейшей и новейшей истории. Мы находим ее в прекрасном мифе об Антее, который использует мощь Земли; мы находим ее в тонких размышлениях одного из ваших выдающихся математиков и во многих намеках и высказываниях мыслителей современности. Везде в космосе есть энергия. Она статическая'или кинетическая? Если статическая, то наши надежды напрасны; если кинетическая — а мы знаем, что это так, уверены в этом, — то только вопрос времени, когда же люди смогут подключиться к самой природной сети. Из всех, живых и мертвых, Крукс наиболее приблизился к решению. Его радиометр вращается при свете дня и во тьме ночи; он вращается везде, где есть тепло, а тепло есть везде. Но, к сожалению, его прекрасное маленькое устройство, что касается развития, а это и есть самое интересное, следует внести в список самых неэффективных машин, которые когда-либо создавались!
|
|
|
Описанный перед этим опыт только один из ряда равно интересных экспериментов, которые можно производить, применяя только один провод, с переменным током высокого потенциала и высокой частоты. Мы можем подключить изолированный провод к источнику такого тока, пропустить по нему ток малой силы, и в любой его точке получить сильный ток, способный расплавить толстый медный провод. Или можем, при помощи какого-нибудь устройства, разлагать раствор в любой электролитической ячейке, соединив один из полюсов банки с таким проводом или источником энергии. Мы также можем, присоединив к проводу или только приблизив к нему, зажечь лампу накаливания, вакуумную трубку или флюоресцентную колбу.
|
|
|
Каким бы неприемлемым ни казался этот план действий во многих случаях, он всё же практичен, и рекомендуется для производства света. Усовершенствованная лампа потребует небольшого количества энергии, и если провода вообще потребуются, мы должны будем научиться подавать такую энергию без обратного провода.
Теперь признанным фактом является то, что тело можно накалить или заставить светиться, либо подключив его одним проводом, либо просто приблизив к источнику импульсов надлежащего характера, и что в таком случае количества света достаточно для того, чтобы изготовить практичный источник его. Следовательно, по меньшей мере, стоит постараться определить наилучшие условия и изобрести наилучшие приборы для достижения такой цели.
Некоторый опыт в этом направлении уже имеется. И я остановлюсь на нем подробнее в надежде на то, что эти эксперименты окажутся полезными.
Нагрев проводника, заключенного в колбу и присоединенного к источнику переменного тока большой частоты, зависит от стольких вещей различной природы, что трудно сформулировать общее правило, по которому происходит максимальный нагрев. Что касается размеров сосуда, то недавно я обнаружил, что при обычном или близком к обычному атмосферном давлении, когда воздух хорошо изолирует, и, следовательно, практически такое же количество энергии той же частоты и потенциала отдается предметом, неважно большая колба или маленькая, предмет хорошо нагревается, если его заключить в небольшую колбу, так как локализация тепла в этом случае выше.
При пониженном давлении, когда воздух более или менее проводит ток, или если воздух достаточно нагрет для того, чтобы стать проводником, тело накаляется сильнее в более просторной колбе, очевидно, потому, что при всех одинаковых условиях испытания, тело отдает больше энергии в большой колбе.
При высокой степени вакуумизации, когда вещество в колбе становится «лучистым», у большой колбы также имеется преимущество, но совсем небольшое.
И, наконец, при крайне высокой степени разряжения, которой нельзя достичь без применения специальной аппаратуры, за исключением случаев, когда сосуд очень мал, нет различимых отличий в степени нагрева.
Эти наблюдения явились результатом нескольких опытов, из которых один, который демонстрирует эффект размера колбы при высокой степени разряжения, можно описать, так как он имеет интересную особенность. Взяли три круглые колбы диаметром 2, 3 и 4 дюйма и в центре каждой поместили нить накаливания одинаковой длины и толщины. В каждой колбе часть нити была соединена с платиновым подводящим проводом, помещенным в стеклянную ножку, впаянную в колбу; при этом, конечно, прилагались все усилия для того, чтобы во всех трех случаях устройство было одинаковым. Каждая была заключена в трубку из полированного алюминия, которая удерживалась пружиной. Назначение этой алюминиевой трубки будет объяснено позже. В каждой колбе часть нити одинаковой длины выступала из металлической трубки. Теперь достаточно сказать, что при таких условиях нити одинаковой длины и толщины — иными словами тела одинакового объема — накаливались. Три колбы были припаяны к стеклянной трубке, соединявшейся с насосом Шпренгеля. При достижении высокой степени разряжения стеклянная трубка была запаяна. Затем был подан ток последовательно к каждой колбе и было обнаружено, что все нити накалились примерно одинаково, разве только самая маленькая колба, расположенная между двумя побольше, светилась немного ярче. Этот результат был ожидаем, так как, когда загоралась каждая из ламп, свечение проходило через две другие, поскольку все три колбы представляли собой один сосуд. Когда все три лампы соединили с катушкой параллельно, в самой большой нить горела ярче всех, в средней немного тусклее, а в самой маленькой нить была немного красной. Затем колбы запаяли и включали отдельно. Яркость нитей теперь была такова, какой должна была быть, исходя из предположения, что отдаваемая энергия пропорциональна поверхности колбы, причем эта поверхность в каждом случае представляет собой одну из пластин конденсатора. Соответственно, разница между самой большой и средней была меньше, чем разница между средней и маленькой колбами.
Во время этого опыта было сделано интересное наблюдение. Все три колбы подвесили на оголенном проводе, соединенном с выводом катушки, большую — на конце провода, маленькую — на некотором расстоянии, а среднюю — на таком же расстоянии от маленькой. Нити в обеих больших лампах горели, как и ожидалось, в то время как в маленькой она не добрала и ожидаемой степени свечения. Это наблюдение заставило меня сменить положение ламп, и тогда я обнаружил, что какая бы лампа ни оказалась в середине, она будет гореть тусклее, чем с краю. Этот загадочный результат, конечно, был отнесен на счет электростатического воздействия ламп друг на друга. Когда их поместили вдали друг от друга или в углах равнобедренного треугольника из медного провода, они горели соответственно своему размеру.
Что касается формы сосуда, то она тоже важна, тем более при высокой степени вакуумирования. Из всех возможных конструкций наиболее предпочтительна шарообразная с телом из тугоплавкого материала внутри. По опыту ясно, что в таком шаре тугоплавкий предмет определенных размеров значительно легче накалить, чем в колбе другой формы. Преимущество также заключается в придании телу накаливания формы шара, по очевидным причинам. В любом случае тело надо поместить в центр, где атомы, отскакивающие от стен, соударяются. Этой цели легче всего достичь в сферической колбе; но она достижима и в цилиндрическом сосуде, где нить или нити расположены на его оси, а возможно и в параболическом сосуде или сферическом, где тугоплавкие части помещены в его фокусе; хотя последнее вряд ли возможно, так как наэлектризованные атомы должны в любом случае нормально отталкиваться от поверхности, с которой они соударяются, если только скорости не крайние, тогда они, возможно, будут следовать общим правилам отражения. Неважно, какой формы сосуд, если воздух откачан слабо, нити, помещенные в любую точку, будут накаливаться одинаково; но если воздух откачан сильно и колба имеет сферическую или грушевидную форму, как обычно, то образуются фокальные точки и нить накаливается сильнее всего в этих точках или поблизости от них.
Для иллюстрации этого эффекта у меня имеются две небольшие одинаковые колбы с разной степенью вакуумирования. При подключении к катушке нить в той колбе, откуда воздух откачан слабо, накаливается одинаково по всей длине, в то время как в последней та часть нити, что расположена ближе к центру колбы, светится гораздо более интенсивно, чем остальные. Любопытно то, что это явление наблюдается, даже если две нити поместить внутрь и каждую соединить с выводом катушки, и, что еще более любопытно, если они расположены рядом, конечно, при условии, что воздух совсем откачан. Во время опытов я заметил, что нити перегорают в определенный момент, и вначале приписывал это качеству угля. Но когда это произошло несколько раз подряд, понял, почему это происходит.
Для того чтобы накалить тугоплавкое тело в колбе, желательно, по причине экономии, чтобы вся переданная в колбу от источника энергия достигла этого тела без потерь; оттуда, и только оттуда, она должна испускаться. Конечно, не подлежит сомнению, что нельзя достичь этой теоретической цели, но при помощи правильной конструкции осветительного прибора можно приблизиться к ее достижению.
По многим причинам накаливаемое тело помещают в центр колбы, обычно оно расположено на стеклянной ножке, через которую проходит подводящий провод. Поскольку потенциал на этом проводе переменный, то разреженный газ вокруг этой ножки подвергается индукции, она нагревается и подвержена бомбардировке. Таким образом, большая часть энергии, предназначенная для освещения, — особенно, когда используется высокая частота, — может теряться. Дабы избежать этих потерь,чили по крайней мере свести их к минимуму, я обычно экранирую разреженный газ от индукции провода, помещая его в трубку из проводника. Сомнений не вызывает, что из всех металлов для этой цели наиболее пригоден алюминий по причине своих многочисленных замечательных свойств. Единственный его недостаток в том, что он легкоплавкий и, следовательно, надо правильно разместить его по отношению к телу накаливания. Обычно изготавливается трубочка, диаметр которой немного меньше диаметра стеклянной ножки, и надевается на нее. Трубочка изготавливается путем оборачивания на токарном станке алюминиевой полосы нужного размера вокруг сердечника, при этом надо зажимать полоску плотно при помощи чистой замши или промокательной бумаги, а сердечник вращать очень быстро. Полоска плотно наматывается вокруг сердечника и таким образом получается двух- или трехслойная трубка. При надевании на ножку давления обычно хватает, чтобы трубочка не соскользнула, но для верности нижнюю кромку стоит загнуть внутрь. Верхний внутренний угол полоски — тот, что ближе всего к телу накаливания, — следует отрезать по диагонали, так как он, находясь ближе всего к источнику тепла, часто заворачивается и почти касается или даже касается подводящего провода или нити, поддерживающей тело накаливания. В таком случае большая часть поступающей в колбу энергии расходуется на нагревание трубочки, и лампа становится бесполезной. Алюминиевая трубочка должна выступать над стеклянной ножкой — на дюйм или два, — в противном случае стекло будет находиться слишком близко к раскаленному предмету, сильно нагреется и станет более или менее сносным проводником и вследствие своей проводимости установит электрический контакт между металлической трубкой и подводящим проводом, причем большая часть энергии, опять же, израсходуется на нагрев последнего. Посему лучше сделать верхний конец трубки диаметром в 1 дюйм или меньше. Для того чтобы еще уменьшить опасность, возникающую от нагревания стеклянной ножки, а также для того, чтобы предотвратить контакт между металлической трубкой и электродом, предпочитаю обернуть ножку несколькими слоями тонкой слюды, которая по ширине совпадает с металлической трубкой. В некоторых колбах я также применял внешний изолирующий колпачок.
Приведенные замечания предназначены для экспериментаторов на первых стадиях опытов, так как трудности, с которыми они встретятся в дальнейшем, каждый преодолеет по-своему.
Для иллюстрации эффекта экранирования я взял две лампы одинакового размера, размещение их стеклянных ножек, проводов подводки и соединенных с ними элементов накаливания должно быть абсолютно одинаковым. Ножка одной лампы имеет алюминиевый колпачок, на ножке другой его нет. Сначала обе лампы были соединены с насосом Шпренгеля. Когда был максимально откачан воздух, скачала отсоединили и запаяли основную трубку, затем обе лампы. Итак, уровень разряжения в обеих одинаков. Когда их поочередно соединяют с катушкой, дающей определенный потенциал, угольная нить той лампы, где есть металлический колпачок, сильно накаливается, в то время как нить другой лампы, при том же потенциале, даже не краснеет, хотя фактически получает больше энергии, чем первая. Если их вместе подключить к выводу катушки, разница станет еще заметнее, что демонстрирует важность экранирования. Металлический колпачок, надетый на стеклянную ножку с подводящим проводом, фактически выполняет две функции. Первая — он работает более или менее как электростатический экран, таким образом экономя энергию, подаваемую в лампу, и вторая — каким бы плохим экраном он ни был, он выполняет механическую задачу по предотвращению бомбардировки, и соответственно, интенсивного нагрева и возможного повреждения тонкой опоры элемента накаливания, или стеклянной ножки с подводящим проводом. Я говорю тонкой опоры, ибо очевидно, что для более полной локализации тепла на элементе накаливания его опора должна быть действительно тонкой, чтобы забирать как можно меньше тепла вследствие своей проводимости. Из всех опробованных опор я обнаружил, что наилучшая — это обычная нить накаливания, в основном потому, что из всех проводников она может выдерживать наибольшую степень нагрева.
Эффективность металлической трубки, как электростатического экрана, зависит от степени разряжения.
При крайне высокой степени разряжения, которая достигается с трудом при помощи насоса Шпренгеля, когда вещество внутри колбы в состоянии крайне высокой излучательной способности, трубка действует наиболее эффективно. Тень от верхнего края трубки ясно проступает на колбе.
При немного меньшей степени разряжения, которую можно назвать обычным «неударным» вакуумом, и когда частицы вещества в основном движутся по прямой, экран всё еще хорошо работает. Для того чтобы пояснить предыдущее высказывание, необходимо сказать, что то, что есть «неударный» вакуум для катушки, работающей, как обычно, от импульсов, или тока низкой частоты, не является даже близко таковым, когда катушка работает от тока очень высокой частоты. В таком случае разряд очень свободно может пройти через разреженный газ, через который может не пройти низкочастотный разряд, даже если потенциал будет гораздо выше. При нормальном атмосферном давлении имеет место противоположное правило: чем выше частота, тем меньше вероятность пробоя искры между выводами, особенно если это разрядные головки или шары определенного размера.
И наконец, при низкой степени разряжения, когда газ хорошо проводит ток, металлическая трубка не только не действует, как электростатический экран, но и является недостатком конструкции, усиливающим боковое рассеивание энергии от подводящего провода. Этого, конечно, следует ожидать. В данном случае металлическая трубка хорошо контактирует с подводящим проводом и большая часть бомбардировки направлена на трубку. Если электрический контакт слаб, то трубка всё-таки полезна, хотя она, может быть, и не экономит энергию, но всё же защищает опору элемента накаливания, а также служит для концентрации энергии на нем.
Если алюминиевая трубка призвана выполнять функцию экрана, то ее полезность ограничивается степенью откачки воздуха, когда она изолирована от электрода, то есть, когда газ в целом не проводник, и молекулы или атомы действуют как независимые отдельные носители зарядов.
В дополнение к работе в качестве эффективного экрана, в истинном понимании этого слова, токопроводящая трубка или покрытие могут также играть роль, по причине своей токопроводимости, компенсатора или демпфера во время бомбардировки стеклянной ножки. Предположим следующую ситуацию: при ритмической бомбардировке проводящей трубки, по причине ее несовершенства как экрана, обязательно должно случиться так, что некоторые молекулы или атомы ударят по трубке ранее других. Те, что ударятся первыми, отдадут свой избыточный заряд, и трубка наэлектризуется, причем электризация моментально распространится по ней. Но это должно уменьшить количество энергии, теряемой при бомбардировке по двум причинам: первая — заряд, отданный атомами, распространяется по большому участку поверхности, следовательно, электрическая плотность в любой точке уменьшается и атомы отталкиваются с меньшей энергией, чем если бы они ударились о хороший изолятор; вторая — так как трубка наэлектризована атомами, которые первыми вступили с ней в контакт, продвижение следующих атомов к трубке затрудняется отталкивающей силой, с которой трубка должна воздействовать на одинаково заряженные атомы. Эта сила должна оттолкнуть значительное количество атомов от трубки и, во всяком случае, уменьшить энергию их удара. Ясно, что чем ниже уровень разреженности, тем лучшим проводником является газ, и ни один из вышеуказанных эффектов не может иметь место, а, с другой стороны, чем меньше количество атомов, тем с большей скоростью они движутся; иными словами, чем тщательнее откачан воздух, до определенного предела, тем более отчетливыми будут оба явления.
Дата добавления: 2021-03-18; просмотров: 53; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!