НИКОЛА ТЕСЛА. ЛЕКЦИИ. СТАТЬИ.
Шрифт:
Вероятно, подобные разряды очень высокой частоты, которые заставляют воздух светиться при обычных давлениях, нам часто доводится наблюдать в Природе. У меня нет сомнения, что если, как считают многие, северное сияние возникает в результате резких космических возмущений, таких как взрывы на поверхности Солнца, которые вызывают колебания электростатического заряда Земли с чрезвычайно высокой частотой, то наблюдаемое красное свечение не ограничивается верхними воздушными слоями, но разряд проходит по причине его высокой частоты также и в плотную атмосферу в виде свечения, подобного тому, которое мы обычно получаем в слабо откачанной трубке. Если бы частота была очень низкой, и даже более того, если бы заряд не колебался вовсе, плотный воздух пробивался бы так же, как при разряде молнии. Признаки такого пробоя нижних плотных слоев воздуха неоднократно наблюдались при появлении этого удивительного явления. Но если такой пробой действительно возникает, то объяснить его можно только фундаментальными возмущениями, число которых очень невелико, потому что колебания,
производимые ими, были
Когда обычный низкочастотный разряд пропускается через умеренно разреженный воздух, то воздух приобретает пурпурный оттенок. Если при помощи тех или иных средств мы увеличим интенсивность колебаний атомов, или молекул, то цвет воздуха сменится на белый. Похожее изменение происходит при обычных давлениях при электрических импульсах очень высокой частоты. Если молекулы воздуха вокруг провода умеренно возбуждены, то образующийся кистевой разряд имеет красный или фиолетовый цвет. Если же колебания делаются достаточно интенсивными, то потоки становятся белыми. Мы можем добиться этого различными способами. В эксперименте, продемонстрированном ранее, с двумя проводами, протянутыми через зал, я старался достигнуть результата подняв до очень высоких значений и частоту, и потенциал. В эксперименте с тонкими проводами, приклеенными к резиновым пластинам, я сконцентрировал воздействие тока на очень малой поверхности. Другими словами — я работал с огромной электрической плотностью.
Самая любопытная форма разряда получается в эксперименте с такой катушкой, когда частота и потенциал поднимаются до предела. Чтобы выполнить этот эксперимент, необходимо, чтобы каждая часть катушки была очень хорошо заизолирована, и на воздухе находились только две маленькие сферы — а еще лучше, два стальных диска с острыми краями (d d Рис. 11) диаметром не больше нескольких сантиметров. Применяемая здесь катушка погружена в масло, а концы вторичной обмотки, выходящие наружу из масла, покрыты очень толстой непроницаемой для воздуха оболочкой из твердой резины. Любые трещины, если таковые появляются, должны быть тщательно заделаны для того, чтобы кистевой разряд не мог возникнуть нигде, кроме как на маленьких сферах, или пластинах, которые высунуты на воздух. В данном случае, поскольку отсутствуют какие-либо большие пластины или иные тела с большой емкостью, подключенные к клеммам, катушка способна на очень быстрые колебания. Потенциал можно поднимать, насколько считает нужным экспериментатор, путем увеличения скорости изменения первичного тока. Если катушка не сильно отличается от этой, то лучше всего соединить две первичных обмотки параллельно; но если вторичная обмотка будет иметь гораздо большее число витков, то тогда лучше соединять первичные обмотки последовательно. В противном случае колебания могут оказаться слишком частыми для вторичной обмотки. В этих условиях с краев дисков извергаются нечеткие белые потоки, которые наподобие фантомов расходятся во все стороны. Если эта катушка сделана хорошо, то длина их около 25–30 сантиметров. Если поднести к ним руку, то никаких ощущений нет. Искра, которая может вызвать удар электрическим током, проскакивает с вывода только если руку поднести совсем близко. Если тем или иным образом сделать колебания тока в первичной обмотке прерывистыми, то это вызовет соответствующее трепетание потоков, и тогда руку или другое проводящее тело можно подносить значительно ближе к выводу, не рискуя вызвать проскок искры.
Среди множества очень красивых явлений, которые воспроизвести при помощи этой катушки, я выбрал только те, которые обнаруживают особенности, имеющие определенную новизну, и могут привести нас к некоторым интересным умозаключениям. Ни для кого не составит особого труда с ее помощью получить в лаборатории много других явлений, еще более приятных для глаз, нежели представленные здесь, но они не содержат в себе никакой новизны.
Ранние эксперименты описывают появления искр, полученных с помощью обычной большой индукционной катушки, падающих на изолированную пластину, разделяющую выводы. Совсем недавно Сименс провел некоторые эксперименты, в которых были получены прекрасные эффекты, с большим интересом наблюдавшиеся множеством людей. Несомненно, большие катушки, даже если они работают от токов низких частот, могут производить очень красивые эффекты. Тем не менее, даже самая большая когда-либо сделанная катушка не смогла бы дать даже тот величественный эффект потоков и искр, получаемый с помощью такой вот катушки с пробойным разрядом, надлежащим образом настроенной. Для общего представления, катушка, такая как эта, может легко покрыть полностью потоками пластину диаметром 1 метр. Чтобы провести подобные эксперименты наилучшим образом, следует взять очень тонкую резиновую или стеклянную пластину, на одну сторону приклеить узкое кольцо большого диаметра из оловянной фольги, а на другую — круглую шайбу, чтобы центр шайбы совпадал с центром кольца, и желательно, чтобы площадь шайбы и площадь кольца были примерно одинаковыми, для хорошей сбалансированности катушки. Шайба и кольцо должны быть подсоединены к выводам хорошо изолированными тонкими проводами. Легко наблюдать эффект емкости, получая полотно из однородных потоков, либо изящную сеть из тонких серебряных нитей, либо же массу шумных сверкающих искр, полностью покрывающих пластину.
С тех пор, как в начале прошлого года в своей статье для Американского Электротехнического Института я изложил идею о преобразовании при помощи пробойного разряда, интерес к этой теме стал значительным. Пробойный разряд дает нам возможность производить любую разность потенциалов при помощи недорогих катушек, которые работают от обычных распределительных сетей, и, что может быть еще более ценно, позволяет преобразовывать токи любой частоты в токи любой более низкой или более высокой частоты. Но главная его ценность, возможно, состоит в той помощи, которую он может оказать нам в исследовании явлений фосфоресценции, которые катушка пробойного разряда может возбуждать в бесчисленном количестве случаев, где обычная катушка, даже самая большая, не работает.
Принимая
Разумеется, совершенно необходимо использовать в конструкции таких катушек провод, покрытый самой лучшей изоляцией.
Хорошие катушки получаются, если для их изготовления использовать провод, покрытый несколькими слоями хлопка, затем подвергнуть катушку кипячению в чистом воске в течении продолжительного периода времени, а после остудить при умеренном давлении. Преимущество такой катушки в том, что с ней легко обращаться, но по сравнению с катушкой, целиком погруженной в масло, она вероятно уступает в качестве результатов. Помимо этого, по- видимому, наличие большого количества воска негативно влияет на катушку, тогда как в случае масла этого нет. Возможно, это объясняется тем, что в жидкости диэлектрические потери ниже.
Сначала я использовал провода, с хлопковым и шелковым изоляционными покрытиями, которые погружались в масло, однако постепенно перешел на использование проводов с гуттаперчевой изоляцией, которая оказалась наиболее удовлетворительной. Разумеется, гуттаперчевое изоляционное покрытие добавляет катушке емкость, что является серьезным недостатком, особенно если катушка большая, и ее предполагается использовать при очень высоких частотах. Но с другой стороны, гуттаперча выдерживает намного большее напряжение, нежели той же толщины слой масла, а это ее качество следует обеспечивать любой ценой. Если катушку уже единожды поместили в масло, то никогда не следует извлекать ее из масла более чем на несколько часов, иначе гуттаперча может потрескаться, и катушка не сохранит и половины своей ценности. Вероятно, гуттаперча медленно подвергается воздействию со стороны масла, но я не нашел никаких дефектов после пребывания [катушки] в масле в течение восьми или девяти месяцев.
Я испробовал два коммерческих типа проводов с гуттаперчевым покрытием: у одного из них изоляция плотно прилегала к металлу, а у другого нет. Если не прибегать к дополнительным мерам по удалению всего воздуха, то значительно надежнее использовать первый тип провода. Я наматываю катушку в емкости с маслом так, что масло заполнило все пустоты. Между слоями провода я использую хорошо вываренную в масле ткань, толщина которой рассчитывается в зависимости от разности потенциалов между витками. При этом, как оказывается, между разными видами масла нет большой разницы; я использую парафиновое либо льняное масло.
Вот прекрасный способ для более качественного изгнания воздуха, и очень просто применимый на практике к небольшим катушкам. Изготовьте ящик из твердого дерева с очень толстыми стенками, которые в течение долгого времени вываривалась в масле. Стенки ящика должны быть пригнаны таким образом, чтобы надежно противостоять внешнему давлению воздуха. Катушка помещается внутрь ящика и закрепляется там. Затем ящик закрывается крышкой и покрывается снаружи плотно прилегающими металлическими листами, стыки которых тщательно запаиваются. В верхней части коробки просверливаются два отверстия, проходящие сквозь металл и сквозь дерево, и в эти отверстия вставляются две маленькие стеклянные трубки, а места стыков герметизируются. Одна из трубок подсоединяется к вакуумному насосу, а другая — к сосуду, содержащему достаточное количество прокипяченного масла. В низу второй трубки отверстие очень маленькое, а сама трубка снабжена запорным краном. По достижении достаточно хорошего вакуума запорный кран открывается, и масло медленно втекает внутрь. Данная операция исключает возможность того, что между витками останутся большие пузыри, которые являются главной опасностью. Воздух изгоняется практически полностью, возможно даже лучше, чем вывариванием, что однако, если провод имеет гуттаперчевое изоляционное покрытие, невозможно. Для первичных обмоток я использую обычный линейный провод с толстым хлопковым покрытием. Конечно, лучше всего бы для первичной обмотки подошла бы скрутка из очень тонких хорошо изолированных проводов, но их не достать.
В экспериментальной катушке размер проводов не очень важен. В катушке, которую я сегодня демонстрирую перед Вами, в первичной обмотке используется № 12, а во вторичной — № 24 мерный провод Браун и Шарп. Но сечения могут различаться довольно значительно. Я бы сказал и о различных настройках и корректировках, но они вряд ли существенно повлияют на результаты, которые мы намерены получить.
Я остановился столь подробно на различных формах кистевого разряда потому, что при их изучении мы не только наблюдаем явления, которые радуют глаз, но они еще дают нам пищу для размышлений и приводят к умозаключениям, имеющим практическое значение. При использовании переменного тока очень высокого напряжения для предотвращения появления кистевого электрического разряда не может предприниматься очень много мер предосторожности. В сети, подающей такой ток, в индукционной катушке, трансформаторе или конденсаторе кистевой разряд является источником большой опасности для изоляции. В особенности в конденсаторе, газообразное вещество должно удаляться наиболее тщательно, поскольку заряженные поверхности расположены очень близко друг к другу, и если разность потенциалов высока, то даже единственный пузырек воздуха некоторого размера вызовет нарушение изоляции так же верно, как груз упадет, если его отпустить. Тогда как если все газообразное вещество тщательно удалено, конденсатор сможет легко выдержать гораздо большую разность потенциала. Сеть, подающая переменный ток очень высокого напряжения может быть повреждена просто в результате раковины или маленькой трещины в изоляции, и более того, раковина как правило содержит в себе газа под низким давлением. И так как представляется практически невозможным избежать подобных мелких дефектов полностью, я прихожу к мысли, что в наших будущих сетях распределения электрической энергии посредством токов очень высокого напряжения будет применяться жидкостная изоляция. Наиболее важным сдерживающим фактором в этом вопросе выступает стоимость, однако, если мы используем масло в качестве изолятора, то мы сможем передавать электрическую энергию с напряжением например 100,000 вольт, и даже выше, настолько легко, по меньшей мере при более высоких частотах, что вряд ли кто-нибудь назовет это инженерным подвигом. При использовании масляной изоляции и моторах переменного тока передача электроэнергии может осуществляться надежно и на промышленном уровне на расстояния, измеряемые тысячами миль.