НИКОЛА ТЕСЛА. ЛЕКЦИИ. СТАТЬИ.
Шрифт:
Я могу показать Вам иное поведение катушки, которое заключает в себе особенность, представляющую определенный интерес. Перед Вами маленькая легкая крыльчатка, изготовленная из листа алюминия, которая закреплена на игле, и установлена таким образом, чтобы могла вращаться на куске металла, болтами прикрепленногок одной из клемм катушки. При активации катушки, молекулы воздуха начинают ритмично притягиваться и отталкиваться. Поскольку сила, с которой молекулы отталкиваются, больше, чем сила, с которой молекулы притягиваются, то на поверхностях крыльчатки возникает сила отталкивания. Если бы крыльчатка был а изготовлен а прост о и з металлического листа, т о сил а отталкивания н а противоположны х сторона х крыльчатки была бы одинаковой, и никакого эффекта не возникало бы. Но если одна из поверхностей крыльчатки покрыт а экраном, или если, в общем, бомбардировк а на эту сторон у каким-либо образом ослабляется, то остается сила отталкивания на другой стороне, которая и заставляет крыльчатку вращаться.
Наибольшая эффективность экранирования достигается, если на одну и з внешних сторон крыльчатки наложит ь изолированно е токопроводящее покрытие, а если крыльчатка
Чтоб ы показат ь поведени е катушки, можн о установит ь вентилято р н а клемме, и пр и пода — ч е н а катушк у ток а очен ь высоко й частоты, о н буде т легк о вращаться. Конечно, пр и постоян — ной разност и потенциало в и даж е пр и переменно м ток е очен ь низко й частоты, крыльчатк а вращатьс я н е буде т из-з а очен ь слабог о воздухообмена, и, следовательно, слабо й бомбардиров — ки. Н о в последне м случае, пр и очен ь высоко й разност и потенциало в вращени е вс е ж е може т имет ь место. Пр и использовани и цевочног о колес а действуе т ино е правило, совершенн о проти — воположно е п о значению: крыльчатк а лучш е всег о вращаетс я пр и постоянно й разност и потен — циалов, а прилагаемо е усили е те м меньше, че м выш е частот а тока. В это м случае, очен ь легк о установит ь таки е параметр ы настройки, пр и которы х разност ь потенциало в был а б ы недоста — точно й дл я вращени я вентилятора, н о пр и подсоединени и друго й клемм ы катушк и к изолиро — ванном у телу, напряжени е возрастал о б ы д о тако й величины, пр и которо й вентилято р мо г б ы вращаться. Подобны м образо м можн о остановит ь вращение, есл и подсоединит ь к клемм е тел о другог о размера, следовательно, вызват ь уменьшени е разност и потенциалов. В это м экспери — мент е вмест о крыльчатк и м ы може м задействоват ь электрически й радиометр, пр и это м буде т достигну т похожи й эффект. Однак о в это м случа е м ы обнаружим, чт о лопаст и вращаютс я ли — б о пр и сильно м разрежени и воздуха, либ о пр и обычно м давлени и воздуха. Пр и умеренн о по — вышенно м давлении, когд а возду х имее т повышенну ю электропроводность, крыльчатк а вращатьс я н е будет. Эт о любопытно е наблюдени е был о подмечен о сообщ а профессоро м Крук — сом и мной. Я приписыва ю полученны й результа т высоко й проводимост и воздуха, молекул ы которог о в отдельност и н е являютс я независимым и носителям и электрическог о заряда, а все вмест е выступаю т ка к едино е электропроводно е тело. Разумеется, в это м случае, есл и и ест ь какое-либ о отталкивани е молеку л о т лопастей, т о он о должн о быт ь очен ь мало. Однако, воз — можно, чт о данны й результа т частичн о обусловле н те м фактом, чт о больша я част ь разряд а про — ходи т п о направлению: о т провод а — чере з га з с высоко й электропроводностью, вмест о того, чтоб ы идт и о т токопроводящи х лопастей.
В предыдуще м эксперимент е с электрически м радиометро м разност ь потенциало в н е должн а был а превышат ь определенны й преде л из-з а того, чт о электростатическо е притяжени е межд у лопастям и и стекло м ламп ы могл о стат ь настольк о сильным, чт о смогл о б ы остановит ь вращение.
Наиболе е любопытна я особенност ь переменног о ток а высоко й частот ы состои т в том, чт о о н позволяе т на м выполнят ь большо е количеств о экспериментов, использу я тольк о оди н провод. Эт а особенност ь интересн а в о многи х отношениях.
Несколько лет назад я изобрел тип двигателя переменного тока, который приводился в движение посредством наведения вторичного тока в массе, или других цепях двигателя. Вторичный ток образовывался от одного переменного тока, проходящего через цепь двигателя, и вместе с первичным, или наведенным токам, создавал движущее поле силы. Такой простой, но грубый по форме двигатель получается если на железный сердечник намотать первичную обмотку, и разместить ее непосредственной близости от вторичной катушки; соединить концы последней, а свободно движущийся металлический диск разместить так, чтобы он под воздействием поля, образованного двумя обмотками. Железный сердечник используется по вполне очевидным причинам, но его роль не несущественна для работы двигателя. Для улучшения работы двигателя якорь помещен внутрь железного сердечника. Кроме того, для еще большего улучшения работы двигателя, вторичная катушка частично перекрывает первичную так, чтобы она подвергалась сильному индуктивному воздействию со стороны последней, и как можно сильнее отталкивала ее силовые линии. Еще одно усовершенствование, призванное улучшить работу двигателя, состоит в том, что между токами первичной и вторичной обмоток устанавливают соответствующую разность фаз при помощи конденсатора, катушки самоиндукции, сопротивления или эквивалентному ему количеству провода на обмотках. Однако я обнаружил, что вращение производится посредством только одной катушки и сердечника. Мое объяснение этому явлению, подтверждение которому я старался найти при исполнении данного эксперимента, состояло в том, что при намагничивании сердечника должна иметь место задержка во времени. Я помню, какова была моя радость, когда я в записках профессора Айртона, которые попали ко мне позже, обнаружил идею, поддерживающую мое предположение о задержке во времени. Является ли это в самом деле задержкой во времени, или это только запаздывание, которое происходит вследствие возникновения вихревых токов — вопрос остается открытым. Но не подлежит сомнению тот факт, что катушка, намотанная на железный сердечник, при подаче на нее переменного тока создает движущее поле силы и способна привести якорь в движение.
Этот факт, вместе с историческим экспериментом Араго, представляет собой определенный интерес в контексте того, что при работе с инерционными и фазовыми
Я выбрал этот тип двигателя для демонстрации новых и интересных свойств по причинам, которые приведу позже. Когда концы катушки подсоединяют к клеммам генератора переменного тока, диск начинает вращаться. Но этот хорошо известный эксперимент не тот, который я хочу Вам показать. Я хочу продемонстрировать Вам, как этот двигатель приводится в движение при помощи одного единственного соединения между ним и генератором. То есть, одна клемма двигателя подсоединена к одной клемме генератора (в данном случае это вторичная обмотка индукционной катушки высокого напряжения), а остальные клеммы генератора и двигателя остаются свободными. Для того, чтобы вызвать вращение, обычно (но не обязательно) подсоединяется свободный конец катушки двигателя к изолированному телу определенного размера. Для этих целей тела экспериментатора более чем достаточно. Если он прикасается к свободной клемме предметом, находящимся у него в руках, то ток проходит через катушку и медный диск начинает вращаться. Если при этом в цепь катушки последовательно включить трубку с разреженным газом, то яркий свет, исходящий из трубки, укажет на прохождение сильного тока. С тем же успехом вместо тела экспериментатора можно использовать небольшой металлическую пластинку, подвешенную на нити. В этом случае пластинка действует как конденсатор, последовательно подключенный к катушке. Это нейтрализует самоиндукцию последней и позволяет проходить сильному току. В такой комбинации, чем больше самоиндукция катушки, тем меньшего размера нужна пластинка. Это означает, что для вращения двигателя требуется меньшая частота, и, иногда, меньшая разность потенциалов. Даже одна катушка, намотанная на сердечник, имеет высокую самоиндукцию. Именно по этой причине, данный тип двигателя был выбран для проведения этого эксперимента. Если на сердечник намотать закрытую вторичную катушку, то это может привести к уменьшению самоиндукции, что вызовет необходимость повышения частоты и разности потенциалов. И то и другое не желательно, так как высокая разность потенциалов создает угрозу целостности изоляции маленькой первичной катушки, а высокая частота может привести к существенному ослаблению вращающего момента.
Надо заметить, когда применяется такой двигатель, с закрытой вторичной обмоткой, то при сверхвысоких частотах привести его в движение совсем не просто, так как вторичная обмотка почти полностью обрезает силовые линии первичной, что позволяет проходить току лишь на мгновение. И чем выше частота — тем сильнее это проявляется. В этом случае, если вторичная обмотка не закрывается через конденсатор, а это существенно для получения вращения, то первичную и вторичную катушки располагают так, чтобы они более или менее перекрывали друг друга.
Но есть еще одно интересное свойство этого двигателя, а именно: для того, чтобы вызвать его вращение, нет необходимости в использовании даже единичного соединения между двигателем и генератором, кроме как через землю. Это возможно потому, что изолированная пластина способна не только излучать энергию в пространство, но и таким же образом получать ее через переменное электростатическое поле, несмотря на то, что в последнем случае доступная энергия значительно меньше. В этом примере одна из клемм двигателя подсоединяется к изолированной пластине или телу, расположенному внутри переменного электростатического поля, а другая клемма заземляется.
Однако возможно, что такие "беспроводные двигатели", если их так можно назвать, будут работать находясь на значительном расстоянии от источника энергии, если их подключать через разреженный газ. Переменный ток, особенно высокой частоты с удивительной легкостью передается даже через слабо разреженный газ. Верхние слои атмосферы разреженны. Чтобы достигнуть высоты в многие мили, потребуется преодолеть трудности чисто механического свойства. Нет сомнения, что при огромной разности потенциалов, получаемой при использовании высокой частоты и масляной изоляции, светящиеся разряды можно передавать на многие мили через разреженный воздух. При таком управлении энергией в многие сотни и тысячи лошадиных сил, двигатели или лампы могут работать, находясь на значительном расстоянии от стационарного источника тока. Но такие схемы работы рассматриваются только как возможные. Возможно у нас вообще не будет необходимости в транспортировке энергии. Пройдут многие поколения и наши механизмы будут приводиться в движение силой, получаемой в любой точке вселенной. Эта идея не нова. Человечество идет к ней давно, ведомое инстинктом, или выгодой. Эту идею выражали разными способами, и в разных местах, как в древности и в новейшей истории. Мы находим ее в очаровательном мифе об Антее, который набирался сил от земли. Мы находим ее среди теорий одного из ваших великих математиков, а также среди изречений и высказываний многих современных мыслителей. Энергия находится повсюду в пространстве. Является ли эта энергия статической или кинетической? Если она статическая, то наши надежды тщетны. Если она кинетическая — а мы совершенно определенно знаем, что это именно так — то люди когда-нибудь смогут подключать свои машины к главному маховику природы, это лишь вопрос времени. Ближе всего к этому подошел Крукс. Его радиометр будет работать и при свете дня, и во тьме ночи. Он будет работать везде, где есть тепло, а тепло есть везде. Но, к сожалению, эта красивая маленькая машина останется в памяти последующих поколений как наиболее интересное изобретение, и в тоже время будет занесена в книгу рекордов как самая неэффективная машина из когда-либо изобретенных человеком.