НИКОЛА ТЕСЛА. ЛЕКЦИИ. СТАТЬИ.

Тесла Никола

Вторая упомянутая причина, которая может и отсутствовать, обуславливается тенденцией машины столь высокой частоты поддерживать практически постоянный ток. Когда дуга удлиняется, электродвижущая сила растет пропорционально, и дуга становится более продолжительной.

Подобные машины словно специально предназначены для того, чтобы поддерживать постоянный ток, но совсем не подходят для постоянного напряжения. На самом деле, в определенной категории таких машин почти постоянный ток является практически неизбежным результатом. Когда сильно увеличивается число полюсов или полярных выступов, становится очень важным зазор. На самом деле, экспериментатору приходится иметь дело с огромным числом очень маленьких машин. Потом, есть сопротивление в якоре, которое высокая частота увеличивает чрезвычайно. Потом, опять же, облегчается магнитное рассеяние. Если чередующихся полюсов три или четыре сотни, рассеяние столь велико, что это практически то же самое, что в двух-полюсной машине соединить полюса куском железа. Правда, этого недостатка можно более или менее избежать, если использовать везде поле одной полярности, но тогда сталкиваешься с трудностями иной природы. Все эти явления стремятся поддерживать в цепи якоря постоянный ток.

В этой связи интересно отметить, что даже сегодняшние инженеры изумляются работе машины постоянного тока, так же,

как несколько лет назад они считали удивительной способность машины поддерживать постоянную разность потенциала между контактами. Хотя одного результата так же легко добиться, как и другого. Надо только помнить, что в индукционном приборе любого вида, если нужен постоянный потенциал, индуктивное отношение между первичной, или возбуждающей, цепью и вторичной цепью, или якорем, должно быть как можно ближе. Тогда как в приборе для постоянного тока нужно как раз противоположное. Более того, противодействие течению тока в индуцируемой цепи должно быть как можно меньше в первом случае и как можно больше во втором. Но противодействие течению тока может вызываться более чем одним способом. Его можно вызвать омическим сопротивлением или самоиндукцией. Можно сделать индуцируемую цепь динамо машины или трансформатора с таким большим сопротивлением, что что в работе с приборами гораздо меньшего сопротивления в очень широких пределах будет поддерживаться почти постоянный ток. Но это большое сопротивление приводит к огромной потере в мощности, и поэтому непрактично. С самоиндукцией дело обстоит по-другому. Самоиндукция не обязательно означает потерю мощности. Мораль такова: вместо сопротивления используйте самоиндукцию. Кроме того, есть обстоятельство, которое способствует принятию такого плана действий, и состоит оно в том, что очень высокую самоиндукцию можно получить дешево, окружив сравнительно небольшую длину провода более или менее полностью железом, и, более того, эффект можно усиливать, вызывая быструю волнообразность тока. Чтобы все это просуммировать, для постоянного тока требования такие: Слабая магнитная связь между индуцируемой и индуцирующей цепями, насколько возможно высокая самоиндукция при наименьшем сопротивлении, наибольшая возможная частота перемен тока. Для постоянного потенциала, напротив, требуются: Как можно более близкую магнитную связь между цепями, равномерный индуцируемый ток, и, если возможно, никакой реакции. Если в машине постоянного потенциала последние условия получается выполнить полностью, ее выход будет многократно превосходить выход машины, изначально предназначенной для того, чтобы давать постоянный ток. К несчастью, тот вид машин, в которых эти условия можно соблюсти, имеет очень мало практической ценности из-за маленькой получаемой электродвижущей силы и сложностей в съеме тока.

С их обостренным инстинктом изобретателей нынешние электро-дуговики быстро распознали, чего не хватает машине постоянного тока. Их машины дугового света имеют слабые поля, большие якоря с огромной длиной медного провода и небольшим числом сегментов коммутатора, чтобы давать сильные изменения в силе тока и ввести в игру самоиндукцию. Подобные машины могут поддерживать практически постоянный ток в больших пределах вариации сопротивления цепи. Их выход, конечно, уменьшается соответственно, но, наверное именно имея в виду не слишком уж сильно этот выход уменьшать, и используется простой прибор для компенсации избыточных вариаций. Волнообразность тока — едва ли не самое важное для коммерческого успеха системы электродугового света. Она вводит в цепь стабилизирующий элемент вместо большого омического сопротивления, не приводя к большим потерям мощности, и, что еще более важно, она позволяет использовать простые зажимные (clutch) лампы, которые при токе с определенным, наилучшим для каждой конкретной лампы, количеством импульсов в секунду, будут, если за ними правильно следить, регулироваться даже лучше, чем самые хорошие точные (clock-work) лампы. Это открытие было сделано автором — с опозданием на несколько лет.

Знающие Английские электротехники утверждали, что в машине постоянного тока или трансформаторе на регулировку влияет изменение фазы вторичной цепи. Можно легко показать ошибочность этой точки зрения, если вместо ламп использовать устройства, каждое из которых обладает самоиндукцией и емкостью, или самоиндукцией и сопротивлением, — то есть замедляющей и ускоряющей компонентами, — в таких пропорциях, чтобы не влиять существенно на фазу вторичного тока. Любое количество таких устройств можно вставить в цепь или убрать из нее, и все равно окажется, что регулировка есть, постоянный ток поддерживается, а электродвижущая сила с числом устройств меняется. Изменение фазы вторичного тока — это просто результат, следующий из изменений в сопротивлении, и, хотя вторичная реакция всегда более или менее важна, тем не менее реальная причина регулировки лежит в наличии вышеперечисленных условий. Следует, однако, указать, что в случае машины данные выше замечания должны ограничиваться случаями, когда машина возбуждается независимо. Если возбуждение выполняется посредством коммутации тока якоря, то фиксированное положение щеток делает любое смещение нейтральной линии чрезвычайно важным, и не следует считать нескромным со стороны автора отметить, что насколько позволяют записи, представляется, что он был первым, кто успешно отрегулировал машины, обеспечив шунтирующее соединение между точкой внешней цепи и коммутатором посредством третьей щетки. Когда якорь и поле надлежащим образом спропорционированны, и щетки размещены в определенных для них положениях, постоянный ток или постоянный потенциал получается в результате сдвига диаметра коммутации через изменение нагрузок.

В связи с машинами таких высоких частот конденсатор позволяет провести очень интересное исследование. Легко увеличить электродвижущую силу такой машины в четыре или! пять раз по величине просто подключив к цепи конденсатор, и автор постоянно использовал

такой конденсатор для регулировки, как предлагает Блэксли в своей книге по переменным токам, в которой он с изысканной простотой и легкостью рассмотрел наиболее часто возникающие проблемы с конденсатором. Высокая частота позволяет использовать малые емкости и делает исследование несложным. Тем не менее, хотя результат большинства экспериментов легко можно предсказать, некоторые явления сначала кажутся удивительными. Примером может послужить один эксперимент, проведенный три или четыре месяца назад с такой машиной и конденсатором. Использовавшаяся машина давала около 20,000 перемен в секунду. Два оголенных провода примерно двадцати футов длиной и двух миллиметров в диаметре, расположенные вблизи друг друга, были одним концом подключены к контактам машины, а другим — к конденсатору. Использовался небольшой трансформатор, конечно, без железного сердечника, чтобы привести показания в диапазон вольтметра Кардью, который подключался ко вторичной обмотке. На контактах

конденсатора электродвижущая сила была примерно 120 вольт, откуда дюйм за дюймом постепенно снижалась до 65 вольт на контактах машины. Это было практически так же, как если бы конденсатор был генератором, а провод и цепь якоря — просто подключенным к нему сопротивлением. Автор искал случай резонанса, но не смог увеличить эффект ни посредством аккуратного и постепенного варьирования емкости, ни посредством изменения скорости машины. Случая полного резонанса достичь не; удалось. Когда конденсатор был подключен к контактам машины — при этом сначала была определена самоиндукция якоря в максимальном и минимальном положении и взято среднее! значение, — емкость, которая давала наибольшую электродвижущую силу, ближе всего соответствовала той, которая просто противодействовала самоиндукции при данной частоте. Если емкость увеличивалась или уменьшалась, электродвижущая сила как и ожидалось, падала.

При столь высоких частотах как те, что упомянуты выше, эффекты конденсатора очень важны. Конденсатор становиться очень эффективным прибором, способным передавать значительную энергию.

Автор считал, что машины высокой частоты могут найти применение по крайней мере в случаях, когда не предполагается передача на большие расстояния. С помощью конденсаторов можно уменьшить рост сопротивления в проводниках и увеличить в устройствах, если нужны эффекты нагрева, можно сделать трансформаторы более эффективными, добиться более высоких мощностей и достичь значительных результатов. Работая с машинами высокой частоты автор смог наблюдать эффекты от использования конденсаторов, которые в противном случае могли избежать его внимания. Его очень заинтересовало явление, наблюдавшееся на электросети Ферранти, о котором так много говорили. Мнения высказывали знающие электротехники, но кажется, вплоть до настоящего дня все пока еще находятся в догадках. Без сомнений, в высказанных взглядах должна содержаться истина, но поскольку мнения различаются, часть из них должна быть ошибочной. Когда автор увидел диаграмму Ферранти в Электротехнике за 19 Декабря, у него сложилось мнение об этом эффекте. За отсутствием всех необходимых данных он должен удовлетвориться тем, что опишет на словах процесс, который, как он считает, несомненно и должен был происходить. Конденсатор привносит два эффекта: (1) Он меняет фазы токов в цепях; и (2) он меняет силу токов. Что касается изменений фазы, действие конденсатора состоит в том, что оно ускоряет ток во вторичной цепи в Дептфорде и замедляет в первичной в Лондоне. Первое влечет уменьшение самоиндукции в первичной в Дептфорде, а это означает меньшую электродвижущую силу динамо. Замедление в первичной цепи в Лондоне, если говорить только о фазе, имеет незначительный эффект или вообще никакого, потому что фаза тока во вторичной цепи в Лондоне не поддерживалась постоянной.

Далее, вторым эффектом конденсатора является увеличение тока в обеих цепях. Неважно, равны эти токи или нет; но необходимо сказать, чтобы увидеть важность Дептфордовского повышающего трансформатора, что увеличение тока в обеих цепях вызывает обратные эффекты. В Дептфорде это означает дальнейшее снижение электродвижущей силы в первичной цепи, а в Лондоне это означает повышение электродвижущей силы во вторичной. Таким образом, всё содействует появлению наблюдавшегося эффекта. Когда динамо подключено к сети непосредственно, можно увидеть, что никакого подобного эффекта происходить не может.

Автора особенно заинтересовали предположения и взгляды, выраженные М-ром Свинбурном. М-р Свинбурн часто оказывал ему почтение, не соглашаясь с его взглядами. Три года назад, когда автор, против преобладающего мнения инженеров, продвигал трансформатор с открытой цепью, М-р. Свинбурн был первым, кто критиковал его, когда писал в Electrician: "Этот трансформатор (Теслы) обязан быть неэффективным; его магнитные полюса вращаются, и поэтому у него не замкнута магнитная цепь". Два года спустя М-р Свинбурн становится поборником трансформатора с открытой цепью, и предлагает преобразовать его. Впрочем, tempora mutantur, et nos mutamur in illis^.

Автор не может поверить в теорию реакции якоря, изложенную в Industries, хотя несомненно в ней есть доля истины. Но толкование М-ра Свинбурна столь широко, что может означать что угодно.

М-р Свинбурн, кажется, был первым, кто привлек внимание к нагреванию конденсаторов. Изумление, выраженное по этому поводу талантливейшим электротехником — это поразительная иллюстрация желательности проведения экспериментов в большем масштабе. Научный исследователь, который имеет дело с мельчайшими величинами, кто наблюдает слабейшие эффекты, заслуживает доверия гораздо большего, нежели тот, кто экспериментирует с аппаратурой индустриального масштаба. На самом деле история науки увековечивает примеры непостижимого мастерства, терпения и проницательности исследований. Но каково бы ни было мастерство, какова бы ни была острота понимания исследователя, они могут только выиграть от увеличения эффекта, тем самым способствуя изысканиям. Если бы Фарадей выполнил хотя бы один из своих экспериментов по динамической индукции в большем масштабе, это могло бы принести неисчислимую выгоду.

По мнению автора, нагревание конденсаторов вызывается тремя различными причинами: первая — утечка или проводимость; вторая — несовершенство упругости диэлектрика, и третье — волнение зарядов в проводнике.

Во многих экспериментах автор сталкивался с проблемой передачи наибольшего возможного количества энергии через диэлектрик. Например, он делал лампы накаливания, в которых конца нитей накала были полностью запаяны в стекло, но подключены к обкладкам внутреннего конденсатора, так что всю энергию нужно было передавать через стекло при площади поверхности конденсатора не больше нескольких квадратных сантиметров. Эти лампы при достаточно высоких частотах имели бы практический успех. При переменах на уровне 15,000 в секунду нити легко раскалялись. При более низких частотах это тоже можно было выполнить, но разность потенциалов, конечно, надо было увеличить. Далее автор обнаружил, что через некоторое время в стекле появляются отверстия и вакуум нарушается. Чем выше частота тем дольше может выдержать лампа. Такой износ диэлектрика всегда имеет место, когда количество энергии, передаваемое через диэлектрик определенного размера и определенной частотой, слишком велико. Стекло выдерживает лучше всего, но даже стекло изнашивается. Конечно, в этом случае разность потенциалов на пластинах слишком велика, и вызывает потери на проводимость и несовершенную упругость. Если нужно сделать конденсаторы, способные выдерживать разности потенциалов, то единственный диэлектрик, который не приводит ни к каким потерям, — это газ под давлением. Автор работал с воздухом под огромными давлениями, но в этом направлении есть огромное количество практических трудностей. Он думает, что для того, чтобы сделать конденсаторы, имеющие значительную практическую пользу, следует использовать более высокие частоты, хотя такой план имеет помимо прочих тот недостаток, что система становится весьма неподходящей для работы моторов.