Чтение онлайн

Чтобы передать общую идею инструмента, в котором воплощены многие последние усовершенствования, я буду ссылаться на Рис. 9, иллюстрирующий основные части прибора. Показан вид сбоку и частично вид сверху в вертикальном поперечном разрезе. Расположение частей такое же, как и в предыдущих случаях. Только возбуждающая катушка с вибрирующим прерывателем заменена улучшенным прерывателем цепи, на который была сделана ссылка

Это устройство включает в себя литую форму Лс выступающей втулкой В,которая поддерживает свободно вращающийся вал а.На валу расположен якорь, помещенный в поле постоянного магнита М,а наверху находится полый железный шкив D,в котором и находится прерыватель цепи. Внутри вала a, концентрически по отношению к нему, установлен такой же, но меньшего размера вал Ь,также свободно вращающийся в шарикоподшипнике; и поддерживающий груз Е.Груз расположен с одной стороны, поэтому валы аи b отклонены от вертикали. Когда шкив вращается, груз остается неподвижным. Прикрепленное в грузу Еустройство R,выполненное в форме ковша с очень тонкими стенками, суженого на ближнем к шкиву конце, и расширеного на противоположном. Небольшое количество ртути помещено в шкив, который вращается против узкого конца ковша. При этом часть жидкости забрасывается тонкой и широкой струей к центру шкива. Верхняя часть последнего герметично закрыта железной шайбой. Эта шайба удерживает на стальном пруте Lдиск F,сделанный из того же металла, что и шайба, с помощью большого числа тонких скользящих контактов К.Прут] Lизолирован шайбами Nот шкива, а для удобства заполнения ртутью предусмотрен маленький винт о.Болт L,представляющий собой одну из клемм прерывателя цепи, соединен медной полосой с первичным контуром р.Другой конец первичного контура ведет к одной из клемм конденсатора С, расположенного в отделении ящика Л.Другие отделения ящика зарезервированы для выключателя Sи места под инструменты. Другая клемма конденсатора подключается к литой форме Аи через нее к шкиву D.Когда шкив вращается, скользящие контакты Кначинают быстро двигаться к и от контакта вместе с потоком ртути, тем самым быстро замыкая и размыкая цепь. Такое устройство легко может производить десять тысяч прерываний в секунду и даже больше. Вторичный контур состоит из двух отдельных катушек. Они расположены так, что могут выскальзывать, а полоса металла в середине соединяет их с первичным контуром. Это сделано для того, чтобы предохранить вторичный контур от поломки, когда одна из клемм перегружается, как это часто случается в работающих рентгеновских лампах. Катушка такой формы может выдерживать значительно большую разность потенциалов, чем обычная катушка.

Сфера и якорь двигателя изготовлены из пластин, что позволяет использовать двигатель в цепях как постоянного, так и переменного тока. Валы установлены как можно ближе к вертикали — в таком положении им требуется меньше смазки. Таким образом, единственная деталь, которая требует к себе некоторого внимания, — это коммутатор двигателя, однако, при наличии постоянного источника переменного тока, возможные проблемы отпадают сами собой.

Соединения цепи данного устройства уже были продемонстрированы, а режим работы описан в периодической печати. Обычный способ соединения отображен на Рис. 8, где А2А2 — клеммы питающей цепи, L— самоиндукционная катушка для повышения напряжения, которая последовательно соединена с конденсатором Си первичным контуром Р Р. Оставшиеся литеры обозначают соответствующие части устройства, изображенного на Рис. 9.

НАУЧНЫЕ И ТЕХНИЧЕСКИЕ СТАТЬИ

ЯВЛЕНИЯ ПЕРЕМЕННЫХ ТОКОВ ОЧЕНЬ ВЫСОКОЙ ЧАСТОТЫ*

Журналы по электричеству становятся все более и более интересными. Каждый день наблюдаются новые факты и встают новые проблемы, овладевающие вниманием инженеров. В последних номерах английских журналов, особенно в Electrician, было поднято несколько новых вопросов, которые привлекли к себе более чем просто обычное внимание. Выступление Профессора Крукса оживило интерес к его красивым и искусно выполненным экспериментам, эффект, наблюдавшийся на электросетях Ферранти, побудил выразить свои мнения нескольких ведущих Английских электротехников, а М-р. Свинбурн указал на некоторые интересные моменты в связи с конденсаторами и возбуждением в динамо.

Собственные знания и опыт автора побудили его отважиться на некоторые замечания по этим и другим вопросам в надежде, что эти замечания дадут какую-нибудь полезную информацию читателю или наведут его на размышления.

Среди своих многочисленных экспериментов Профессор Крукс демонстрирует ряд опытов с трубками без внутренних электродов, и из его замечаний можно сделать вывод, что полученные с этими трубками результаты довольно необычны. Если это так, то автор должен выразить свои сожаления о том, что Профессор Крукс, чья превосходная работа восхитила каждого исследователя, не воспользовался в своих экспериментах машиной переменного тока, сконструированной должным образом, — а именно, такой, которая дает, скажем, 10,000 — 20,000 перемен тока в секунду. Тогда его исследования этого сложного но пленительного предмета были бы [гораздо] полнее. Конечно, это правда, что при использовании такой машины, подключенной к индукционной катушке, отличительные особенности электродов, — что во многих экспериментах если и не необходимо, то желательно, — теряются, и в большинстве случаев оба электрода ведут себя схожим образом. Но, с другой стороны, экспериментатор получает возможность произвольно усиливать эффекты. Когда используется вращающийся переключатель или коммутатор, достижимая частота переключений постоянного тока ограничена. Когда коммутатор вращается быстрее, первичный ток-ослабевает, а если ток увеличивать, то искрение, которое нельзя полностью преодолеть конденсатором, портит прибор. Ни одного из этих ограничений нет, если применять машину переменного тока, потому что можно достичь любой желаемой частоты изменения в первичном токе. Таким путем возможно получить чрезвычайно большую электродвижущую силу во вторичной цепи при относительно небольшом первичном токе, и помимо того, можно вполне полагаться на безупречную исправность работы прибора.

Попутно автор также отметит, что любой, кто будет пытаться сконструировать такую машину в первый раз, сможет потом написать целое сказание о своих мытарствах. Само собой разумеется, он сначала начнет делать якорь с нужным количеством полярных выступов. После чего получит удовлетворение от того, что создал прибор, который вполне подойдет для аккомпанемента в опере Вагнера. Кроме того, он сможет по ходу дела овладеть добродетелью преобразования механической энергии в тепло почти что в совершенстве. Если будет обращение полярности полюсов, то он будет получать тепло от машины; если обращения не будет, нагрев будет меньше, но и выхода почти не будет. Он после этого откажется от железа в якоре, и попадет от Сциллы к Харибде. Он будет ожидать одной трудности, а сталкиваться с другой, но после нескольких попыток он сможет получить почти то, что хотел.

Среди большого числа экспериментов, которые можно провести с такой машиной, не последний интерес представляют опыты с индукционной катушкой высокого напряжения. Характер разряда полностью меняется. Дуга устанавливается на гораздо больших расстояниях, и на нее столь легко влияет самый слабый поток воздуха, что часто она извивается самым причудливым образом. Она обычно издает ритмический звук, свойственный дугам переменного тока, но любопытно, что этот звук можно слышать при числе перемен намного выше десяти тысяч в секунду, что многими считается [приблизительной] границей слышимости. Катушка во многих отношениях ведет себя как статическая машина. Острия существенно уменьшают ее разрядный промежуток, потому что электричество свободно стекает с них, а от присоединенного к одной из клемм провода исходят потоки света, как если бы он был соединен с полюсом мощной машины Теплера. Все эти явления возникают, безусловно, главным образом благодаря получаемой огромной разности потенциалов. Вследствие самоиндукции катушки и высокой частоты ток незначителен, тогда как напряжения соответствующий рост есть. Импульс тока определенной силы, начавшийся в такой катушке, продолжает течь не менее четырех десятитысячных секунды. Поскольку это время больше, чем половина периода, то получается, что противоположная электродвижущая сила начинает действовать в то время, пока ток еще течет. И как следствие этого, напряжение растет как давление в заполненной жидкостью трубе, которая быстро вибрирует относительно своей оси. Ток настолько мал, что, по мнению и невольному опыту автора, разряд даже очень большой катушки не может причинить сколько- нибудь серьезного вреда, тогда как в случае, если та же самая катушка будет работать под током меньшей частоты, то, хотя электродвижущая сила и будет гораздо меньше, разряд ее будет несомненно весьма вредоносным. Этот эффект, однако, лишь частично обусловлен высокой частотой. Опыт автора говорит о том, что чем больше частота, тем больше количество | электрической энергии, которое может пройти через тело человека без серьезного дискомфорта; откуда представляется необходимым вывод, что человеческие ткани действуют как конденсаторы.

Экспериментатор не вполне готов к поведению катушки, подсоединенной к Лейденской банке. Он, конечно, ожидает, что из-за высокой частоты емкость банки должна быть маленькой. Поэтому он берет очень маленькую банку, размером примерно с небольшой стакан для вина, но обнаруживает, что даже с такой банкой катушка практически оказывается замкнутой накоротко. Тогда он уменьшает емкость, пока не доходит приблизительно до емкости двух сфер, скажем, десяти сантиметров в диаметре и на расстоянии два — четыре сантиметра. Тогда разряд принимает форму зазубренной ленты, которая выглядит в точности как последовательность искр, наблюдаемая в быстро вращающемся зеркале; зубцы, конечно, соответствуют разрядам конденсатора. В этом случае экспериментатор может наблюдать странный эффект. Разряд начинается в ближайших [друг к другу] точках, постепенно нарастает, прерывается где-то в районе верха сфер, начинается вновь внизу и так далее. Это происходит так быстро, что несколько зазубренных лент видны одновременно. Это может озадачить на несколько минут, но объяснение достаточно просто. Разряд начинается в ближайших точках, воздух нагревается и поднимает дугу вверх, пока она не прервется, тогда! она вновь устанавливается в ближайших точках, и т. д. Поскольку ток легко проходит через конденсатор малой емкости, естественным будет то, что подсоединение только одного контакта к телу того же размера, не важно насколько хорошо изолированного, заметно уменьшает расстояние пробоя дуги.

Отдельный интерес представляют опыты с трубами Гейсслера. Откачанная трубка, не содержащая в себе каких-либо электродов, на некотором расстоянии от катушки будет светиться. Если трубка от вакуумного насоса идет рядом с катушкой, то весь насос ярко светится. Поднесенная к катушке лампа накаливания начинает светиться и ощутимо нагревается. Если контакты лампы подсоединены к одной из клемм катушки, и к колбе лампы приблизить руку, то возникает очень любопытный и весьма неприятный разряд от стекла к руке, при этом нить [лампы] может раскалиться. Этот разряд в определенной степени сходен с потоком, исходящим от пластин мощной машины Тэплера, но несравненно больше по величине. Лампа в этом случае работает как конденсатор, разреженный газ является одной обкладкой, а рука человек — другой. Когда колбу лампы берут в руку и приближают металлические контакты или приводят их в контакт с проводником, соединенным с катушкой, уголь ярко раскаляется и стекло быстро нагревается. Со 100-вольтовой лампой в 10 свечей можно без особых неудобств выдержать ток, достаточный для того, чтобы лампа ярко засветилась; но продержать ее в руке можно только несколько минут, потому что стекло разогревается за необычайно короткое время. Когда трубка загорается при приближении ее к катушке, ее можно погасить, если поместить металлическую пластину в руке между катушкой и трубкой; но если металлическую пластину закрепить на стеклянной палочке или еще как-нибудь изолировать, трубка будет продолжать светиться и тогда, когда внесут пластину, или даже может начать светиться еще ярче. Этот эффект зависит от положения пластины и трубки относительно катушки, и его легко предсказать, предположив, что имеет место проводимость между одним контактом катушки и другим. В зависимости от положения пластины она может или отводить ток от трубки, или направлять его к ней.

В другом направлении своей работы автор часто во время экспериментов заставлял лампы накаливания на 50 и 100 вольт гореть с любой [световой] силой, когда оба контакта каждой лампы подключались к толстому медному проводу длиной не более нескольких футов. Эти эксперименты представляются достаточно интересными, но не более, чем тот странный эксперимент Фарадея, воскрешенный и много раз исполненный недавними исследователями, в котором разряд заставляют бить между двумя концами согнутого медного провода. Этот эксперимент можно повторить и здесь, что представляется столь же интересным. Когда трубку Гейсслера, контакты которой соединены медным проводом, подносят к катушке, определенно никто не будет готов увидеть, что трубка начнет светиться. Достаточно любопытно, что она светится, и еще более того, что провод особенного влияния не оказывает. В первый момент можно подумать, что к этому явлению какое-то отношение имеет сопротивление провода. Но конечно же, это сразу отклоняется, потому что для этого нужна огромная частота. Этот эффект кажется загадочным только сначала; поразмыслив, становится достаточно ясно, что провод особой разницы не делает. Это можно объяснить более чем одним способом, но вероятно наилучшим образом согласуется с наблюдениями то предположение, что присутствует проводимость от контактов катушки через пространство. При этом предположении, если трубку с проводом держать в любом положении, то провод может отбирать не намного более, чем тот ток, который течет через пространство, занятое проводом и металлическими контактами трубки; через прилегающее пространство ток течет практически без возмущения. По этой причине, если трубку держать в любом положении под прямыми углами к линии, соединяющей клеммы катушки, провод вообще вряд ли оказывает какое-либо влияние, но в положении более или менее параллельном этой линии он до определенной степени влияет на яркость трубки и ее способность загораться. Исходя из того же предположения можно объяснить и многие другие явления. В частности, если концы трубки снабдить щетками достаточной величины и держать на линии, соединяющей контакты катушки, она не загорается, и тогда почти весь ток, который иначе бы тек однородно через пространство между щетками, отводится через провод. Но если трубку в достаточной степени наклонить по отношению к этой линии, она загорается несмотря на щетки. Также, если металлическую пластину закрепить на стеклянной палочке и держать под прямыми углами к линии, соединяющей клеммы, и ближе к одному из них, то трубка, расположенная более или менее параллельно этой линии, мгновенно загорится, когда один из контактов коснется пластины, и погаснет, когда [контакт] отделится от пластины. Чем больше размер пластины, до определенного предела, тем легче трубка загорается. Когда трубка располагается под прямыми углами к линии, соединяющей клеммы, а отом поворачивается, ее яркость растет, пока она не станет параллельна этой линии. Автор должен, однако, отметить, что он не поддерживает идею утечки или тока через пространство более, чем как удобное объяснение, потому что убежден, что все эти эксперименты не могли бы быть выполнены со статической машиной, дающей постоянную разность потенциалов, и что большое отношение к этим явлениям имеет эффект конденсатора.

При работе с катушкой Румкорфа с быстро меняющимися токами следует принять определенные предосторожности. Первичный ток не следует включать слишком надолго, иначе катушка может стать настолько горячей, что расплавит гуттаперча или парафин, или еще как- нибудь повредит изоляции, и это может произойти на удивление быстро, учитывая силу тока. При включенном первичном токе контакты обмотки тонкого провода можно соединять без особого риска, поскольку сопротивление настолько велико, что трудно вызвать ток через тонкую обмотку, достаточный, чтобы как-либо его повредить, и на самом деле, катушка в целом I может находиться в гораздо большей безопасности, когда контакты тонкого провода | соединены, нежели когда они изолированы; однако особенно осторожным надо быть, когда контакты подключаются к Лейденской банке, потому что где-нибудь в районе критической емкости, которая противодействует самоиндукции при существующей частоте, катушку может постигнуть судьба Св. Поликарпа. Если дорогой вакуумный насос начинает светиться, находясь вблизи катушки или касаясь провода, подключенного к одному из контактов, ток можно оставить только на несколько кратких моментов, иначе стекло потрескается из-за нагревания разреженного газа в одном из узких мест — по собственному опыту автора quod crat demonstrandum'.