Лекции

Для того чтобы полностью удалить воздух, очень практичный способ при работе с небольшими катушками следующий: изготовьте деревянный ящик с толстыми стенками из дерева, долгое время вываренное в масле. Доски должны быть пригнаны так, чтобы могли долгое время выдерживать внешнее давление воздуха. Когда катушку вы поместите внутрь и установите, ящик следует плотно закрыть крепкой крышкой, а крышку укрепить металлическими пластинами и запаять их. В крышке высверливаются два сквозных отверстия, в которые вставляются стеклянные трубочки, а сочленения герметизируются. Одна из трубок соединяется с вакуумным насосом, а другая — с сосудом, содержащим достаточное количество олифы. Последняя трубка имеет в основании очень маленькое отверстие и снабжена запорным краном. Когда достигается приличный уровень вакуумирования, кран открывается и масло медленно поступает внутрь. Таким образом удается избежать больших пузырей, которые являются основной угрозой, между витками. Воздух выгоняется полностью, даже лучше, чем при кипячении, что для гуттаперчи не подходит.

Для первичной обмотки я беру обычный линейный провод с толстой хлопковой оплеткой. Жилы очень тонкого витого провода, правильно скрученные, конечно, наилучшим образом бы подошли, но их не достать.

В опытной катушке размер провода не имеет большого значения. В нашей катушке первичная обмотка из калиброванного провода № 12, а вторичная — из № 24 компании Браун и Шарп; но отдельные участки можно существенно изменять. Я бы только произвел некоторые подстройки; результат, которого мы хотим добиться, от этого не пострадает.

Я потратил какое-то время на описание кистевого разряда, потому что изучая его, мы не только услаждаем наш взор, но и получаем пищу для ума и приходим к некоторым практическим выводам. При использовании переменного тока высокого напряжения для предотвращения кистевого разряда не бывает излишней предосторожности. В основной токоведущей шине, в катушке ли, трансформаторе или конденсаторе, кистевой разряд — это главная угроза изоляции. В конденсаторе все газы должны быть тщательно удалены, ибо в нем заряженные поверхности находятся в непосредственной близости, и при высоком напряжении, — так же верно, как предмет упадет, если его отпустить, — так и изоляция будет пробита, если найдется хоть один пузырь газа, при полном же отсутствии газа конденсатор выдержит гораздо большее напряжение. Основной провод высокого напряжения может быть поврежден благодаря трещине или пустоте, тем более что в пустоте может содержаться разреженный газ; и поскольку почти невозможно избежать таких небольших недостатков, мне представляется, что в будущем доставка электроэнергии при помощи тока высокого напряжения будет происходить в жидкой изоляции. Стоимость — большой недостаток, но если мы применим масло для изоляции при передаче энергии с помощью тока напряжением, скажем, 100 000 вольт или более, то этот процесс станет настолько легким, что его трудно будет назвать достижением инженерной мысли. С масляной изоляцией и моторами переменного тока передача энергии будет безопасной и встанет на промышленную основу для расстояний не менее тысячи миль.

Особенностью масла и жидкой изоляции вообще является то, что при электрическом воздействии они выделяют пузырьки газа, который может в них присутствовать и растворяют его в своей массе задолго до того, как он может причинить какой-либо вред. Эту особенность можно наблюдать в обычной катушке, вынув первичную обмотку и закупорив один конец трубки и заполнив ее прозрачным жидким изолятором, например, парафиновым маслом. Первичная обмотка на несколько мм меньше, чем внутренний диаметр трубки, может быть помещена в масло. Когда катушка включается, то сверху сквозь масло можно увидеть множество светящихся точек — пузырьки воздуха, которые оказались там при помещении туда первичной обмотки и которые светятся вследствие интенсивной бомбардировки. Закупоренный воздух соударяется с маслом, оно начинает циркулировать, увлекая за собой часть воздуха до тех пор, пока пузырьки не растворятся, тогда светящиеся точки исчезают. Таким способом, если только не оказывается закупоренных больших воздушных пузырьков и становится невозможной циркуляция, удается избежать риска поломки, при этом лишь немного нагревается масло. Если же вместо жидкости применить твердую изоляцию, неважно, какой толщины, стал бы неизбежным пробой и поломка аппарата.

Полное удаление газов из устройства, в котором диэлектрик подвергается более или менее интенсивному воздействию меняющихся электрических полей, однако, не только желательно, но и целесообразно с точки зрения экономики. Например, в конденсаторе, если применять только твердый или только жидкий диэлектрик, потери будут малы; но если внутри останется газ под нормальным или низким давлением, то потери будут велики. Какова бы ни была природа сил, действующих в диэлектрике, видимо, в жидкости или твердой среде молекулярное смещение невелико, поскольку результат работы этой силы и процесса смещения незначителен — если только сила невелика; но в газах смещение и его результат огромны — молекулы движутся свободно, достигая высоких скоростей, и энергия их удара переходит в тепло или другую форму. Если газ сильно сжат, то вследствие этого смещение незначительно, а потери уменьшаются.

В большинстве следующих опытов я предпочел использовать, в основном по причине его стабильной и удовлетворительной работы, генератор переменного тока, о котором уже упоминал. Эта одна из машин, которую я построил для проведения таких опытов. Генератор имеет 384 полюса и способен выдавать ток с частотой примерно 10 000 колебаний в секунду. Об этой машине я говорил в своей лекции в Американском институте электроинженеров 20 мая 1891 года, о которой я уже упоминал. Более подробное описание, достаточное, чтобы по нему создать подобный аппарат, можно найти в нескольких профильных журналах этого периода.

Катушки, работающие от этого прибора, довольно малы и имеют от 5 000 до 15 000 витков во вторичной обмотке. Они помещены в прокипяченное льняное масло и находятся в деревянных ящиках, обшитых цинковыми пластинами.

Я счел целесообразным поменять местами обмотки и намотать в этих катушках первичные обмотки сверху; это позволяет применять большую первичную обмотку, что, конечно, уменьшает опасность перегрева и увеличивает мощность катушки. С каждой стороны первичная обмотка короче вторичной на один см для предотвращения пробоя на концах.

Когда первичная обмотка сделана подвижной, что необходимо для некоторых опытов и во много раз удобнее для настройки, я покрываю вторичную обмотку сургучом и обрабатываю на станке, доводя ее диаметр до размера немного меньшего, чем внутренний диаметр первичной обмотки. К последней пристраиваю рукоятку, выступающую из масла, служащую для того, чтобы сдвигать ее по отношению к вторичной.

Теперь позволю себе сделать несколько замечаний в отношении управления катушками индуктивности, которые были опущены в описаниях прошлых опытов.

Вторичная обмотка имеет такую индуктивность, что сила тока, протекающего через провод, очень мала и может быть такой, даже если выводы катушки соединены между собой проводником небольшого сопротивления. Если к выводам присоединить какую-либо емкость, то самоиндукция компенсируется и через вторичную обмотку течет ток большей силы, хотя выводы изолированы. Для человека, совсем незнакомого со свойствами переменного тока, не может быть ничего более загадочного. Эта особенность была продемонстрирована в опыте, где присутствовали металлическая сетка, соединенная с выводами катушки, и резиновая пластина. Когда проволочные сетки подносили близко друг к другу, между ними возникала небольшая дуга, мешавшая прохождению тока большой силы через вторичную обмотку, так как устраняла емкость на выводах; когда между выводами помещали резиновую пластину, емкость созданного конденсатора компенсировала самоиндукцию катушки, и разряд был гораздо сильнее.

Первостепенная задача, следовательно, соединить емкость со вторичной обмоткой, чтобы преодолеть самоиндукцию. Если частота и потенциал очень высоки, то газообразное вещество надлежит тщательно изолировать от заряженных поверхностей. Если использовать лейденские банки, находящиеся под большим напряжением, то их надо погрузить в масло, в противном случае происходит значительное рассеивание. При высоких частотах также важно соединить конденсатор с первичной обмоткой. Можно соединить конденсатор с концами первичной обмотки или выводами генератора, но последнее не рекомендуется, так как устройство можно повредить. Лучше всего, без сомнения, включить конденсатор последовательно с первичной обмоткой и генератором и настроить его емкость так, чтобы устранить самоиндукцию в этих приборах. Конденсатор должен иметь очень тонкую подстройку, для этого удобно применять небольшой масляный конденсатор с подвижными пластинами.