Лекции

Поначалу может показаться неясным, почему первичный разрядный контур так чувствителен к изменениям длины, ибо цепь любой длины может быть подключена к конденсатору, и если соотношение между сопротивлением, емкостью и самоиндукцией удовлетворяет условиям, определенным лордом Кельвином, произойдет колебательный разряд. Но следует помнить, что скорость распространения возмущения в контуре зависит от этих величин, и наилучшего результата можно достичь, когда скорость такова, что формируется стоячая волна с одной точкой пересечения, расположенной почти всегда в точке контура или проводника, равноудаленной от пластин конденсатора. При таком условии достигается максимальное напряжение на выводах конденсатора. Но такое состояние возможно только тогда, когда скорость распространения по контуру такова, что возмущение проходит с интервалом, необходимым для завершения половины колебания. Итак, поскольку скорость крайне высока, а длина контура очень мала, даже незначительные изменения длины могут привести к поразительным изменениям в работе устройства. Эти утверждения, конечно, не следует воспринимать как обязательные для каждого случая, такие события имеют место только в случаях, когда колебание разрядного контура, начатое колебанием контроллера, не затухает до начала следующего колебания контроллера. Это можно наглядно проиллюстрировать на примере, взятом из механики. Представим пружину с грузом, подвешенную в тисках, которая начинает вибрировать после нанесенного по ней удара.

Дадим колебаниям затухнуть и нанесем следующий удар. Пружина начнет колебаться, как и прежде, и неважно, какой груз к ней подвешен, какова ее упругость, каков период колебаний и с каким интервалом наносятся удары, процесс преобразования энергии ударов в энергию колебаний будет происходить с одинаковой экономичностью, за исключением влияния второстепенных факторов, которые не играют сейчас никакой роли. То же самое происходит и с электромагнитной системой, и на ранних стадиях экспериментов и отладки прибора я использовал конденсаторы, обычные и электролитические, очень большой емкости и разряжал их со сравнительно большими интервалами через первичный контур, имевший крайне малую самоиндукцию и сопротивление, таким образом получая импульсы тока, достигавшие, по крайней мере, по подсчетам, максимальной величины 100 000 ампер. Таким способом я получал высокую максимальную скорость изменения, но тем не менее средняя скорость изменения была невелика. Если еще раз рассмотреть приведенный выше механический аналог, то из него немедленно можно извлечь урок. Рассматривая пружину как прибор для преобразования энергии, можно сделать вывод, что и экономия и мощность требуют, чтобы колебания продолжались как можно дольше, а удары наносились как можно чаще. Для того чтобы достичь этих требований, надо сделать так, чтобы удары наносились в то время, когда пружина еще колеблется, из чего следует — надо вовремя наносить их. Точно так же и в электромагнитной системе, контроллер цепи должен работать с определенными интервалами, чтобы обеспечить наибольшую частоту колебаний при наименьших затратах энергии. При создании прибора для практического применения принимается произвольное число базовых импульсов, и конденсатор, который изготавливается во время особого процесса, не может быть настроен без особых трудностей, а размер и в определенной степени количество витков первичной обмотки можно определить заранее, исходя из практических соображений. Более того, нежелательно, из соображений экономии, прибегать к удобному в иных случаях способу настройки, когда последовательно с первичной обмоткой включается самоиндуктивность. Такие действия затруднят настройку остальных параметров, и я время от времени прибегал к различным способам настройки, которые казались само собой разумеющимися. Например, поверх первичной я наматывал еще одну обмотку и включал ее параллельно первичной, либо точной настройки я добивался путем определения величины самоиндукции и емкости вторичной обмотки.

Для того чтобы облегчить процесс наблюдения и сделать возможным точное определение колебаний электромагнитной системы, равно как и колебания или обороты механических устройств, таких, как контроллеры цепи, применяемые вместе с такими системами, было решено обязательно создать устройство для этих целей. С самого начала я решил обзавестись устройством визуальной синхронизации. В таком устройстве обычно диск или цилиндр с отметками вращается с постоянной скоростью и периодически освещается световым сигналом, причем метки кажутся застывшими на месте, когда обороты диска синхронны периодам светового сигнала. Главное достоинство такого метода очевидно заключается в постоянстве скорости вращения или в постоянном периоде колебаний. Довольно рано столкнувшись с проблемой вращения тела с одинаковой огромной скоростью, что требуется во многих случаях, или с проблемой получения колебаний с постоянным периодом, я уделил некоторое внимание изучению этого предмета, и по прошествии времени у меня появилось несколько практических решений, более или менее удовлетворительных.

Одно из них, например, при помощи сжатого Воздуха или пара добиться колебаний свободного поршня, который жестко соединен с обмоткой или сердечником электрогенератора. Когда поршень двигался возвратно-поступательно, создавался переменный ток, который пропускался через конденсатор или через первичную обмотку трансформатора, в этом случае вторичная обмотка последнего соединялась с выводами конденсатора. При соблюдении условия, что воздух или пар подавались только в течение короткого промежутка времени, когда поршень находился в срединном положении, а колебания электромагнитной системы, состоявшей из конденсатора и возбуждающей катушки, тщательно настраивались таким образом, чтобы имел место базовый резонанс, было обнаружено, что при таких условиях электромагнитная система полностью контролировала колебания поршня и что изменения в подаче жидкости, которые могли привести к изменению амплитуды колебаний, могли быть очень серьезными, но это не приводило к изменению периода вибраций механической системы, поэтому полученный ток имел строго определенный и постоянный период колебаний. В дальнейшем он по-разному использовался для получения равномерного вращения.

Еще один способ получить такой же результат, но более практичный — вырабатывать токи различных фаз посредством паровой машины особой конструкции, где возвратно-поступательное движение поршней, выполняющих работу, и соединенных с ними магнитных сердечников или обмоток контролируется свободным золотниковым клапаном, период колебаний которого устанавливается в постоянном положении при помощи механических средств или при помощи электромагнитной системы, как и в ранее описанном примере. Синхронный двигатель переменного тока, работающий от двух- или трехфазных токов вращается настолько равномерно, что приводит в действие механизм довольно точных часов.

Я могу упомянуть некоторые другие способы решения проблемы, которые, хотя и не являются настолько же удовлетворительными, всё же оказывались удобными и полезными во многих случаях. Например, мотор постоянного тока с листовым статором или без сердечника соединен последовательно с конденсатором через коллектор или прерыватель, укрепленный в полости легкого ротора. Этот прибор сконструирован таким образом, что он попеременно замыкает и размыкает контакты конденсатора, как и в вышеописанных устройствах. Когда контакты конденсатора замкнуты, через мотор проходит сильный импульс тока, а когда контакты размыкаются разряд тока высокого напряжения устремляется в конденсатор. Но количество энергии и продолжительность обоих импульсов, а также всех, что проходят через мотор, в основном зависят от самоиндукции обмоток мотора и емкости конденсатора, и поэтому, имея определенный диапазон варьирования приложенной эдс, мало зависят от последней. Следовательно двигатель, имеющий незначительные потери на трение и управляемый подобным образом, совершает за единицу времени почти одинаковое число оборотов. Скорость наиболее постоянна, чем сильнее контролирующее воздействие электромагнитной системы, которое, конечно, наиболее полно, когда количество импульсов, емкость и самоиндукция были настроены таким образом, что достигался базовый резонанс. Как уже ранее говорилось, в большинстве этих новейших устройств такие условия соблюдаются и — применяются ли там вращающиеся прерыватели, или контрольные пружины — именно они, эти условия, в той или иной степени способствуют эффективности описанного принципа. Именно по этой причине контактные пружины в таких приборах не подвержены гармоникам, как это часто случается в обычных катушках индуктивности, работающих от сети питания, где физические константы обычно таковы, что такие настройки невозможны.