Статьи

Мы наблюдаем незначительные физиологические эффекты, быстрое нагревание железных сердечников и проводов, любопытные индукционные эффекты, интересные эффекты конденсатора, и еще более интересные световые явления при высоком напряжении индукционной катушки. Все эти эксперименты и наблюдения представляют огромный интерес для студента, но их подробное описание увело бы меня слишком далеко от главного предмета. Отчасти по этой причине, а отчасти вследствие их огромной важности, я ограничусь описанием световых явлений, производимых этими токами.

Для этой цели в экспериментах используется индукционная катушка высокого напряжения или эквивалентный аппарат для преобразования токов сравнительно низкого напряжения в токи высокого напряжения.

Если вам в достаточно мере будут интересны результаты, то я расскажу вам, как подойти к экспериментальному изучению этого предмета; если вы уверитесь в истинности аргументов, которые я выдвину, то вашей целью будет получение высоких частот и высокого напряжения; другими словами, мощных электростатических эффектов. Вы встретите множество трудностей, которые, если их полностью преодолеть, позволят добиться поистине удивительных результатов.

Первой встретится трудность получения нужных частот с помощью механического аппарата, а если они получаются иным способом, то встают препятствия другого характера. Следующей трудностью будет обеспечение необходимой изоляции, без существенного увеличения размеров аппарата, потому что требуемые потенциалы высоки, и в связи с быстротой чередования изоляция представляет определенную трудность. Так, например, присутствие газа может привести, из-за бомбардировки молекул газа и, как следствие, нагрева, к разряду даже через дюйм лучшего твердого изоляционного материала, таких как стекло, эбонит, фарфор, сургуч и т. п.; в действительности, через любой известный изоляционный материал. Главным требованием к изоляции аппарата является, таким образом, удаление любой газообразной материи.

В целом, мой опыт показывает, что вещества, обладающие наибольшей диэлектрической проницаемостью, такие как стекло, обеспечивают довольно плохую изоляцию по сравнению с веществами, которые, хотя и являются хорошими изоляторами, обладают гораздо меньшей диэлектрической проницаемостью, такие как например масло, при этом диэлектрические потери в первом без сомнения выше. Трудность с изоляцией, конечно, есть лишь в том случае, когда потенциалы чрезмерно высоки, потому что при потенциалах в несколько тысяч вольт не встречается особых трудностей при передаче на достаточное расстояние тока от машины, дающей, скажем, 20,000 перемен в секунду. Однако, такое число перемен для многих целей слишком мало, хотя и оказывается достаточным для некоторых практических применений. Эта сложность с изоляцией, к счастью, не является принципиальной помехой; она влияет главным образом на размеры аппарата, потому что когда будут использоваться очень высокие потенциалы, то дающие свет устройства будут располагаться недалеко от аппарата, а часто и очень близко к нему. Гак как воздушная бомбардировка изолированного провода зависит от эффекта конденсатора, то потерю можно уменьшить до минимума, если использовать очень хорошо заизолированные тонкие провода.

Ещё одна трудность будет с емкостью и самоиндукцией, которыми непременно обладает катушка. Если катушка большая, то есть если на ней намотан очень длинный провод, то она вообще не подойдет для очень высоких частот; а если она маленькая, то она будет хорошо работать на высоких частотах, но потенциал, при этом, будет не такой высокий, как хотелось бы. Хороший изолятор, предпочтительно с малой диэлектрической проницаемостью, даст нам двойное преимущество. Во-первых, он даст возможность создать маленькую катушку, способную выдерживать огромные разности потенциалов. А во-вторых, такая маленькая катушка, по причине её меньшей емкости и самоиндукции, будет способна на более быстрые и интенсивные вибрации. Поэтому к вопросу создания катушки или любого рода индукционного аппарата, обладающего необходимыми качествами я относился очень серьезно и работал над этим достаточно долгое время.

Исследователь, желающий повторить описываемые эксперименты с машиной переменного тока, способной давать токи нужной частоты, и индукционной катушкой, добьется успеха, если вынет первичную катушку и соберет вторичную таким образом, чтобы можно было смотреть сквозь трубку, вокруг которой намотана вторичная обмотка. Он сможет наблюдать потоки, проходящие от первичной обмотки к изоляционной трубке и по их интенсивности сможет понять, докуда можно поднимать напряжение на катушке. Без этой меры предосторожности он наверняка повредит изоляцию. Такая компоновка, помимо прочего, позволяет легко менять первичные обмотки, что в этих экспериментах весьма желательно.

Выбор типа машины, наиболее подходящего для целей опытов, должен быть предоставлен экспериментатору. Здесь представлено три различных типа машин, которые, не считая всех остальных, я в своих опытах использовал.

На рисунке 1 изображена машина, которую я использовал в экспериментах, демонстрируемых в этом Институте. Возбуждающий электромагнит состоит из кольца из кованого железа, имеющего 384 полюсных наконечника. Якорь состоит из стального диска, на котором закреплен тонкий, хорошо провареный сваркой обод из кованого железа. На обод намотано несколько слоев тонкой, хорошо отожженой железной проволоки, которая во время намотки проходит через шеллак. Провода якоря намотаны вокруг латунных штырей, обернутых шелковой нитью. Диаметр проволоки якоря в машине данного типа не должен превышать 1/4 толщины полюсных наконечников, в противном случае будет достаточно сильным локальное воздействие.

На рис. 2 представлена большая машина другого типа. Возбуждающий магнит этой машины состоит из двух одинаковых частей, которые либо окружают собой катушку возбуждения, либо же наматываются независимо. Каждая часть имеет 480 полюсных наконечника, причем наконечники одной расположены против наконечников другой. Якорь состоит из колеса, сделанного из твердой бронзы и несущего на себе проводники, которое вращается между наконечниками возбуждающего магнита. Для намотки проводников якоря янашел самым удобным следующий способ способ. Я изготовил из твердой бронзы кольцо нужного размера. Это кольцо и обод колеса были снабжены нужным количеством штырьков, и оба закреплены на плоскости. Когда проводники якоря был намотаны, штырьки срезались, и концы проводов закреплялись двумя кольцами, которые, соответственно, привинчивались к бронзовому кольцу и ободу колеса. После этого все можно было снимать, оно составляло прочную конструкцию. Проводники в такой машине должны делаться из листовой меди, толщина которой, кончено, зависит от толщины полюсных наконечников; или же следует использовать тонкие переплетенные провода.

На рис. 3 показана машина меньшего размера, во многом похожая на предыдущую, только здесь поводники якоря и катушка возбуждения закреплена неподвижно, а только вращается болванка из кованого железа.

Если бы я пустился в дальнейшие подробности конструкции этих машин, это только излишне удлиннило бы это описание. Кроме того, они были несколько более глубоко описаны в Electrical Engineer за 18 Марта 1891 года. Однако, я полагаю, совсем неплохо было бы привлечь внимание исследователя к двум моментам. Хотя важность их и самоочевидна, исследователь, тем не менее, склонен их недооценивать. А именно, это локальное воздействие в проводниках, которого ни в коем случае нельзя допускать, и зазор, который должен быть мал. Я могу добавить, что ввиду желательности использования высоких периферийных скоростей якорь следует делать очень большого диаметра, чтобы избежать трудноосуществимых скоростей приводных ремней. Из нескольких типов этих машин, сделанных мною, с машиной, изображенной на Рис. 1, у меня возникло всех меньше проблем при создании и сборке, как впрочем и при обслуживании ее, да и в целом, это была хорошая экспериментальная машина.