Статьи

Если в этих экспериментах использовать стальной сердечник, следует внимательно следить за ним, так как он может чрезмерно нагреться за чрезвычайно короткое время. Чтобы вы получили представление о том, как быстро он нагревается, я могу сказать, что если пропустить мощный ток через обмотку со многими витками, то внесения внутрь неё тонкой железной проволоки не более, чем на секунду, будет достаточно, чтобы нагреть ее примерно до 100 °C.

Но это быстрое нагревание не должно заставить нас отказаться от использования стальных сердечников в экспериментах с быстро переменяющимися токами. В течение долгого времени я был убежден в том, что в промышленном токоснабжении с применением трансформаторов можно осуществить примерно следующий план. Мы можем использовать небольшой железный сердечник, секционный или даже, может быть, нет. Мы можем окружить этот сердечник толстым слоем жаростойкого материала, который слабо проводит тепло, а поверх него разместить первичную и вторичную обмотки. Используя либо более высокие частоты, либо магнитные силы, мы можем нагреть стальной сердечник с помощью гистерезиса и вихревых токов до такой степени, чтобы он достиг почти максимальной [магнитной] проницаемости, которая, как показал Хопкинсон, может быть в целых шестнадцать раз больше, чем при обычных температурах. Если стальной сердечник хорошо защищен, он не будет портиться из- за нагревания, и если покрытие из жаростойкого материала будет достаточно толстым, то, несмотря на высокую температуру, сможет излучаться только ограниченное количество энергии. Мною были сконструированы трансформаторы для этого проекта, но из-за недостатка времени они ещё не прошли тщательную проверку.

Другой способ приспособить стальные сердечники к быстрым переменам, или, говоря в общем, снизить фрикционные потери, — это создать с. помощью постоянного намагничивания поток примерно в семь или восемь тысяч линий на квадратный сантиметр, проходящий сквозь стальной сердечник, и затем работать со слабыми магнитными силами и преимущественно высокими частотами вокруг точки максимальной проницаемости. Этим способом достигается более высокая эффективность преобразования и больший выход. Я также применил этот принцип в связи с машинами, на которых отсутствует обращение полярности. В машинах этого типа выход не очень большой по причине малого количества полярных выступов, так как максимумы и минимумы намагничивания далеки от точки максимальной проницаемости. Но при очень большом количестве полярных выступов можно достичь нужной скорости изменений, при этом намагничивание не меняется настолько, чтобы сильно отклоняться от точки максимальной проницаемости, и получается значительный выход.

Средства, описанные выше, относятся исключительно к использованию промышленных катушек, сделанных как они обычно. Если нужно сделать катушку специально для целей проведения описанных мной экспериментов, или, в общем, чтобы она могла выдерживать максимально возможную разность потенциалов, то лучше использовать конструкцию, изображенную на Рис. 17. В этом случае катушка состоит из двух независимых частей, которые наматываются противоположно, и соединение их друг с другом делается вблизи первичной обмотки. Так как напряжение в середине равно нулю, нет особой опасности пробоя на первичную обмотку, и не требуется много изоляции. Однако в некоторых случаях среднюю точку можно подсоединить к первичной обмотке или заземлить. В такой катушке точки с наибольшей разностью потенциалов находятся далеко друг от друга, и катушка способна выдерживать огромное напряжение. Обе части могут быть подвижными, чтобы допускать небольшое регулирование емкости.

Что касается способа изолирования обмотки, то удобнее всего это делать следующим образом: Во-первых, провод следует варить в парафине, пока не выйдет весь воздух; затем намотать катушку, пропуская провод через расплавленный парафин, просто для фиксации провода. Зате м обмотку снимают с каркаса катушки, погружают в цилиндрический сосуд, наполненный чистым расплавленным воском, и долгое время варят там до тех пор, пока не прекратится появление пузырьков. После этого все оставляют до полного охлаждения, далее эту массу вынимают из сосуда и обрабатывают на токарном станке. Обмотка, изготовленная подобным образом и тщательно, способна выдерживать огромные разности потенциалов.

Можн о также поместить обмотку в парафиновое масло или в какое-либо другое масло; это весьма эффективный способ изолирования, в основном из-за абсолютного исключения воздуха, но в итоге выясняется, что сосуд, наполненный маслом, не очень удобно использовать в лабораторных условиях.

Если обыкновенную катушку разбирается, то первичную обмотку можно вынуть из трубки, трубку закупорить на одном конце, наполнить маслом, и снова вставить первичную обмотку.

Это обеспечивает превосходную изоляцию и препятствует образованию потоков.

Из всех экспериментов, которые можно провести с быстро переменяющимися токами, наиболее интересны те, которые касаются получения практического источника освещения. Нельзя отрицать того, что современные методы, хотя они и являются выдающимися достижениями, очень неэкономичны. Нужно изобрести лучшие методы, придумать более совершенные устройства. Современные исследования открыли новые возможности для получения эффективного источника света, и все взоры обратились в направлении, указанном талантливыми первопроходцами.

Многие были охвачены энтузиазмом и страстью к открытиям, но в своем стремлении достичь результатов некоторые пошли по неверному пути. Начав с идеи получения электромагнитных волн, они, вероятно, слишком увлеклись изучением электромагнитных сил и упустили из виду изучение электростатических явлений. Естественно, почти у каждого исследователя имелся аппарат, похожий на тот, который использовался в ранних экспериментах. Но в приборах этого вида, в то время как электромагнитные индуктивные эффекты огромны, электростатические эффекты чрезвычайно малы.

В экспериментах Герца, например, индукционная катушка высокого напряжения замыкается накоротко электрической дугой, сопротивление которой очень мало, и чем меньше, тем больше связанная с выходами емкость; и разность потенциалов на них очень сильно уменьшается. С другой стороны, когда разряд не проходит между выходами, могут быть значительными статические эффекты, но лишь качественно, а не количественно, так как их рост и падение очень резкие, и поскольку частота их невелика. Ни в том, ни в другом случае, следовательно, мощные электро статические эффекты не наблюдаются. Подобная ситуация возникает и когда, как в некоторых интересных экспериментах доктора Лоджа, Лейденские банки разряжаются пробоем. Думали, и полагаю, даже утверждали, что в этих случаях большая часть энергии излучается в пространство. В свете экспериментов, описанных мною выше, теперь так считать не станут. Я уверенно утверждаю, что в подобных случаях большая часть энергии частично поглощается и преобразуется в тепло в дуге разряда и в проводящем и изолирующем материале банки, Рис. 17. при этом некоторое количество энергии, конечно, расходуется на электрификацию воздуха; но количество непосредственно излучаемой энергии очень мало.

Когда выводы индукционной катушки высокого напряжения, работающей от тока с количеством перемен всего 20,000 раз в секунду, замкнуты даже через очень маленькую банку, практически вся энергия проходит через диэлектрик банки, нагревая его, и внешне электростатические эффекты проявляются очень незначительно. Теперь, внешнюю цепь Лейденской банки, а именно, дугу и соединения обкладок, можно рассматривать как цепь, генерирующую переменяющиеся токи чрезвычайно высокой частоты и достаточно высокого потенциала, которая замкнута через обкладки и диэлектрик между ними. И из вышесказанного очевидно, что внешние электростатические эффекты должны быть очень малы, даже если использовать цепь обратного хода. Эти результаты позволяют сделать вывод о том, что используя обычно бывшие под рукой аппараты, невозможно было наблюдать мощные электростатические эффекты, и всем опытом, накопленным в этой области, мы обязаны только огромным талантам исследователей.