Лекции

Эта обмотка, обозначенная КЯК 33. рядная, в то же время служит для увеличения напряжения до величины, необходимой для заряда конденсатора. Это очень важное практическое преимущество, так как оно позволяет понизить емкость последнего до такой величины, чтобы она равнялась лишь нескольким процентам от мощности, требуемой для преобразования энергии в иных случаях. Кроме того, чем меньше емкость, тем быстрее колебания, и тем короче должна быть вторичная обмотка высокого напряжения. Разрядная цепь Р, расположенная вокруг вторичной обмотки S', сформирована из нескольких витков медной ленты и помещается сверху короба за зарядной обмоткой, причем все соединительные провода должны быть как можно меньшей длины, для того чтобы уменьшить самоиндукцию и сопротивление разрядной цепи. На передней части короба (рисунок 9), где располагается конденсатор, установлены клеммы для подключения к сети, два небольших предохранителя и переключатель. Вдобавок ко всему есть два винта, которые служат для подъема и опускания железного сердечника, что позволяет в ощутимых пределах регулировать силу тока питания и таким образом подстраивать разряд вторичного контура. Весь прибор со снятыми резиновыми стойками для крепления разрядных стержней, которые показаны на рисунке сверху, умещается в коробке размером 12 х 9 х 6 дюймов (габариты внутренние).

Принцип его работы может быть описан следующим образом. Вначале, когда контакты пружины сс (рисунок 8) замкнуты и конденсатор практически закорочен, через зарядную обмотку проходит ток большой силы, притягивая якорь, соединенный с пружиной, и размыкая контакты. После этого энергия, накопленная в обмотке, принимает формы высоковольтного разряда и устремляется в конденсатор, заряжая его до высокого потенциала. Сила тока, проходящего через обмотку, теперь падает и притяжение якоря ослабевает, поэтому пружина возвращается в исходное состояние и вновь замыкает контакты. После замыкания последних, конденсатор разряжается через первичный, или разрядный, контур, контакты которого подобраны таким образом, чтобы приводить к высоким колебаниям электромагнитную систему, включая конденсатор и первичную обмотку. Полученные таким способом высокочастотные токи индуцируют соответствующие токи высокого напряжения во вторичной обмотке. Однако в тот же самый момент когда разряжается конденсатор, ток от источника устремляется через зарядную обмотку и энергия накапливается для нового заряда конденсатора, и этот процесс повторяется с частотой замыкания и размыкания контактов пружины.

Хотя прибор и имеет все неотъемлемые черты обычной индукционной катушки, нетрудно увидеть, что работает он совершенно по-иному, а преимущества нового принципа над старым настолько велики, что вряд ли требуют долгих объяснений. Лишь для того, чтобы дать слушателям полную информацию, я упомяну только некоторые и наиболее важные из них. Возьмем, к примеру, экономичность. Описываемый прибор при том, что он питается от 110-вольтовой сети, потребляет всего, при соответствующей нагрузке и настройке, от 5 до 30 ватт. Он дает мощный поток искр длиной 6 дюймов, но при желании этот показатель нетрудно удвоить без увеличения потребляемой энергии; фактически я обнаружил, что можно- при помощи этого прибора добиться потока искр длиной один фут, при этом потребление энергии возрастет всего лишь до 10 ватт. Но в таком приборе, который предназначен для многоцелевого использования, следует отступить от конструкции, предназначенной для производства длинных искр. Из всей энергии, потребляемой устройством, добрые 80 процентов можно получить на вторичной обмотке. Вследствие небольшого количества потребляемой энергии и эффективности преобразования все части прибора остаются холодными при длительной работе за исключением контактов, которые, конечно, немного нагреваются. Последние подвергаются значительно меньшему износу, чем это бывает обычно, поскольку конденсатор очень мал, и, более того, ток, поступающий от него, в отличие от обычной катушки, не просто проходит через контакты и соединения, по пронизывает первичную обмотку, таким образом снижается сила тока и уменьшается эффект нагревания.

Теперь обратите внимание на отсутствие тонкого провода во вторичной обмотке. Вследствие высокой скорости колебаний первичных токов требуется сравнительно немного витков толстого провода для того, чтобы создать необходимое напряжение во вторичном контуре. Для того чтобы проиллюстрировать это свойство на практическом примере, я беру обычный картонный цилиндр с намотанным на него в один слой обычным обмоточным проводом, который образует вторичную обмотку. Несмотря на небольшое количество витков, получаем искры длиной несколько дюймов, когда обмотка включается в цепь или подносится к разрядной цепи прибора. Вторичная обмотка такой формы более всего подходит для получения длинных искр, но с ней не очень удобно работать.

Однако самые выгодные свойства таких приборов заключаются в качестве получаемых эффектов, а они есть результат скорости или внезапности разрядов. Для того чтобы оценить это свойство, нам надо представить себе, что для искры длиной, скажем, 6 дюймов, получаемой от прибора, дающего полмиллиона колебаний в секунду, требуется максимальное напряжение, которое, если его получить обычным способом, даст нам искру длинной несколько сот футов, так как электрическая сила, необходимая для возбуждения колебания определенного количества электричества, возрастает крайне быстро, то есть в квадрате по отношению к частоте колебаний. Следовательно, напряжения, которое мы имеем здесь, невозможно добиться при использовании обычных электростатических машин или катушек индуктивности.

Еще одну особенность более практического свойства я могу проиллюстрировать, осветив вакуумную трубку посредством прибора, выдающего ток с частотой колебаний более полумиллиона в секунду. Хотя трубка имеет в объеме не более двух с половиной дюймов, она дает больше света, чем трубка длиной 7 футов и полтора дюйма в диаметре, какую я уже демонстрировал (она больше ее в шестьдесят раз и потребляет соответствующее количество энергии). Эта маленькая трубка, не может светиться так же ярко при использовании обычных токов и не перегреться, и нельзя придумать лучшего испытания эффективности производства света, чем вызвав яркое свечение в такой маленькой лампе без ее перегрева.

Еще одной полезной и удобной особенностью такого прибора является его способность работать как от источника переменного тока, так и от муниципальной сети постоянного тока. Специально для того чтобы приборы могли наилучшим образом работать от источников переменного тока, я установил в некоторых моделях физические параметры таким образом, чтобы они идеально работали от источников с частотой тока 60 или 125 циклов в секунду.

Во время разработки и практического применения принципа, лежащего в основе такого рода устройств одной из серьезнейших проблем, с которыми я столкнулся, была изоляция вторичных обмоток и конденсаторов, в особенности последних. Энергия, накапливаемая в конденсаторах, имеет взрывной характер, и когда она внезапно высвобождается, как это происходит в подобных приборах, она приобретает многие черты взрывчатки, такой, как динамит, одновременно создавая напряжение, которое приводит слои диэлектрика в конденсаторе и вторичной обмотке до крайнего состояния. Вне зависимости от того, насколько качествен диэлектрик и какой толщины его слой, он не может выдержать такого напряжения, если только возникнет малейшая потеря на поглощение в напряженной части устройства. Обычный конденсатор, изолированный толстым слоем слюды, который легко выдерживает несколько тысяч вольт постоянного или медленно колеблющегося напряжения, пробивается неминуемо, и неудивительно, ибо при вибрациях в несколько сот тысяч раз в секунду такой конденсатор, содержащий пузырьки воздуха и лакуны разного рода, неизбежные при обычном способе производства, преобразует в тепло большую часть энергии, сообщенной ему. Исследовать переменный ток в катушке с цельным железным сердечником едва ли легче, чем изучать быстрые электрические колебания в конденсаторе, имеющем лакуны и воздушные пузырьки, или в котором воздух имеет доступ к сильно заряженным проводникам. В таком случае нельзя просчитать период колебания электромагнитной системы даже с приблизительной точностью, в то время как, если следовать надлежащей схеме конструирования устройства и избежать рассеивания энергии, экспериментальный результат близко соседствует с расчетным. Я создал электромагнитные системы, в которых медленные колебания, начавшись, продолжались минуту или более, таким образом показывая отсутствие фрикционных потерь. Вышеописанные факты важно принимать во внимание при работе со стандартными параметрами и измерительным инструментом. Типовой конденсатор, изготовленный из слюды и фольги, покажет точную расчетную емкость при работе с постоянным или медленно колеблющимся потенциалом, а при крайне высокой частоте изменения потенциала его расчетная емкость сильно возрастет. Подобным же образом электростатический вольтметр, крыльчатка которого окружена воздухом, является ценным измерительным прибором во время работы с обычными токами, но становится практически бесполезным для измерения разрядов конденсатора, частота которых несколько сот тысяч в секунду, так как его показания слишком низки.

Ввиду важности предмета разговора не лишним будет сказать несколько слов о процессе изолирования, который был принят мной на вооружение после нескольких лет опытов. Одно из устройств, которыми я пользовался, продемонстрировано на рисунке 10.

Сосуд А, способный выдерживать огромное давление, соединен с насосом Е и его резервуаром Н посредством конденсирующего резервуара F, который охлаждается при помощи змеевика G. Сосуд А также имеет змеевик С, через который по мере необходимости может проходить пар или прохладная вода. Конденсатор изготавливается из изолирующих и проводящих пластин так, как это удобно, причем диэлектрик состоит из нескольких сложенных вместе листов бумаги, для того чтобы избежать дефектов, возникающих вследствие порывов или проколов. По той же самой причине следует менять местами листы бумаги после получения их от производителя, поскольку многие из них могут быть пробиты в одном и том же месте. После того как конденсатор был испытан путем подачи умеренного электрического напряжения от обычной электросети напряжением 220 вольт, его помещают в конический сосуд В. Здесь можно применить патрубок D, ведущий к нижней части сосуда, причем через него может подаваться расплавленный изолирующий материал, но это не столь важно. После этого сосуд В, содержащий конденсатор, помещается в сосуд А, верхняя часть которого закрывается винтом и затем через змеевик С подается пар, и изолирующее вещество имеет нужную температуру, которая немного выше точки плавления смеси, а это достигается регулированием подачи пара. Теперь путем открывания соответствующего клапана сосуд соединяется с насосом и устанавливается вакуум на уровне примерно 29 дюймов или немного выше. Когда расплавленная масса как следует заполнила пустоты конденсатора, подача пара прекращается и в змеевик С подается холодная вода. После того как процесс медленного охлаждения достиг нужной точки, насос реверсируется и в сосуд А поступает воздух, для того чтобы сильно сжать жидкий изолятор и заполнить им все пустоты. Желательно поддерживать давление до тех пор, пока масса не затвердеет. Подача давления нужна не только для того, чтобы изолирующая масса заполнила пустоты и не сжалась при охлаждении, но и для того, чтобы маленький пузырек воздуха, возможно, оставшийся в конденсаторе, и при атмосферном или чуть более высоком давлении могущий безнадежно повредить устройство, был сильно сжат и опасность от его воздействия значительно уменьшилась. После того как масса в сосуде А затвердела, в змеевик С вновь подается пар для того, чтобы размягчить изоляцию по краям и иметь возможность извлечь сосуд В, после чего конденсатор вынимается и излишняя изоляция обрезается. Таким же образом поступают с первичной и вторичной обмотками. Я обнаружил, что в качестве изоляционного материала лучше всего использовать смесь пчелиного воска и парафина с низкой точкой плавления, взятых равными частями. Это дает твердую массу, которая не отстает от металла при охлаждении. Конденсаторы и обмотки, изготовленные таким способом, выдерживают немыслимое напряжение.

Очень часто при настройке первичного разрядного контура между выводами конденсатора проскакивает искра длиной ³/₈ или /₂ дюйма, и всё же конденсатор не портится, хотя толщина диэлектрика составляет всего лишь несколько тысячных дюйма. Мне не удалось зарегистрировать какое-либо повышение температуры конденсатора после его длительной работы.

Для того чтобы вторичные обмотки выдерживали воздействие огромного напряжения, которое можно получить при помощи таких приборов, я счел необходимым изготавливать их в соответствии со схемой, показанной на рисунке 11. Рисунок демонстрирует две плоские, спирально намотанные обмотки S S.„которые своими внешними концами соединяются с контактной пластиной р таким образом, чтобы на самом деле образовать единую вторичную обмотку, выводы которой находятся точно по центру двух дере-

вянных шпулей, на которых намотаны две части обмотки. Шпули удерживаются вместе цилиндром, изготовленным из тонких волокнистых пластин ff, достаточно плотным, чтобы обеспечить твердость, и перфорированным, чтобы расплавленный воск мог заполнить пустоты во время процесса изолирования, описанного выше. В центре шпулей расположены медные резьбовые втулки bb, соединенные со свободными концами вторичной обмотки S,S₂и в которые можно ввернуть медные части ss. Последние соединены с концами полых пробок из твердой резины гг, сквозь которые пропущены гибкие провода ww, плотно изолированные гуттаперчей, и которые ведут к штырям разрядника, установленного в верхней части прибора (рисунок 9). Советуем не изолировать эти провода мягкой резиной, которая вскоре разрушится под воздействием озона, образующегося на поверхности проводов вследствие излучаемых потоков, даже если слой резины очень толстый. Толщина изолирующего слоя между наложенными слоями вторичной обмотки определяется исходя из расчетного напряжения между слоями. Первоначально я пользовался хорошо изолированными проводами с оплеткой в два-четыре слоя, но теперь я применяю обычный намоточный провод, толщина оплетки которого примерно равна толщине самого провода. Это удобный способ изоляции, который не требует специально подготовленного провода и обеспечивает отличный результат. Середина вторичной обмотки, или общий контакт двух обмоток, соединяется с землей или питающим проводом, а он преимущественно с первичным разрядным контуром, причем небольшая контактная пластина или пружина р служит для установки соединения, когда вторичные обмотки вставляются в первичную.

Длина каждой из вторичных обмоток рассчитывается таким образом, чтобы она составляла примерно четверть длины волны электромагнитного возмущения, происходящего во вторичной цепи, и основывается, конечно, на практическом расчете скорости прохождения этого возмущения через цепь. Само собой разумеется, что длина вторичной обмотки будет лишь приблизительно равна четверти длины волны в зависимости от того, какова емкость цепи при нормальных рабочих условиях. При обычном применении прибора для получения количественных эффектов разрядов высокого напряжения для емкости выводов делается небольшой допуск, но если прибор создан, например, для получения большого количества потоков между пластинами большой площади, либо для зарядки конденсаторов от вторичной обмотки, или для чего-то подобного, тогда длина провода вторичной обмотки делается значительно короче, и желательно, чтобы она уменьшалась в равной доле от четверти длины волны, которая возникает без какого-либо допуска на емкость, кроме емкости катушки. И наконец, если нужно получить токи сравнительно небольшого напряжения, обмотку следует изготовить из одной шпули и нескольких слоев, которые располагаются вблизи первичной обмотки для того, чтобы повысить коэффициент взаимной индукции и как можно более уменьшить резонансное повышение потенциала. Помещение магнитного контура в кислород при обычном или повышенном давлении, которое не имеет особого значения при наличии тока низкой частоты, оказывает серьезное воздействие при наличии токов такой необычно высокой частоты, в особенности в условиях, благоприятных для возникновения резонанса, и я предчувствую практическое применение кислорода в данном направлении.