Лекции

Принцип действия моего мотора легко будет понять из нижеследующего.

При пропускании определенным образом переменного тока через независимые цепи мотора создается непрерывное смещение или вращение полюсов. Это смещение более или менее постоянно в соответствии с конструкцией мотора, его характеристиками и относительной фазой приложенного тока, и я показал теоретические условия, которые должны существовать для обеспечения наиболее совершенной работы.

Если на кольце из листового железа намотать четыре обмотки и выполнить аналогичное соединение цепей генератора переменного тока, приспособленного для этой цели, прохождение тока через обмотки теоретически вызовет вращение полюсов кольца, практически же в серии экспериментов я продемонстрировал полную аналогию между таким кольцом и вращающимся магнитом. Исходя из этого принципа, мы имеем два вида моторов с совершенно различными характеристиками: один предназначен для постоянной, другой для переменной нагрузки.

Недопонимание д-ра Дункана я отношу к тому, что характерные особенности того и другого типа моторов еще не описали. С графическим изображением второго типа можно познакомиться в журнале «Electrical Review» от 12 мая (рисунок 1, с. 1). Здесь якорь мотора имеет две обмотки, расположенные под прямым углом друг к другу. Возможно, требуется, в соответствии с общепринятым мнением, симметричное расположение полюсов. Я полагаю рациональным якорь, имеющий несколько диаметрально противоположно намотанных обмоток или проводников, замкнутых на себя, и образующих столько же независимых контуров. Теперь предположим, что кольцо постоянно подвергается воздействию магнитных полей таким образом, что выявляет два полюса (N и S), диаметрально противоположных, и их вращают вручную. Когда якорь неподвижен, вращение кольцевого магнита возбуждает токи в замкнутых обмотках якоря. Эти токи имеют наибольшую силу в точках с максимальной напряженностью, и они образуют полюсы на сердечнике якоря под прямым углом к полюсам кольца. Конечно, имеются и другие сопутствующие факторы, искажающие это явление, но для целей настоящего исследования ими можно пренебречь. Что касается положения полюсов на сердечнике якоря, токи, генерируемые в обмотках якоря, действуют таким же образом и будут создавать полюсы якоря в том же положении по отношению к полюсам кольца в любом положении и независимо от скорости. В результате притяжения между якорем и кольцом возникает постоянное вращающееся усилие, такое же, как в моторах постоянного тока с большим числом якорных обмоток. Если якорю позволить вращаться, он будет вращаться в направлении вращения магнитного поля кольца; индуцируемый ток уменьшается по мере увеличения скорости до тех пор, пока якорь не достигнет скорости, близкой к скорости вращения магнитного поля, такой, чтобы ток, протекающий через обмотки, был достаточен для поддержания вращения. Если вместо этого статор будет вращаться вручную и полюсы будут сдвигаться таким образом, то переменные токи в обоих контурах будут возникать таким же образом.

Теперь сравним эту систему с системой постоянного тока. В последней мы имеем переменные токи, возбуждаемые в генераторе и в обмотках мотора, а также есть устройства, которые преобразуют ток; эти устройства, кроме всего прочего, сдвигают полюсы на роторе, и здесь мы имеем те же элементы и идентичную работу, но без коммутирующих устройств. С учетом сказанного ясно, что эти устройства не являются необходимыми для работы; так системы переменного тока, как минимум во многих отношениях, покажут полное подобие системам постоянного тока, и моторы будут работать точно так же, как моторы постоянного тока. Если нагрузка увеличивается, то скорость уменьшается и вращающий момент соответственно увеличивается, так как через катушки протекает больший ток; при отключении нагрузки скорость увеличивается и ток, а соответственно и сила уменьшаются. Конечно, вращательное усилие наибольшее, когда якорь в покое.

Но поскольку аналогия полная, что мы скажем о максимальном КПД и силе тока, который проходит через мотор без нагрузки? Давайте вспомним о том, что мы говорим о переменном токе. В данном случае мотор представляет собой трансформатор, в котором токи возникают путем индуцированного воздействия, а не реверсированием; как и ожидается, КПД достигает максимальных значений при максимальной нагрузке. Что касается тока, по крайней мере в соответствующих условиях, он может варьироваться в широких пределах, как в трансформаторах и при соблюдении соответствующих правил он может быть уменьшен до желаемой величины. Более того, ток, потребляемый мотором без нагрузки, не является мерой потребляемой энергии, поскольку приборы показывают лишь арифметическую сумму прямой и индуцированной электродвижущей силы и тока вместо отображения их разности.

Что же касается другого типа этих моторов, описанных д-ром Дунканом, следует отметить, что они конструктивно не предназначены для работы без нагрузки или должны работать с очень малой нагрузкой; и в этом плане представляют собой приборы, похожие на трансформаторы. Кроме того, обе вышеописанные характеристики, вращательный момент и тенденция к постоянной скорости могут соблюдаться в моторе, и каждый раз предпочтение может отдаваться каждому из указанных моментов в зависимости от требований практики.

В заключение скажу, при всём уважении к д-ру Дункану, что все преимущества, описанные выше, не являются теоретическим положением, а есть результаты опытов, проводившихся в течение большого промежутка времени и вдохновлены единственно желанием экспериментировать.

Тем не менее хоть и мой мотор есть плод долгого труда и тщательных исследований, я бы не хотел присваивать себе никаких заслуг вне заявленного; людям, более умудренным, я оставляю право устанавливать законы и принципы, и правила их применения на практике. К чему приведут мои исследования, покажет будущее; но к каким бы принципиальным открытиям мы ни пришли, я всегда, хоть и в самой маленькой степени, буду удовлетворен тем вкладом в науку, который я сделал.

2. Эксперименты с переменными токами очень высокой частоты и их применение в искусственном беспроводном освещении [6]

Нет предмета более захватывающего, более достойного изучения, чем природа. Понять этот великий механизм, обнаружить силы, которые в нем работают, и законы, ими управляющие, — вот величайшая цель человеческого разума.

Природа хранит неисчерпаемые запасы энергии. Вечный приемник и передатчик этой бесконечной энергии — эфир. Признание существования эфира и функций, которые он выполняет, — один из наиболее выдающихся результатов современной научной мысли. Один только отказ от идеи действия на расстоянии и признание существования среды, пронизывающей всю материю, освободил умы мыслителей от вечных сомнений и, открыв новый горизонт непредвиденных возможностей, вызвал особый интерес к явлению, с которым мы знакомы давно. Это стало большим шагом в направлении понимания сил природы и их многообразных воздействий на наши чувства. Для просвещенного ученого-физика это то же, что понимание механизма действия огнестрельного оружия или парового двигателя для варвара. Явления, на которые мы смотрели как на чудеса, не поддающиеся осмыслению, теперь предстают перед нами в ином свете. Искра, произведенная катушкой индуктивности, блеск лампы накаливания, механические проявления силы токов и магнитов уже доступны нашему пониманию; вместо чего-то непонятного, как прежде, наблюдение за этими явлениями рисует у нас в голове картинку простого механизма, и хотя точное их происхождение для нас всё еще загадка, мы знаем, что правда недолго будет от нас сокрыта, и инстинктивно чувствуем, что понимание близко. Мы всё еще восторгаемся этими прекрасными явлениями, этими странными силами, но мы уже не беспомощны; мы в определенной мере можем объяснить их и надеемся в конце концов сорвать покровы тайны, окружающей их.

6

Лекция прочитана для сотрудников Американского института электроинженеров в Колумбийском университете 20 мая 1891 года.

Насколько далеко мы можем продвинуться в понимании окружающего мира — вопрос, который волнует каждого естествоиспытателя. Несовершенство наших органов чувств и сознания не позволяет нам проникнуть в скрытые основы мироздания, и астрономия, величайшая и наиболее позитивная из естественных наук, может объяснить лишь кое-что из того, что происходит в непосредственной близости от нас; об отдаленных частях бескрайней Вселенной с ее бесчисленными солнцами и звездами мы ничего не знаем. Но неутомимый дух познания ведет нас далеко за пределы нашего восприятия, и у нас есть надежда, что эти неизведанные миры — ничтожно малые и бесконечно огромные — могут в определенной степени открыться нам. И если мы достигнем этого знания, пытливый разум, возможно, подойдет к пределу, — который невозможно осознать, — истинного мироощущения, внешнее проявление которого составляет хрупкую основу нашей философии.

Из всех форм неизмеримой, все пронизывающей природной энергии, которая постоянно движется и изменяется, как душа, дающая жизнь инертной Вселенной, электричество и магнетизм, вероятно, наиболее удивительные. Явления притяжения, тепла и света мы наблюдаем каждый день и скоро к ним привыкаем, они теряют для нас загадочность и удивительность; но электричество и магнетизм, в своем единстве, кажущиеся двойственными, есть силы уникальные. Они заключают в себе явления притяжения, отталкивания и вращения, странные проявления необъясненных факторов, они возбуждают мысль и побуждают разум к исследованию. Что есть электричество и что есть магнетизм? Эти вопросы задают снова и снова. Наиболее мощные умы непрестанно бьются над разрешением этой проблемы; и всё-таки еще нет исчерпывающего ответа. Но даже если в настоящий момент мы не можем дать точного определения этим силам, мы значительно продвинулись в разрешении этой проблемы. С уверенностью можно утверждать, что явления электричества и магнетизма связаны с эфиром, и, возможно у нас есть основания говорить, что эффекты статического электричества — это эффекты эфира под напряжением, а явления динамического электричества и электромагнитные эффекты — это проявления эфира в движении. Но и это не является ответом на вопрос: что же есть электричество и магнетизм?

Сначала мы, естественно, задаемся вопросом, что есть электричество, и есть ли такое явление вообще? Когда мы интерпретируем электрические явления, мы можем говорить о состоянии наэлектризованности, электрическом состоянии или электрическом эффекте. Если мы говорим об электрических эффектах, мы должны разделять два таких эффекта, противоположных по своей природе и нейтрализующих друг друга, поскольку наблюдения показывают, что такие два эффекта существуют. Это неизбежно, так как в среде, обладающей качествами эфира, мы не можем создать напряжение, или произвести вытеснение, или движение иного рода, без того, чтобы не вызвать в окружающей среде равнозначного и противодействующего эффекта. Но если мы говорим об электричестве, как о некоей вещи, мы должны, я полагаю, оставить идею о двух электричествах, так как существование двух подобных вещей невероятно. Ибо как можем мы себе представить, что есть две вещи, равные количественно, сходные по качествам, но противоположные по характеру, обе относящиеся к материи, обе притягивающие и полностью нейтрализующие друг друга? Такое предположение, хотя оно и подсказано многими явлениями, и удобно для их объяснения, вряд ли может нас удовлетворить. Если есть такая вещь, как электричество, может быть только одно такое явление, избыток или недостаток только одного явления; но скорее всего, его состояние определяет положительный и отрицательный характер. Старая теория Франклина, хотя и в чем-то неудовлетворительна, с определенной точки зрения является наиболее состоятельной. Всё же теория о двух электричествах широко принята, поскольку наиболее убедительно объясняет явления электричества. Но теория, которая наилучшим образом объясняет факты, не обязательно истинна. Изощренный ум может изобрести теории, которые удовлетворят наблюдателя, и почти у каждого самостоятельного мыслителя есть собственный взгляд на любой предмет.

Не из желания отстоять свою точку зрения, но лишь затем, чтобы познакомить вас с некоторыми результатами, которые я далее и опишу, показать вам путь моих размышлений, то, к чему я пришел, — вот смысл моих дальнейших рассуждений.

Я придерживаюсь той мысли, что есть такое явление, которое мы привыкли называть электричеством. Вопрос состоит в том, что это за явление? или: что из всего того, о существовании чего нам известно, наиболее подходит под определение электричества? Мы знаем, что оно ведет себя как несжимаемая жидкость; что в природе оно должно быть в постоянном количестве; что его нельзя ни произвести, ни уничтожить; и, что наиболее важно, электромагнитная теория света и все наблюдаемые факты учат нас, что явления электричества и эфира идентичны. Тут же приходит мысль, что электричество можно назвать эфиром. Фактически этот взгляд, в определенной мере, высказывался д-ром Лоджем. Его интересный труд читали все и многих его аргументы убедили. Блестящий талант и интересная тема завораживают читателя, но когда это впечатление тает, понимаешь, что всё это лишь ловкие объяснения. Я вынужден признаться, что не верю в два электричества, и еще меньше — в двойственную структуру эфира. Странное поведение эфира, как твердой субстанции для световых и тепловых волн, и как жидкости, когда тела проходят сквозь него, конечно, объясняется самым естественным и удовлетворительным способом, предположив, что он находится в движении, как предположил сэр Уильям Томсон; тем не менее нет ничего такого, что бы могло заставить нас с уверенностью заключить, что, в то время как жидкость не имеет возможности передавать поперечные колебания с частотой в несколько сотен или тысяч в секунду, она также не имеет возможности передавать такие колебания, когда они достигают частоты сотен миллионов в секунду. А также никто не может доказать, что существуют поперечные эфирные волны, возбуждаемые машиной переменного тока, выдающей небольшое число колебаний в секунду; в случае таких низкочастотных колебаний эфир, находящийся в состоянии покоя, может вести себя как жидкость.