Статьи

Поскольку часто возникают условия, при которых прерывания, или колебания не могут устанавливаться самостоятельно, особенно при использовании источника постоянного тока, это дает возможность подключить к схеме прерыватель, оснащенный электрической дугой, и использовать его, как я показывал уже несколько лет назад, в качестве вентилятора, магнита, или иного устройства.

Магнит существенно облегчает преобразование постоянного тока и делает это очень эффективно. Как я уже отмечал ранее, в ситуации, когда в качестве источника электрической энергии используется генератор переменного тока, желательно, чтобы частота тока была низкой, а сила тока, образующего дугу, высокой. При этом магнит будет работать более эффективно.

Внешний вид такого разрядника с магнитом, который был признан удобным, и после нескольких испытаний был принят для преобразования постоянного тока, изображен на Рис. 2. На этом рисунке, N и Sявляются полюсами очень прочного магнита, который возбуждается катушкой С.Для удобства регулировки им придали заостренную форму, а винтами s S jмогут быть закреплены в любом положении. Разрядные стержни d dj,утонченные на концах для того, чтобы обеспечивать более точное сближение полюсов магнита, вставляются в латунные опоры b bjзакрепляются в выбранном положении винтами S2S2. Пружины rr1 и втулки С С 1могут скользить по стержням. Они служат для установки стержней на определенном расстоянии посредством винтов S3 S3,а также для регулировки положения полюсов относительно друг друга. Для того, чтобы создать электрическую дугу, одну из больших резиновых ручек h h jбыстро толкают рукой, в результате чего концы стержней контактируют друг с другом, но затем немедленно возвращаются в исходное положение пружинами rr1. Такой механизм часто просто необходим, а именно в случаях, когда ЭД С недостаточно велика для передачи разряда через зазор, а также когда желательно избегать короткого замыкания генератора в результате соприкосновения металлических контактов стержней. Скорость прерываний тока с помощью магнита зависит от интенсивности магнитного поля и от разности потенциалов на концах дуги. Прерывания обычно производятся с такой частотой, чтобы получился музыкальный звук. Несколько лет назад было замечено, что когда мощная индукционная катушка разряжается между полюсами сильного магнита, процесс сопровождается громким звуком, похожим на звук от выстрела небольшого пистолета. Оставалось неясным, почему сила искр увеличивалась при появлении магнитного поля. Теперь понятно, что ток разрядки, протекающий в течение некоторого времени, многократно прерывается магнитом, тем самым вызывая звук. Феномен особенно заметен, когда поле тока большого магнита или динамо-машины сталкивается с сильным магнитным полем.

Когда ток, протекающий через изолирующий зазор достаточно велик, он позволяет скользить по концам разрядных стержней кусочкам очень прочного углерода и дает возможность играть электрической дуге между этими кусочками углерода. Это сохраняет металлические стержни, а кроме того позволяет воздушной прослойке оставаться нагретой, так как углерод плохо проводит тепло. В результате для поддержания последовательности разрядов требуется меньшая ЭД С в пространстве дуги.

Другой тип разрядного устройства, который может быть применен в некоторых случаях, показан на Рис. 3. В данном случае стержни ddjпроходят через отверстия деревянной коробки В,которая изнутри густо покрыта слюдой, что обозначено жирной линией. Отверстия снабжены слюдяными трубками т m1определенной толщины, которые не должны находиться в контакте со стержнями d dj.Коробка снабжена крышкой Снемного большего размера, боковые стенки которой наклонены к внешним сторонам ящика. Место, где возникают искры, нагревается маленькой лампой l, находящейся в ящике.

Пластина "р", расположенная выше лампы позволяет тяге воздуха проходить только через воздуховод в.Воздух, поступающий через отверстия 0 01,или через нижнюю стенку коробки следует путем, показанным стрелками. Когда разрядник приведен в действие, дверца коробки закрыта так, что свет дуги не виден снаружи. Желательно, насколько это возможно, сделать свет невидимым снаружи, так как он создает помехи в некоторых экспериментах. Этот тип разрядника прост и очень эффективен при умелом с ним обращении. Воздух нагревается до определенной температуры, его изолирующие свойства ухудшаются и он становится слабым диэлектриком. Вследствие этого, электрическая дуга может возникать на значительно большем расстоянии. Конечно, дуга должна быть достаточно изолирована, чтобы разряд, проходящий через изолирующее пространство, был именно пробивной разряд. Образующаяся в таких условиях дуга может оказаться очень чувствительной и слабого тока воздуха через воздуховод лампы С может оказаться достаточно для получения быстрых прерываний. Корректирование результатов достигается путем изменения температуры и скорости протекающего воздуха. Достичь обеспечения тяги теплого воздуха можно и другими способами, без использования лампы. Очень простым способом, часто применяемым на практике, является заключение дуги в длинную вертикальную трубку с пластинками сверху и снизу для регулирования температуры и скорости воздушного потока. Необходимо также предпринять некоторые меры для приглушения звука.

Разрежение также сильно влияет на ослабление диэлектрических свойств воздуха. Разрядники подобного типа я использовал в сочетании с магнитом. Для этих целей бралась большая трубка с тяжелыми электродами из углерода или металла, между которыми происходил разряд. Трубка помещалась в сильное магнитное поле. Когда разрежение, возникающее в трубке достигало определенной точки, то разряд происходил легко, но давление воздуха при этом должно было быть больше обычных 75 мм. рт. ст. В другом типе разрядника, обладающего всеми вышеупомянутыми свойствами, разряд получается при прохождении между двумя регулируемыми магнитными полюсами. При этом температура пространства между ними сохраняется повышенной.

Здесь следует заметить, что когда используется такое или любое другое прерывающее устройство и ток проходит через первичную обмотку пробивной разрядной катушки, то как правило, не целесообразно получать число прерываний тока в секунду больше чем естественная частота колебаний динамо-машины, поставляющей ток, и который обычно невелик.

Следует также заметить, что несмотря на то, что устройства, упоминаемые в связи с пробивным разрядом, удобны для использования при определенных условиях, тем не менее, иногда они могут вызывать определенные сложные, поскольку вызывают перебои колебаний, а также другие нарушения, которые следует устранять.

К сожалению в этом красивом методе преобразования тока есть недостаток, который к счастью, не является жизненно важным, и который постепенно устраняется. На мой взгляд, лучшей формой привлечения внимания к этому недостатку и описания плодотворного способа борьбы с ним, будет сравнение электрического процесса с его механическим аналогом. Описать этот процесс можно следующим образом. Представим себе резервуар с широко раскрывающимся дном, которое закрыто благодаря давящей пружине. Но оно внезапно и резко раскрывается, как только жидкость в резервуаре достигает определенной высоты. Дадим жидкости попасть с определенной скоростью в резервуар через подающую трубу. Когда жидкость достигнет критической высоты, пружина поддается и дно резервуара открываемся. Жидкость немедленно проваливается в широкое отверстие, а пружина вновь закрывает дно. Резервуар вновь заполняется и через определенный интервал времени процесс повторяется. Понятно, что если через трубу жидкость поступает быстрее, чем способно вытечь через дно, оно будет закрыто, и резервуар будет оставаться переполненным. Если скорости подачи и вытекания равны, дно будет оставаться частично открытым. Никаких колебаний столба жидкости при этом не произойдет, хотя это и возможно, если предпринять некоторые меры. Но если входная труба подает жидкость недостаточно быстро, будут наблюдаться колебания. В этом случае всякий раз, когда крышка открывается или закрывается, пружина и столб жидкости, при достаточной гибкости пружины и инертности движущихся частей, будут вызывать независимые колебания. В этой аналогии жидкость можно уподобить электричеству или электрической энергии, резервуар — конденсатору, пружину — диэлектрику, а трубу — проводу, через который электричество поступает в конденсатор. Чтобы сделать эту аналогию совершенно полной, следует предположить, что дно при каждом его открывании, очень сильно ударяется об неэластичную преграду. Этот удар сопровождается потерей некоторого количества энергии, а кроме того происходит некоторое рассеивание энергии из-за фрикционных потерь. По предыдущей аналогии предполагается, что жидкость находится под постоянным давлением. Если предположить, что наличие жидкости в резервуаре ритмически изменяется, можно провести аналогию с переменным током. Процессы не могут считаться совершенно идентичными, но в принципе действие одинаково.

Для того чтобы сделать вибрацию экономичной, желательно, насколько это возможно, снизить ударные и фрикционные потери. Что касается последних, которым в электрической аналогии соответствуют потери из-за сопротивления цепей, то избежать их полностью невозможно, но их можно свести к минимуму соответствующим выбором размеров цепей и применением тонких проводников в форме крученых жил. Но потери энергии, вызываемые первым пробоем диэлектрика и которые в приведенном выше примере соответствуют сильному удару дна об неэластичную преграду, необходимо избегать. В момент пробоя воздушный зазор имеет очень высокое сопротивление, которое можно снизить до очень маленькой величины следующим образом: по мере увеличения силы тока, увеличивать температуру воздуха. Потери энергии должны значительно уменьшиться, если поддерживать температуру воздушного зазора очень высокой, но в таком случае не будет происходить пробивного разряда. Умеренно нагревая, пространство лампой или иным способом, мы существенно увеличим экономичность, связанную с образованием дуги. Использование магнита, или другого прерывающего устройства не снизит потерь энергии в дуге. Подобно тому, как струя воздуха только облегчает выход энергии. Воздух или газ вообще, в этом отношении ведет себя странно. Когда два тела заряжаются до очень высоких значений разности потенциалов, затем происходит пробивной разряд через воздушный зазор, то в этот момент по воздуху может распространяться любое количество энергии. Очевидно, далее эта энергия гасится материальными частицами; в результате столкновений и взаимного влияния молекул друг на друга. Обмен молекулами в пространстве происходит с невообразимой скоростью.

Когда происходит мощный разряд между электродами, они могут оставаться совершенно холодными, а потери энергии в воздухе могут достигать любых размеров. Вполне реально при большой разности потенциалов рассеять в пространство некоторую мощность через разрядную дугу так, что температура электродов не повысится. Практически все фрикционные потери энергии происходят в воздухе. Если не допускать обмен молекул в воздушной среде, например, поместить газ в герметически закрытый сосуд, то можно быстро довести газ внутри сосуда до высокой температуры даже при очень маленьком разряде. Трудно оценить, насколько много энергии теряется в звуковых волнах, как слышимых, так и неслышимых, при возникновении сильного разряда. Когда ток, проходящий через пространство между электродами велик, они могут быстро нагреться, но это не позволяет надлежащим образом измерить потери энергии в дуге, поскольку потери энергии, проходящей через зазор, могут быть сравнительно малы. Несомненно, что воздух или газ вообще, по крайней мере, при обычном давлении не являются лучшей средой, в которой может происходить пробойный разряд. Атмосферный воздух и другие газы, находясь под высоким давлением, больше подходят в качестве среды для зазора. Я провел длительные эксперименты в этом направлении. К сожалению, они тяжело осуществимы из-за трудностей и больших затрат, связанных с получением сжатого воздуха. Но даже если средой, в которой происходит разряд, являются жидкость или твердое тело, некоторые потери имеют место, хотя они и меньше чем в воздухе. На самом деле, неизвестно тело, которое бы не разрушались в дуге. Среди ученых остается открытым вопрос, может ли вообще дуговой разряд происходить в воздухе без отрыва частиц электродов. Я полагаю, что когда ток очень мал, а дуга велика, то относительно большое количество тепла расходуется при разрушении электродов, которые отчасти из-за этого могут оставаться совершенно холодными.

Идеальная среда для разрядного промежутка должна только трескается, а идеальный материал для электродов не должен разрушаться. При маленьком токе, протекающем через разрядный промежуток, наилучшим материалом для электродов является алюминий, но он не годится для большой силы тока. Пробивной разряд в воздухе, или более или менее обычных условиях не представляет собой нечто напоминающее растрескивание. Правильнее было бы сравнить его с прохождение бесчисленного количества пуль через массу, обладающую большой фрикционной устойчивость этому воздействию, что сопровождается значительной потерей энергии. Среда, которая должна только трескаться при электростатическом напряжении, а это возможно в случае абсолютного вакуума, такая как чистый эфир, должна вызывать очень небольшие потери в разрядном пространстве, настолько маленькие, что ими можно пренебречь. Поэтому, по крайней мере, теоретически, растрескивание может произойти в результате очень малого смещения. В продолговатой вакуумной лампе, снабженной двумя алюминиевыми клеммами, действуя с большой осторожностью, я преуспел в получении такого вакуума, что вторичный разряд пробивной разрядной катушки проходил через лампу в виде тонких потоков искр. Любопытно, что разряд полностью игнорировал клеммы и начинался на двух алюминиевых пластинках, которые служили электродами. Такой, почти полный вакуум может поддерживаться в течение очень короткого промежутка времени. Возвращаясь к идеальной среде, представьте для наглядности кусочек стекла или похожего материала, зажатого в тиски и сжимаемого все больше и больше. В определенный момент времени усиливающееся давление заставит стекло треснуть. Потери энергии при разбиении стекла практически ничтожны, хотя сила приложена большая. Теперь представьте, что стекло обладает свойством восстанавливаться после уменьшения давления. Так ведет себя диэлектрик в разрядном пространстве. Но ввиду того, что должны происходить некоторые потери в разрядном пространстве, среда, которая должна быть постоянной, должна пропускать разряд с большой скоростью. В предыдущем примере стекло хорошо закрыто, это означает, что диэлектрик в разрядном пространстве обладает хорошей изолирующей способностью. Когда стекло трескается, то это сигнализирует о том, что среда в разрядном пространстве стала хорошим проводником. Диэлектрик должен очень существенно менять свое сопротивление в зависимости от изменений электродвижущей силы в разрядном пространстве.