Статьи

Это состояние было достигнуто, но очень несовершенным способом: нагреванием воздуха до определенной критической температуры, которая зависит от ЭДС, проходящей через разрядное пространство. Но дело в том, что воздух не обеспечивает пробивной разряд, при резких изменениях этого условия. В частности, резкому всплеску тока всегда предшествует слабый ток, который сначала повышается постепенно, а затем относительно быстро. Вот почему период изменения значительно выше, при пробое, например, через стекло, нежели через воздух, или иной материал со схожими диэлектрическими свойствами. Поэтому, в качестве среды для прохождения разряда, предпочтительнее выбирать твердое тело или даже жидкость. Трудносебе представить твердое тело, которое обладает способностью восстанавливаться после растрескивания. Но жидкость, особенно под высоким давлением, фактически обладает свойствами, присущими твердому телу, но при этом не трескается. Следовательно, жидкий изолятор может быть более подходящим диэлектриком, чем воздух. Следуя этой идее, было проведены испытания большого количество различных типов разрядных устройств, в которых использованы такие изоляторы, иногда даже при большем давлении. Мне представляется важным более подробно остановиться на одном из устройств, использованных в эксперименте. Одно из таких разрядных устройств изображено на Рис. 4а и 4Ь. Полый металлический шкив Р(Рис. 4а) закреплен на валу а,который вращается со значительной скоростью. Внутри шкива, но не соприкасаясь с ним, расположен тонкий диск h (который для большей наглядности показан толстым). Диск закреплен в прочной резиновой форме, в которую вставлены два металлических сегмента S S,с металлическими удлинителями е е,в ввинчены проводящие клеммы tt, покрытые толстыми трубками из прочной резины tt. Резиновый диск hс его металлическими сегментами S Sобработан на токарном станке и вся его: поверхность отполирована так, чтобы исключить любое возможное фрикционное сопротивление при движении в жидкости. В полости шкива находится изолирующая жидкость, которая разлита тонким слоем так, что достигает открытой стороны фланца "f", который плотно ввинчен во внешнюю поверхность шкива. Контакты tt, подключены к противоположным контактам батареи конденсатора так, чтобы разряд проходил через жидкость. Когда шкив вращается, жидкость растекается против обода шкива и ее давление значительно усиливается. Таким простым способом разрядное пространство заполняется средой, поведение которой практически подобно твердому веществу, и которая обладает качеством немедленно заполнять возникающие трещины. Кроме того, она циркулирует через разрядное пространство с большой скоростью. Очень сильные эффекты были получены с использованием разрядных устройств этого типа с жидкостными прерывателями самых разных форм. Как и ожидалось, обнаружилось, что при определенной длине провода получалась искра, длина которой превосходила длину искры в случае, когда в качестве прерывающего устройства использовался воздух. Обычно в типе описанного выше разрядного устройства скорость и соответственно, | давление жидкости ограничены по причине трения жидкости. Но практически получаемая I скорость более чем достаточна для получения числа прерываний, подходящих для обычно используемых цепей.

В таких случаях металлический шкив Рснабжался выступами, направленными внутрь, и по скорости вращения шкива можно было подсчитать получившееся число прерываний. Кроме того, продолжались эксперименты с жидкостями различной изолирующей способности, с целью снизить потери мощности в дуге. Когда изолирующая жидкость умеренно нагревалась, уменьшались и потери мощности в дуге.

В экспериментах с различными разрядными устройствами этого типа была отмечена важная деталь. Например, было обнаружено, что поскольку созданные условия благоприятны для образования искр большой длины, получающийся таким образом ток не лучшим образом подходит для получения световых эффектов. Опыт показал, что для таких целей больше подходит гармоническое повышение и понижение потенциала. Будь то твердое тело, которое раскалено или фосфоресцирует, будь то энергия, передаваемая катушкой конденсатора через стекло, совершенно ясно, что гармоническое повышение и понижение потенциала действует менее разрушительно, а вакуум удерживается более длительное время. Это легко объясняется тем, что идущий в вакууме процесс имеет электролитическую природу.

На схеме, изображенной на Рис. 1, на которую я уже ссылался, проиллюстрированы Наиболее часто встречающиеся на практике случаи. Имеется ток, постоянный или переменный, получаемый от источника электроснабжения. Для экспериментатора в изолированной лаборатории подходит использование описанной выше машины G,которая может вырабатывать оба вида тока. Кроме того, предпочтение отдается этой машине потому, что экспериментатор использует большое количество электрических схем, а также потому, что она может оказаться полезной и удобной в случаях, когда требуется менять направление тока в разных фазах эксперимента. На схеме Dпредставляет собой цепь прямого, а А— цепь переменного тока. В каждой из них показаны три ответвления цепи, каждое из которых снабжено двойным переключателем линии S S S S S S.Сначала рассмотрим преобразование постоянного тока; 1а представляет собой простейший случай. Если ЭД С генератора достаточна для пробоя небольшого воздушного пространства, по крайней мере, когда последний нагревается или иным способом понижается его изоляция, то в этом случае не составляет особого труда поддерживать вибрацию с хорошей экономичностью, правильно регулируя емкость, самоиндукцию и сопротивление цепи L,содержащей устройства ll m. В этом случае магнит N Sможно с успехом объединить с воздушным пространством. Разрядное устройство d dс магнитом может быть расположено любым из способов, указанных на схеме жирной, или пунктирной линиями. Цепь 1а с соединениями и устройствами предполагает наличие показателей, пригодных для получения и поддерживания колебаний. Обычно ЭД С в цепи или в ответвлении 1а составляет 100 вольт или около того. Этого недостаточно, чтобы произошел пробой через разрядное пространство. Для исправления этого недостатка можно использовать много различных способов, повышая ЭД С через разрядное пространство. Возможно, что простейшим из них является последовательное включение большой катушки самоиндукции к цепи L.При возникновении дуги, например, через разрядное устройство, изображенное на Рис. 2, магнит тут же выдует ее. Теперь дополнительный ток разряда с большой ЭД С пробьет пространство и вновь создается путь с низким сопротивлением для прохождения тока от динамо-машины. Это вызовет внезапный всплеск тока, идущего от динамо-машины воздействие тока, идущего из динамо-машины и ослабление возмущение излишнего тока. Этот процесс повторяется очень быстро. Таким образом, мне удалось поддерживать колебания через разрядное пространство на уровне 50 вольт и даже меньше. Но такое преобразование не рекомендуется по причине слишком сильного тока, проходящего через зазор, и возникающего в результате этого нагревания электродов. Кроме того, полученная таким образом частота очень низка из-за высокого уровня самоиндукции, возникающей в цепи. Очень желательно чтобы ЭДС была как можно больше, во-первых для тог, чтобы увеличить экономичность преобразования, а во- вторых, чтобы получить высокую частоту. Конечно, разность потенциалов в этих электрических осцилляциях приравнивается к силе натяжения в механических колебаниях пружины. Чтобы получить очень быструю вибрацию в цепи с некоторой инерцией, необходима большая сила натяжения или разность потенциалов. Между прочим, когда ЭД С очень велика, возникает необходимость в использовании конденсатора, который обычно используется в цепях, но емкость его должна быть небольшой. Это даст дополнительные преимущества.

Для того, чтобы увеличить ЭД С до значений во много раз превышающих те, которые получают при обычном распределении тока, используют вращающийся трансформатор gтак, как показано на I la, либо включают другую машину с высокой разностью потенциалов для того, чтобы мотор работал от генератора G.Последний способ предпочтителен, так как эти изменения легко внести и применить. Подключения высоковольтных проводов похожи на подключения в ответвлении 1а, за исключением того, что конденсатор С,который должен быть регулируемым, подключен к цепи высокого напряжения. Также в эксперименте обычно используют катушку с регулируемой самоиндукцией, которую последовательно включают в цепь. Когда напряжение тока очень велико, обычно применяют магнит в соединении с разрядным устройством, сравнительно малой мощности. Варьируя размерами цепи легко установить параметры, при которых поддерживаются колебания. Использование постоянной ЭД С в высокочастотных преобразованиях имеет некоторые преимущества по сравнению с использованием переменной ЭДС: более простая регулировка и контроль значений ЭДС. Но, к сожалению, величина ЭД С ограничивается величиной получаемого напряжения. Обмотка также может быть легко повреждена от воздействия искр, которые возникает между частями якоря, или коммутатора при очень большой осцилляции. Кроме того, такие трансформаторы дороги в изготовлении. Как показывает опыт, лучше придерживаться схемы, изображенной на рис. III а. В этом устройстве использован вращающийся трансформатор gдля преобразования постоянного тока низкого напряжения в переменный низкочастотный ток, преимущественно тоже с низким напряжением. Напряжение тока затем повышается в стационарном трансформаторе Т.Вторичная обмотка Sтрансформатора подключена к регулируемому конденсатору С, который разряжается через зазор, или разрядник d d,и может располагаться одним из указанных на схеме способов. Также как и в предыдущих случаях, ток высокой частоты получают со вторичной обмотки Sпробивной разрядной катушки. Это, несомненно, самый дешевый и наиболее удобный способ преобразования постоянного тока.

Три ответвления цепи Апредставляют собой часто встречающиеся в практике способы преобразования переменного тока. На Рис. 1b, конденсатор С,как правило большой емкости; включен в цепь Lсодержащую устройства / /, тт.Предполагается, что устройства т mобладают высокой самоиндукцией, для того чтобы передавать частоту тока более или менее схожую с частотой тока динамо-машины. В данном случае разрядное устройство d dдолжно иметь число прерываний в секунду равное удвоенной частоте динамо-машины. Если же этого нет, то, по крайней мере, число прерываний должно быть кратно или равно частоте динамо машины. На Рис. 1b можно увидеть, что преобразование в ток высокого напряжения можно добиться, когда разрядное устройство d dисключено из цепи. Но эффекты, получаемые током, резко повышающимся до высоких значений, как в пробойном разряде, существенно отличаются от тех, которые получаются токами, поступающими от динамо-машины, повышающимися и понижающимися гармонически. Например, в данном случае число прерываний могло быть равно удвоенной частоте динамо-машины, или, другими словами, могло иметь такое же число основных колебаний, как если бы они были получены без разрядного пространства. Возможно также, что при этом не возникали бы более быстрые накладные колебания. А поскольку напряжение в разных точках цепи различно, то вряд ли мы найдем два случая, где импеданс и другие явления, которые зависят от частоты изменения, походили бы друг на друга. Таким образом, при работе с токами пробойного разряда, главным элементом, который следует принимать во внимание, является не частота, а скорость изменения в единицу времени. При: низкой частоте в определенных условиях могут быть получены такие же эффекты, как и при высокой частоте, если при этом обеспечена достаточно высокая скорость изменения. Так, если низкочастотный ток возрастает до разности потенциалов, скажем, 75 000 вольт, и ток высокого напряжения проходит через несколько нитей накала, обладающих высоким сопротивлением последовательно соединенных ламп, то важность разреженного газа, окружающего нити накала становится очевидной. Ниже об этом будет рассказано подробней.

Как мы увидим позже, если ток низкой частоты в несколько тысяч ампер проходит через металлический брусок, то наблюдается поразительный феномен импеданса, такой же как и с током высокой частоты. Однако очевидно, что с током низкой частоты невозможно получить такую же скорость изменения в единицу времени, как и с током высокой частоты, следовательно, эффекты производимые последним более заметны. Мне кажется целесообразным сделать несколько предварительных замечаний в отношение недавно описанных эффектов. Совершенно случайно обнаружилось, что большинство этих эффектов происходят также с токами высокой частоты. Частота сама по себе ничего не означает, исключая случаи когда рассматривается не возбужденная гармоническая осцилляция.

В ответвлении цепи ШЬ расположение компонентов схоже с тем, что показано на ответвлении Ib. Различие состоит в том, что ток, разряжающийся через зазор d d,используется для индуцирования тока во вторичной обмотке Sтрансформатора Т.В этом случае вторичная обмотка должна быть снабжена регулируемым конденсатором для ее настройки с первичной обмоткой.

Ответвление цепи IIb представляет собой схему преобразования переменного тока высокой частоты, который используется наиболее часто, и который оказался наиболее удобным в применении. В этой схеме делается акцент на то, что было уже рассмотрено ранее, и описывать их здесь нет необходимости.

Некоторые из этих результатов получены с использованием высокочастотного генератора переменного тока. Описание этой машины я приводил в своем выступлении перед аудиторией Американского Института Инженеров-электриков, а также в периодической печати того периода, в частности в журнале Electrical Engineer от 18 марта 1891 года.

Теперь я перейду к экспериментам.

О ЯВЛЕНИЯХ, ПРОИЗВОДИМЫХ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОЙ СИЛОЙ

Первый класс эффектов, которые я собираюсь показывать Вам — это эффекты, производимые электростатической силой. Это сила, которая управляет движением атомов, обуславливает их столкновения и порождает энергию тепла и света. Эта сила также служит причиной агрегации атомов бесконечным количеством способов, в соответствии с фантастическими проектами Природы, и образует все те изумительные структуры, которые мы видим вокруг себя. Если наши нынешние представления верны, то это наиболее важная для нас сила в Природе. Как термин, электростатика может подразумевать устойчивое электрическое состояние, но нужно заметить, что в наших экспериментах эта сила не постоянна, она изменяется с частотой, которую можно рассматривать как умеренную — миллион раз в секунду, или около того. Это позволяет мне воспроизвести множество эффектов, которые с силой постоянной величины произвести невозможно.

Когда два токопроводящих тела изолированы и заряжены, мы говорим, что между ними действует электростатическая сила. Эта сила проявляет себя в притяжении, отталкивании и напряжении, возникающих в телах, пространстве, или внешней среде. Напряжение в воздухе, или в другой среде, разделяющей два токопроводящих тела, может быть настолько велико, что может произойти прорыв, и тогда мы видим искры, пучки света, или, как их иначе называют, стримеры. Эти стримеры образуются в большом количестве, когда сила, протекающая через воздух, быстро изменяется. Я наглядно покажу действие этой электростатической силы в новейшем эксперименте, в котором я использую индукционную катушку, о которой я уже говорил ранее. Катушка размещается в контейнере, заполненном маслом, и устанавливается под столом. Два конца провода вторичной обмотки проходят через две толстых столбика из прочной резины, которые выдаются на некоторую высоту над уровнем стола. Концы или клеммы вторично обмотки необходимо хорошо заизолировать с помощью прочной резины, поскольку даже сухое дерево является плохим изолятором для тока с огромной разностью потенциалов. На одной из клемм катушки я разместил большую сферу, сделанную из листа латуни, которую подсоединил к большой изолированной латунной пластине. Это позволило мне выполнять эксперимент при условиях, которые, как вы увидите, наиболее подходят для этого эксперимента. Затем я привел катушку в действие и приблизил свободную клемму к металлическому предмету, находящемуся в моей руке, так, чтобы не получить ожогов. Когда я приблизил металлический предмет на расстояние в восемь или десять дюймов, стремительный поток искр вырвался с конца провода вторичной обмотки, который проходил через резиновую трубку.

Искрение прекращалось, когда металл в моей руке соприкасался с проводом. Теперь моя рука находилась под действием сильного электрического тока с колебаниями около одного мил- лиона раз в секунду. Все вокруг меня заполнилось электростатической силой, молекулы возду- ха и частицы пыли подверглись этому воздействию и сильно бились о мое тело. Возбуждение частиц было таким сильным, что когда выключили свет, можно было увидеть потоки слабого света, появившиеся на некоторых частях моего тела. Когда такой стример вспыхивает на какой либо части тела, он вызывает ощущение, подоб- ное уколу иглы. Когда разность потенциалов достаточно велика, а частота колебаний, наобо- рот, мала, то кожа может получить серьезные;. повреждения от воздействия огромного напря- жения. Кровь с большой силой будет хлестать наружу в виде тонкой струи или брызг, настоль- ко малых, что они будут невидимы, точно также как масло, находящееся на положительной клемме машины Гольца. Разрыв кожи, хотя это может показаться невозможным сначала, вполне возможен, так как ткани, расположенные под поверхностью кожи, являются несравнимо лучшими проводниками, чем сама кожа. По крайней мере, это кажется правдоподобным, исходя из некоторых наблюдений.

Я могу сделать эти потоки света видимыми для всех, если прикоснусь металлическим предметом к одной из клемм и приближу мою свободную руку к латунной сфере, которая подсоединена ко второй клемме катушки. Когда рука приближается, воздух между ней и сферой возбуждается сильнее, и вы видите потоки света, исходящие с кончиков моих пальцев и с руки в целом (рис. 5). Если бы я еще ближе поднес руку, то к ней слетали бы сильные искры со сферы, и это могло бы быть опасным. Стримеры не доставляют никакого неудобства, за исключением того, что кончики пальцев чувствуют сильное тепло. Эти стримеры не следует сравнивать с теми, которые вырабатываются электрофорным генератором, так как во многих отношениях их поведение различно. Я подсоединил латунную сферу и пластину к одной из клемм для того, чтобы предотвратить образование видимых стримеров на клемме, а также для того, чтобы предотвратить распространение искр на значительное расстояние. Кроме того, такой контакт благоприятно сказывается на работе катушки.