Тесла - Лекции и Статьи

А-77

или три года назад. Это было одно из устройств, которые я изобрел в попытках получить экономичное приспособление такого рода. Название на самом деле не соответствует, постольку поскольку может применяться любая жидкость, проводящая или сделанная таковой любым способом, например, растворением кислоты или щелочи, или путем нагревания. Я даже обнаружил, что можно при определенных условиях работать и со ртутью. Устройство чрезвычайно просто, но огромная потеря энергии, сопровождающая его работу, и определенные другие недостатки делают его полностью непригодным для любой стоящей, практической цели, и уж раз эти обстоятельства затронуты, для тех, в которых требуется малое количество энергии, гораздо лучшие результаты получаются от соответствующим образом сконструированного механического прерывателя цепи. Экспериментаторов очень часто сбивает с толку, когда они обнаруживают, что индукционная катушка дает более длинные искры, когда это устройство вставляется вместо обычного прерывателя, но дело в том, что это происходит главным образом из-за того, что прерыватель не сделан как надо. Из совокупной энергии, идущей с клемм, едва ли можно получать и одну четверть от того количества, которое правильно сконструированный прерыватель дает во вторичной цепи, и хотя я собирал много разных улучшенных видов, я обнаружил, что существенно увеличить экономию невозможно. Но два усовершенствования, тем не менее, которые как я выяснил в то время, делать необходимо, я могу упомянуть для пользы тех, кто применяет это устройство. Как легко можно заметить, маленький контакт окружен газовым пузырем, в котором и образуются, обычно нерегулярным образом, включения и выключения, жидкостью, которая устремляется к контакту в какой-нибудь точке. Сила, движущая жидкость, — это, как очевидно, давление столба жидкости, и увеличение любым способом давления жидкости жидкость будет устремляться к контакту с большей скоростью и частота таким образом вырастет. Другое необходимое улучшение состояло в том, чтобы принять меры, препятствующие выходу кислоты или щелочи в атмосферу, что всегда в той или иной мере происходит, даже если столб жидкости достаточно высок. Во время моих ранних экспериментов с этим устройством я так заинтересовался этим, что пренебрег этой предосторожностью, и я заметил, что кислота оказала разъедающее воздействие на все оборудование в моей лаборатории. Экспериментатор легко выполнить оба этих усовершенствования взяв длинную стеклянную трубу, скажем, от шести до восьми футов длиной, и разместив прерывающее устройство вблизи дна трубы, с отводом для периодического долива жидкости. Высокий столб не даст испарениям просачиваться в атмосферу комнаты, а увеличенное давление заметно повысит эффективность работы. Если столб жидкости будет, скажем, в девять раз выше, то сила, толкающая жидкость к контакту, будет в девять раз больше, и эта сила может, при тех же условиях, двигать жидкость в три раза быстрее, откуда частота вырастет в том же отношении, а на самом деле в большем отношении, поскольку газовый пузырь, будучи сжат, станет меньше, и жидкости придется проделывать меньший путь. Электрод, конечно же, должен быть очень мал, чтобы процесс был регулярным, и использовать платину не обязательно. Давление, при этом, можно увеличить и другими путями, и я получал некоторые интересные результаты в экспериментах этого рода. Как указывалось выше, это устройство очень неэкономичное, и хотя в некоторых случаях использовать его можно, я считаю, что практическая ценность его невелика или отсутствует. Мне будет приятно убедиться в обратном, но я не думаю, что ошибаюсь. Мои основные причины для этого утверждения таковы, что есть много других способов, которыми можно получать лучшие результаты при помощи столь же, если не более, простых устройств. Одно я могу упомянуть здесь, оно основано на другом принципе, который несравненно более эффективен, но более эффективно и при этом в целом проще. Оно состоит из тонкой струи проводящей жидкости, которую заставляют вытекать с нужной скоростью из насадки, соединенной с одним полюсом генератора, через первичную цепь индукционной катушки, на другой контакт генератора, находящийся на небольшом расстоянии. Это устройство дает разряды с замечательной быстротой, и частота получается в разумных пределах почти любая. Я длительное время пользовался этим устройством, соединяя его с обычными катушками и с катушкой моего собственного вида, и получал результаты во всех отношениях намного превосходящие те, что можно получить с тем типом устройства, который обсуждался до этого.

16

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ОСЦИЛЛЯТОРЫ*

Мало было открыто таких областей, которые оказались столь урожайными как токи высокой частоты. Их необыкновенные свойства и эффектность демонстрируемых ими явлений сразу же вызвали всеобщее внимание. Научные люди заинтересовались исследованием их, инженеры были привлечены их коммерческими возможностями, а врачи увидели в них долгожданные средства для действенного лечения телесных болезней. Со времен публикации моих первых исследований в 1891 сотни томов были написаны по этому предмету, и множество неоценимых результатов получено с помощью этого нового фактора. Эта область находится еще только во младенчестве, будущее хранит несравненно большее.

С самого начала я чувствовал необходимость сделать эффективный аппарат, отвечающий быстро растущим потребностям, и в течение восьми лет после моих первых сообщений я разработал не меньше пятидесяти типов этих трансформаторов или электрических осцилляторов, каждый из которых был законченным во всех подробностях и усовершенствован до такой степени, что я не смог бы сколько-нибудь существенно улучшить ни один из них сегодня. Если бы мной двигали практические соображения, я мог бы создать большой и прибыльный бизнес, параллельно оказывая всему миру важную услугу. Но сила обстоятельств и постоянно растущие перспективы еще больших достижений обратили мои усилия в другом направлении. И получается так, что скоро на рынок выйдут инструменты, которые, как это ни странно, были полностью завершены двадцать лет назад!

Эти осцилляторы предназначались специально для работы с постоянными и переменными осветительными цепями и для генерации затухающих и незатухающих осцилляции или токов любой частоты, объема и напряжения в широчайших пределах. Они компактны, автономны, не требуют никакого обслуживания в течение длительных периодов времени и оказываются очень удобными и полезными для таких разнообразных целей, как беспроводная телеграфия и телефония; преобразование электрической энергии; получение химических соединений путем сплавления и соединения; синтез газов; производство озона; освещение; сварка; муниципальная, больничная и бытовая санитария и стерилизация, и множество других применений в научных лабораториях и промышленных организациях. Хотя эти трансформаторы никогда ранее не описывались, общие принципы, лежащие в их основе, были полностью изложены в моих печатных статьях и патентах, в особенности за 22 Сентября 1896, и думается поэтому, что прилагаемые фотографии нескольких типов вместе с кратким объяснением дадут всю необходимую информацию.

Существенными частями такого осциллятора являются: конденсатор, катушка самоиндукции для зарядки его до высокого потенциала, контроллер цепи, и трансформатор, который возбуждается осцилляторными разрядами конденсатора. В нем есть по меньшей мере

* Electrical Experimenter, July 1919.

А-79

три, а обычно четыре, пять или шесть, согласованных цепей и регулировка, исполняемая несколькими способами, наиболее часто просто с помощью регулировочного винта. При благоприятных обстоятельствах достижима эффективность до 85%, то есть, такой процент подаваемой энергии можно получить во вторичной обмотке трансформатора. Хотя главное достоинство этого рода аппаратов очевидно обусловлено удивительными свойствами конденсатора, особые положительные характеристики достигаются в результате сочетания цепей с соблюдением правильных гармонических отношений и минимизации потерь на трение и других потерь, что и было одной из главных целей конструкции.

Рис. 1.

В целом, приборы эти можно разделить на два класса: один, в котором контроллер цепи содержит твердые контакты, и другой, в котором замыкание и размыкание производится ртутью. Рисунки с 1 по 8 включительно относятся к первому, а оставшиеся — ко второму классу. Первые дают заметно большую эффективность из-за того факта, что сопутствующие потери при замыкании и размыкании сведены к минимуму и резистентная составляющая коэффициента затухания очень мала. Вторые предпочтительны для тех целей, где важно получение большего выхода и большего количества прерываний в секунду. Работа мотора и конечно контроллера цепи потребляет определенное количество энергии, которое, однако, становится все менее значимым с ростом мощности машины.

A-80

На Рис. 1 показана одна из самых ранних форм осциллятора, сконструированная для экспериментальных целей. Конденсатор содержится в квадратном ящике из красного дерева, на которой смонтированы самоиндукционная или зарядная катушка намотанная, как будет показано, в два секции соединенные параллельно или последовательно, в зависимости от того, какое напряжение в подающей сети, ПО или 220 вольт. Из коробочки торчат четыре латунных колонны, которые поддерживают пластину с

Рис. 2.

пружинными контактами и регулировочными винтами, а также две массивные клеммы для подключения к первичной обмотке трансформатора. Две из этих колонн служат в качестве контактов конденсатора, а пара других соединяют клеммы выключателя спереди от катушки самоиндукции с конденсатором. Первичная обмотка состоит из нескольких витков медной полосы, к концам которой припаяны короткие штыри, входящие в соответствующие клеммы. Вторичная сделана из двух частей, намотанных так, чтобы насколько возможно уменьшить распределенную емкость и в то же время обеспечить, чтобы катушка выдерживала очень высокое напряжение между ее клеммами в центре, которые соединены с пружинными контактами на двух резиновых колоннах, выступающих из первичной обмотки. Соединения цепи могут слегка варьироваться, но обычное их устройство схематически показано в Electrical Experimenter за Май на странице 89, и относится к моему осцилляторному трансформатору, фотография которого приведена на странице 16 в том же номере. Работа его проходит

следующим образом: Когда выключатель включается рубильник, ток из цепи питания устремляется через катушку самоиндукции, примагничивая железный сердечник внутри и рассоединяя контакты контроллера. После этого индуцированный ток высокого напряжения заряжает конденсатор, и после замыкания контактов аккумулированная энергия высвобождается через первичную обмотку, вызывая нарастание длинной последовательности осцилляции, которые возбуждают согласованную вторичную цепь.

Рис. 3.

Устройство показало себя весьма работоспособным при проведении лабораторных экспериментов всех видов. Например, при изучении явления импеданса трансформатор был убран и в клеммы был вставлен согнутый медный прут. Он часто заменялся большой кольцевой петлей для демонстрации индуктивного эффекта на расстоянии или для возбуждения резонансных цепей в различных исследованиях и измерениях. Трансформатор, подходящий для любого желаемого эксперимента, можно легко сымпровизировать и подключить к клеммам, и таким образом было сэкономлено много времени и труда. Вопреки тому, что было бы естественно ожидать, с контактами возникало довольно мало проблем, хотя токи через них были чрезвычайно сильные, так как, при наличии соответствующих условий резонанса, большой поток возникает только когда цепь замкнута, и никаких разрушительных дуг развиться не может. Изначально я использовал платиновые и иридиевые концы, но потом заменил их на meteorite и в конце концов на вольфрам. Последний вариант удовлетворял наилучшим образом, обеспечивая работу в течение многих часов и дней без прерываний.

Рис. 2 показывает небольшой осциллятор, разработанный для определенных научных целей. Основополагающая идея состояла в том, чтобы добиться огромной производительности в течение кратковременных интервалов, после каждого из которых следует сравнительно длинный период бездействия. С этой целью использовались большая катушка самоиндукции и

быстродействующий прерыватель, и вследствие такой конструкции конденсатор заряжался до очень высокого потенциала. Были получены внезапные вторичные токи и искры большого объема, особенно подходящие для сварки тонких проводов, вспышек ламп накаливания или сваривания нити ламп-вспышек, зажигания взрывчатых смесей и прочих подобных прикладных

А-83

индукционная катушка намотана в две секции для адаптации прибора как для цепей на 110, так и на 220 вольт, а сделано несколько вторичных обмоток для согласования различных длин волн первичной. Выход был примерно 500 ватт с затухающими волнами примерно 50,000 циклов в секунду. На короткие периоды времени получались незатухающие осцилляции путем подвинчивания вибрационной пружины туго к железному сердечнику и разделения контактов с

помощью регулировочного винта, который также исполняет функцию ключа. С этим осциллятором я провел большое количество важных исследований и он был одной из машин, которые демонстрировались на лекции перед Нью Йоркской Академией Наук в 1897.

Рис. 4 — это фотография трансформатора такого типа, который во всех отношениях похож на проиллюстрированный в выпуске Electrical Experimenter за Май 1919, на который уже давалась ссылка. Существенные части в нем такие же, расположены они похожим образом, но он был спроектирован для применения на питающих цепях более высокого напряжения, от 220 до 500 вольт и выше. Обычные настройки выполняются путем регулировки контактной пружины и перемещения железного сердечника внутри катушки индуктивности вверх и вниз с помощью двух винтов. Для предотвращения повреждений в результате короткого замыкания в провода вставлены плавкие предохранители. Прибор сфотографирован в работе, во время генерации незатухающих осцилляции от осветительной сети 220 вольт.

На Рис. 5 показана более поздняя форма трансформатора, предназначенного главным образом для того, чтобы заменить катушку Румкорфа. Для этой цели изменена первичная катушка, в ней гораздо большее количество витков, и вторичная близко с ней связана. Токи, развиваемые в последней, имеют напряжение от 10,000 до 30,000 вольт и обычно применяются для зарядки конденсаторов и работы с независимой катушкой высокой частоты. Механизм регулировки имеет несколько другую конструкцию, но, как и в предыдущем случае, можно регулировать и сердечник, и контактную пружину.

На Рис. 6 — небольшое устройство этого типа, предназначенное специально для

А-84

A-85

получения озона или стерилизации. Оно необыкновенно эффективно для своего размера и может подключаться к сети 110 или 220 вольт, постоянной или переменной, второе предпочтительней.

На Рис. 7 показана фотография более крупного трансформатора данного типа. Конструкция и расположение частей такое же, как и в предыдущем случае, но в ящике находятся два конденсатора, один из которых включен в цепь как в предыдущих случаях, а второй шунтирует первичную катушку. Таким образом, в последней получаются токи огромной величины, и вторичные эффекты усиливаются соответственно. Введение дополнительной

Рис. 8.

согласованной цепи дает также и другие преимущества, но регулировка усложняется, и поэтому желательно использовать такой прибор для получения токов на определенной и неизменной частоте.

Рис. 8 показывает трансформатор с вращающимся прерывателем. В ящике находятся два конденсатора одинаковой емкости, которые можно соединять последовательно и параллельно. Зарядные индуктивности сделаны в виде двух длинных катушек, сверху которых размещаются вторичные клеммы. Небольшой мотор постоянного тока, скорость которого можно менять в широких пределах, используется как привод для прерывателя специальной конструкции. В остальном осциллятор подобен показанному на Рис. 3 и его работу легко можно будет понять из вышеупомянутого. Этот трансформатор применялся в моих беспроводных экспериментах, а также нередко для освещения лаборатории с помощью моих вакуумных трубок и демонстрировался в ходе моей лекции перед Нью Йоркской Академией Наук в 1897, упоминавшейся выше. Перейдем теперь к машинам второго класса. На Рис. 9 показан осцилляторный трансформатор, состоящий из конденсатора и зарядной индуктивности, помещенных в ящик, трансформатора и ртутного контроллера цепи, конструкция которого впервые описана в моем патенте No. 609,251 от 16 Августа 1898. Он состоит приводимого в движение мотором пустотелого шкива, содержащего небольшое количество ртути, которую центробежной силой несет наружу к стенкам сосуда, и она увлекает за собой контактное колесо,

А-86