Тесла - Лекции и Статьи
.pdf
A-87
которое периодически замыкает и размыкает цепь конденсатора. С помощью регулировочных винтов, находящихся над шкивом, можно произвольно изменять глубину погружения лопаток, а следовательно и продолжительность каждого контакта, таким образом регулируются интенсивность эффектов их характеристики. Этот вид прерывателя удовлетворителен во всех отношениях при работал на токах от 20 до 25 ампер. Число прерываний обычно составляет от 500 до 1,000 в секунду, но можно работать и с более высокими частотами. Объем, занимаемый прибором, составляет 10" X 8" X 10", выход — около 1/2 kW.
В только что описанном трансформаторе прерыватель сообщается с атмосферой и происходит медленное окисление ртути. Этот недостаток преодолен в приборе, показанном на Рис. 10, который состоит из перфорированной металлической коробки, в которой находятся конденсатор и зарядная индуктивность, а сверху — мотор, приводящий в действие
Рис.11.
прерыватель, и трансформатор. Ртутный прерыватель относится к типу, который надо описать, и работает на принципе струи, которая периодически входит в контакт с вращающимся колесом внутри шкива. Неподвижные части находятся в сосуде на штанге, проходящей через длинный пустотелый вал мотора, и для достижения герметичного закупоривания камеры, в которой находится контроллер цепи, используется ртутный затвор. Ток подается во внутренность шкива через два скользящих кольца, которые находятся на верху и последовательно соединены с конденсатором и первичной катушкой. Предотвращение попадания кислорода — это бесспорное преимущество, потому что исключаются окисление металла и сопутствующие проблемы, и постоянно поддерживаются безукоризненные рабочие условия.
Рис. 11 — это фотография аналогичного осциллятора с герметически закрытым ртутным прерывателем. В этой машине неподвижные части прерывателя внутри шкива находятся на
I
i
А-88
А-89
трубке, через которую проходит изолированный провод, соединенный с одним контактом прерывателя, а другой находится в контакте с сосудом. Таким образом, скользящих колец удалось избежать и конструкция упростилась. Этот прибор был разработан для осцилляции меньшего напряжения и частоты, требовал первичных токов сравнительно меньшего ампеража, и использовался для возбуждения других резонансных цепей.
Рис. 12 показывает улучшенную форму осциллятора типа описанного на Рис. 10, в котором от поддерживающей штанги через полый вал мотора избавились, и устройство, накачивающее ртуть, поддерживается в своем положении за счет силы тяжести, как будет более подробно
Рис. 14.
разъяснено в связи с другим рисунком. И емкость конденсатора, и первичные витки были сделаны переменными для целей получения осцилляции нескольких частот.
Рис. 13 — это фотографическое изображение другой формы осцилляторного трансформатора с герметически закрытым ртутным прерывателем, а диаграммы на Рис. 14 показывают соединения цепи и организацию частей, воспроизведенные из моего патента No. 609,245 от 15 Августа 1898, описывающего именно это устройство. Конденсатор, индуктивность, трансформатор и контроллер цепи расположены как и раньше, но последний имеет другую конструкцию, что станет ясно из рассмотрения Рис. 14. Полый шкив а укреплен на валу С, который установлен в вертикальном подшипнике, проходящем через постоянный магнит d мотора. Внутри сосуда на бесфрикционных подшипниках находится тело h из
А-90
магнитного материала, которое окружено колпаком b в центре пластинчатого железного кольца на полярные участки которого 00 намотаны зарядные катушки р. Кольцо удерживается на четырех колоннах, и, когда намагничено, удерживает тело h в одном положении во врем; вращения шкива. Последний изготовлен из стали, но колпак лучше делать из Немецкого
Рис. 15.
серебра, черненого кислотой, или никелированным. На теле h держится короткая трубка к, согнутая, как показано, для улавливания жидкости, когда она раскручивается, и выпускания ее на зубцы колеса, крепящегося к шкиву. Колесо показано на рисунке, контакт между ним и внешней цепью устанавливается через чашку со ртутью. Когда шкив быстро вращается, струя жидкости устремляется к колесу, тем самым устанавливая и разрывая контакт примерно 1,000 раз в секунду. Прибор работает тихо и, благодаря отсутствию окисляющихся частей, всегда остается чистым и в отличном состоянии. При этом, число прерываний в секунду может быть гораздо больше, давая токи, пригодные для беспроводной телеграфии и подобных целей.
Модифицированная форма осциллятора показана на Рис. 15 и 16, на первом из них фотографическое изображение, а на втором — схематическая иллюстрация, показывающая устройство внутренних частей контроллера. В данном случае, вал b, на котом крепится сосуд а, полый и поддерживает, в бесфрикционных подшипниках, шпиндель j, к которому крепится
А-91
вес к. На изогнутом кронштейне L, изолированном от последнего, но механически прикрепленному к нему, закреплено свободно вращающееся прерывающее колесо с выступами QQ. Колесо находится в электрическом контакте с внешней цепью через чашку со ртутью и изолированную втулку, крепящуюся со верхней стороны шкива. Благодаря наклонному положению мотора вес к удерживает прерывающее колесо в его положении за счет силы тяжести, и при вращении шкива цепь, в которую входят конденсатор и первичная катушка трансформатора, быстро замыкается и размыкается.
Рис. 17 показывает похожий прибор, в котором однако прерывающее устройство состоит из струи ртути, сталкивающейся с изолированным зубчатым колесом, держащемся на
Рис. 16.
изолированном штифте в центре кожуха шкива, как показано. Соединение с цепью конденсатора идет через щетки, держащиеся на этом штифте.
Рис. 18 — фотография другого трансформатора с ртутным контроллером цепи колесного типа, в модифицированного некоторых отношениях, распространяться о которых надобности нет.
Это только лишь немногие из осцилляторных трансформаторов, которые я построил, и которые составляют только малую часть моих высокочастотных приборов, которым я надеюсь дать полное описание когда-нибудь в будущем, когда освобожусь от неотложной работы.
А-92
17
ДОСТИЖЕНИЯ В ПРАКТИКЕ И ИСКУССТВЕТЕЛЕФОТОГРАФИИ
Последние успешные эксперименты Эдуарда Белена из Парижа в передаче фотографий между Нью Йорком и Сент Луисом, на расстояние 1000 миль, конечно оживили интерес к этой довольно старой области науки. Прибор М-ра Белена был изучен с учетом прошлых усилий в данном направлении, и следует признать, что Французский изобретатель достиг выдающегося усовершенствования. Хотя его аппарат во многих отношениях старый и хорошо известный, но все детали разработаны мастерски, и его фотографические репродукции — не просто хорошие подобия оригиналов, они в немалой степени выразительны. Подобно другим областям деятельности, передача фотографий на расстояние достигла своего нынешнего уровня, совершенства пройдя путем медленных и постепенных улучшений, достигнутых в результате ее 77 -ми летнего развития. Литература по этому предмету достаточно обширна и подробно изучить ее достаточно сложно, поскольку статьи опубликованы на разных языках и разбросаны по огромному количеству периодических изданий. Лишь одна полная и исчерпывающая (работа была опубликована в Германии Д-ром Артуром Корном из Мюнхена и Д-ром Бруно Глатцелом.
ПЕРВЫЕ ПАТЕНТЫ, ПОЛУЧЕННЫЕ МНОГО ЛЕТ НАЗАД
Первоначально идея принадлежит Александру Бэйну, Шотландскому механику, который получил Британский патент на изобретение в 1843. Его план предполагал передачу печатных писем, чертежей и рисунков следующим образом: На передающей станции находился держатель с изолированными металлическими остриями, сделанный так, чтобы скользить по направляющим над рамкой, покоящейся поверх печатной страницы, которая должна передаваться на расстояние. Внутри этой рамки и под прямым углом к ее плоскости находится большое количество коротких проводков, заделанных в сургуч. Их нижние концы находятся в контакте с литерами, которые в свою очередь все соединены электрически. Когда держатель движется назад и вперед, замыкается и размыкается контакт между изолированными остриями и верхними концами коротких проводков, тем самым управляя течением тока через них Каждое металлическое острие было соединено отдельным проводом с получающей станцией, где находился аналогичный держатель, скользящий над химически подготовленной бумагой, лежащей на заземленной металлической пластине. Когда батарея на передающем конце одним из своих полюсов подключалась к литерам, а другим к земле, импульсы тока, через провода линии и химическую бумагу вызывали изменение цвета последней, тем самым воспроизводя символы. Чтобы получить удовлетворительные результаты, требовалось огромное количество проводов в линии и остриев, и понимая это, Бэйн предложил ограничиться только одним проводом, но не дал относительно этого полной информации. Далее Боннелли и другие изобретатели делали усовершенствования в его приборе, уменьшая количество проводов до|, всего лишь нескольких. Несомненно, несмотря на явную незрелость системы, она вполне могла иметь коммерческое применение для передачи печатного текста, чертежей и рисунков, и могла оказаться полезной.
Electrical Review, Dec. 11, 1920.
А-95
I
Первый практический успех было достигнут англичанином, Фредериком Коллиером Бэйквеллом,который получил Британский патент на процесс, некоторые особенности которого оказались важными в последующие годы. Он использовал в качестве передатчика цилиндр, на котором буквы были написаны изолирующими чернилами. Металлическое острие касалось цилиндра и слабо смещалось с каждым поворотом последнего точно так же, как в фонографе ст стаporo образца. Аналогичный цилиндр, покрытый химической бумагой и снабженный ск скользящим острием, находился на принимающей станции. Цилиндры были заземлены и в линии, соединяющий передающее и принимающее острия, была поставлена батарея. Течение тока вызывало обесцвечивание бумаги и воспроизведение написанных букв на принимающем конце. Учитывая то время, аппарат Бэйквелла был удивительно совершенен, особенно в поддержании синхронности вращения цилиндров, для чего использовалась и автоматическая, и ручная коррекция. Между Бэйквеллом и Бэйном разгорелся спор за славу первенства, но в этом отношении ошибки возникнуть не могло. Бэйн был автором идеи, тогда как Бэйквелл был первым, кто успешно ее воплотил.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕХИМИЧЕСКОЙБУМАГИПРИЗНАНО
НЕПРАКТИЧНЫМ
Использование химической бумаги было признано неудобным, и в 1851 Хипп избавился от нее, получая отпечатки на приемнике с помощью магнита, приводимого в действие передаваемыми импульсами. Любопытно при этом отметить, что современная технология полностью основывается именно на этом устройстве. В 1855 Касселли модифицировал аппарат (Бэйквелла, использовав точно синхронизированные маятники на передающей и принимающей станциях, тем самым заменив вращательное движение на возвратно-поступательное, как в схеме Бэйна. Как представляется, Касселли имел больше предприимчивости, чем его предшественники, и аппарат, который он улучшил в 1860, действительно применялся с некоторым успехом в течение короткого времени на службе между Парижем и несколькими другими городами Франции. Его отмена была вероятно обусловлена медленностью передачи и недостатком спроса на такого рода средства. Очень странно, что столь многие научные труды
по физике и другие книги упоминают Касселли, игнорируя Бэйна и Блэйквелла.
Вскоре после этого Мейкр разработал систему, которая с успехом использовалась во франции и которую можно справедливо считать первым полностью практическим применением идей в этой области. Любопытное усовершенствование было сделано Герардом, который в 1865 предложил использовать плоские диски вместо цилиндров Бэйквелла. Даже после того, как для передачи стал применяться один провод, оставалось обязательным поддерживать точную синхронность между передатчиком и приемников, каковой задаче освятили свои силы множество изобретателей. Д'Арлинкур прибегнул к камертону, и его идея былавпоследствии более совершенным способом воплощена Лакуром. Примерно в это время изобретениедостигло Америки, и в 1870 Сойер с его изобретательностью включился в развитие процесса, применив в нем цинковые клише. Они были очень надежными, и это было замечательнымуспехом.
В1880 Эдисон изобрел аппарат на принципе, применявшемся Сойером, за исключением того, что оттиски получались на бумаге в виде барельефа. Эта идея была подхвачена далее Деннисоном в устройствах возвратно-поступательного типа. Введение переменной системы передачи энергии Тесла принесло новые способы работы передатчиков и приемников. Использование синхронных моторов впервые было предложено Шини в 1893.
Л-96
ПОЛУЧАЕТСЯ ИСПОЛЬЗОВАТЬ ФОТОГРАФИЧЕСКИЕ ПЛЕНКИ
Во всех случаях без исключения было необходимо предоставлять реальные отпечатки, рисунки или схемы для передачи, пока Ленуар не ввел в технологию фотографические пленки, дав возможность передавать картинки любого рода. Это было великим шагом вперед, но слава первого практического успеха принадлежит Американскому инженеру, Н. Амштутцу, который впервые воспользовался фотографическими передающими клише и с огромным успехом. Амштутц был настоящим пионером, и его усовершенствование является существенным в современных процессах. Правда, в начале 1865 Француз, Хуберт, предложил использовать буквы, написанные толстыми чернилами, но пользы от этого было немного, и Амштутц был несомнен-
но первым, кто произвел и применил клише, от которых жизненно зависит сегодняшняя технология. С его устройством были проведены совершенно удовлетворительные демонстрации в этой стране более 20 лет назад, когда по телеграфным проводам на большое расстояние были переданы картинки. Образцы его работы сохранились, и они ясно показывают, насколько он опережал свое время.
Следом за Амштутцем Данлани, Пальмер, Миллс и другие Американские изобретатели предприняли передачу картинок с большим или меньшим успехом. К этому времени возникла необходимость увеличить скорость процесса за счет ускорения устройств, а также с помощью множественных передач. Бельгийский изобретатель, Карбонелле, сделал важное усовершенствование в этом направлении, когда применил телефонную диафрагму, несущую пишущую иглу для выполнения оттисков.
Но наиболее успешным из всех изобретателей был Д-р Корн, как и наиболее плодовитым в предложенных им усовершенствованиях, из которых самым значимым стал фотографический метод записи, выполненный в 1903. Общая идея фотографической записи уже была выдвинута Георгом Литтлом, и несколько лет спустя Диллон получил патент, включающий использование чувствительной бумаги и зеркала, отражающего луч света на нее. Очевидно, однако, что в то время использование этого предложения было трудно осуществимо, потому что была еще недостаточна развита фотография. В качестве примера можно упомянуть то, что в 1892 внимание научного мира было направлено на приемник с удивительной чувствительностью, состоящий из потока электронов, удерживаемого в чувствительном равновесии в вакуумной колбе, посредством которого предлагалось применить фотографию для передачи телеграфных и телефонных сообщений через Атлантическое кабели, и позже беспроводным способом. Это предложение было встречено несокрушимыми возражениями против фотографического метода. На самом деле, процесс Белена стал возможен главным образом благодаря огромному развитию в области чувствительных пленок, возникшему в ответ на настойчивый спрос со стороны движущихся картин, а также простимулированному недавней войной.
ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ И ПРИЕМА ПРИМЕНЯЮТСЯ СЕЛЕНОВЫЕЯЧЕЙКИ И ВАКУУМНЫЕ ТРУБКИ
В аппарате, изобретенном Д-ром Корном, в качестве передатчика использованы селеновые ячейки, чтобы менять интенсивность посылаемого тока, а на принимающей станции он приме няет вакуумную трубку высокой интенсивности, которая отбрасывает свой свет через узкую щель на чувствительную пластину. Трубка возбуждается высокочастотными токами, подающимися с трансформатора Теслы, и может вспыхивать много тысяч раз в секунду. Движение принимающего элемента осуществляется через проводной гальванометр, осциллограф или телефонную диафрагму. Система Корна успешно применялась несколько прошедших лет в Германии и других странах. На самом деле, она даже некоторое время применялась в беспроводной передаче. Патенты на этот способ передачи были выданы в 1898 и 1899 Кустеру и Г. Вильямсу, но устройства включали в себя использование волн Герца, и были неосуществимыми. Позднее получили патенты Фредерик Браун, Панса и Кнудсен, однако все они были име-
А-97
ли недостатки. Успех в этом направлении был достигнут до сих пор только Корном, Бержонне и Т. Бейкером. Все без исключения изобретатели используют проводной гальванометр, который особенно удобен благодаря его высокой скорости. Телаутографическая передача подобными способами по продам как и без проводов теперь стала обычной и выполняется с помощью передатчика, состоящего из двух компонент, первоначальная идея которого принадлежит анг-
личанину, Джонсу, который выдвинул много предложений в 1855.
В СОВРЕМЕННОМ РАЗВИТИИ ПРИМЕНЯЕТСЯ МНОГО СТАРЫХПРИНЦИПОВ
В этой короткой истории передачи изображений Белену принадлежит самая большая глава. В процесс, который он в конце концов приспособил после многих лет непрерывных усилий, включается применение двух синхронно вращающихся цилиндров — один для передачи, а другой для воспроизведения. Первый сделан из меди и подготавливается к работе посредством покрытия его поверхности тонким раствором шеллака, оборачивания вокруг него угольной копии фотографии ее лицевой стороной к цилиндру, и погружения всего этого в воду, в результате чего желатин пристает к поверхности цилиндра пропорционально степени черноты, так что получается барельефное подобие отпечатка. По этому цилиндру скользит игла микрофонной диафрагмы, которая медленно двигается вперед за счет вращения цилиндра как в фонографе. Таким способом давление угольных контактов меняется в сообразно изменениям поверхности, и микрофонные токи идут по передающим проводам на принимающую станцию, где они вызывают соответствующие отклонения зеркала, которое является частью высокочувствительного апериодического осциллографа. Сильный поток света, отраженный от этого зеркала, проходит через экран, проградуированный от полной прозрачности до затемненности, и через микроскопическое отверстие падает на чувствительную пленку, обернутую вокруг принимающего цилиндра. Принимаются специальные меры для поддержания синхронного хода цилиндров, потому что для хорошей работы это необходимо. Пленка, конечно же, защищена от внешнего света, и когда операция завершена, проявляется как обычно, так что в зависимости от положения экрана получаются позитивные или негативные отпечатки. В этом аппарате нет ничего принципиально нового; на самом деле, каждый его элемент был открыт ранее. Даже градуированный экран, который является одной из наиболее важных частей, использовался до этого Д-ром Корном. Но М-р Белен продемонстрировал заметную изобретательность и мастерство во всех деталях, его воспроизведенные фотографии — самые превосходные. Есть все основания полагать, что его усилия будут вознаграждены широким практическим применением его устройства.
СЛЕДУЮЩИМ ШАГОМ В РАЗВИТИИ ПЕРЕДАЧИ ДОЛЖНО СТАТЬ ТЕЛЕВИДЕНИЕ
Передача фотографий — это лишь первый шаг к неизмеримо большему достижению, — телевидению. Но это означает мгновенную передачу визуальных воздействий на любое расстояние по проводам или без. Это предмет, которому я посвятил 25 лет пристального изучения. Две преграды, которые годы назад казались непреодолимыми, успешно пройдены, но огромные сложности все еще на пути. На них наталкиваешься в инерции чувствительных ячеек и огромной скорости, которая требуется для того, чтобы можно было видеть людей, объекты или сцены как в жизни. Это проблема создания передатчика, аналогичного хрусталику и сетчатке глаза, средства передачи, соответствующего оптическому нерву, и приемника, устроенного подобно мозгу. Это гигантская задача, но я уверен, что мир увидит ее выполнение в ближайшем будущем.