Статьи - Никола Тесла

Если автор не ошибается, г-н Суинберн предложил способ возбуждения генератора переменного тока при помощи конденсатора. В течение ряда лет автор и сам проводил эксперименты с целью получения удобного генератора переменного тока с самовозбуждением. Он добивался получения магнитных полей, применяя различные схемы переменных токов, которые могли быть коммутированы без механических устройств. Его эксперименты тем не менее открыли истину, непоколебимую, как гибралтарские столбы. Нельзя получить никакого заметного возбуждения с помощью тока, меняющегося с сингулярным (продолжительным) периодом и неменяющегося. Причина состоит в том, что изменения силы возбуждающего тока производят соответствующие изменения в напряженности поля, результатом чего будет наведение токов в якоре; и эти токи накладываются на токи, полученные от вращения якоря в поле; первые при этом опережают вторые на четверть фазы. Если поле будет расщепленным, возбуждения не возникнет, если оно не будет расщепленным, возникнет некоторое возбуждение, но будут нагреваться магниты. При сочетании двух возбуждающих токов со смещением на четверть фазы возбуждение может произойти в обоих случаях, а если магнит со слоистым сердечником, тепловой эффект сравнительно невелик, так как однородность, напряженность поля сохраняется, и, если бы была возможность создать совершенно однородное поле, возбуждение таким способом дало бы вполне ощутимые результаты. Если такие результаты можно получить, применяя конденсатор, как предложил г-н Суинберн, необходимо сочетание двух контуров, разделенных четвертью фазы, то есть катушка якоря должна быть намотана в двух направлениях и присоединена к одному или двум независимым конденсаторам. Автор проделал определенную работу в этом направлении, но должен отложить описание устройств на неопределенное время.

«The Electrical World», 21 февраля 1891 г.

8

Эксперименты с переменными токами высокой частоты

В журнале «The Electrical» в номере от 11 числа текущего месяца я нахожу заметку профессора Элью Томсона, имеющую отношение к некоторым из моих экспериментов с переменными токами высокой частоты.

Профессор Томсон обращает внимание ваших читателей на тот интересный факт, что он провел несколько опытов в том же направлении. Для меня не было полной неожиданностью узнать об этом, так как несколько месяцев тому назад в «Electrician» было опубликовано его письмо, в котором он упоминает небольшую машину переменного тока, способную вырабатывать, полагаю, 5 000 колебаний тока в секунду, и из которого также явствует, что его исследования в этой области относятся к более позднему времени[7].

Профессор Томсон описывает опыт с лампой с угольным электродом внутри, которая светилась при бомбардировке его молекулами газа, оставшегося в колбе после ее погружения в воду, «превращенную в слабый проводник благодаря растворенной в ней соли»; и при этом к угольному электроду было подключено напряжение 1 000 вольт с 5 000 колебаний тока в секунду. Подобные опыты проводились, конечно, и другими исследователями. Единственной отличительной особенностью экспериментов профессора была сравнительно высокая частота колебаний. Их можно также проводить при постоянной разности потенциалов между водой и угольным электродом, и в этом случае проводимость осуществляется, конечно, через стекло, при этом необходимая разность потенциалов должна быть соразмерна толщине стекла. При 5 000 колебаний тока в секунду проводимость всё же будет, но конденсаторный эффект перевешивает. Само собой разумеется, что нагрев стекла в этом случае происходит в основном из-за бомбардировки молекулами и частично также из-за утечки или проводимости, но неопровержимым фактом является то, что стекло может нагреваться также от молекулярного движения. Интересная деталь моих экспериментов состояла в том, что лампа загоралась, будучи помещенной рядом с индукционной катушкой, а также в том, что ее можно было держать в руке, а нить раскалялась добела.

Эксперименты описанного выше характера я проводил в течение долгого времени, преследуя некоторые практические цели. В связи с опытом, описанным профессором Томсоном, вероятно, представит интерес упоминание замечательного явления, которое можно наблюдать, работая с лампой накаливания. Если лампу поместить в сосуд с водой на достаточную глубину и присоединить нить накаливания к клеммам индукционной катушки, работающей от машины, которую я применял в своих экспериментах, вы сможете наблюдать тускло-красного свечения нити накаливания внутри ярко светящегося шара, пространство вокруг которого менее освещено. Этот эффект, возможно, вызывается отражением, так как шар имеет четкие очертания; но, возможно, своему происхождению он обязан и «неизведанной области»; во всяком случае, это явление так приятно для глаз, что его непременно следует увидеть, чтобы оценить.

Профессор неправильно понял мое утверждение о пороге слышимости. Я полностью отдавал себе отчет в том, что есть большие расхождения во мнениях по этому вопросу. Я также не был удивлен, обнаружив, что дуга с 10 000 импульсов в секунду издает звук. Я высказался по поводу того, что «есть любопытная особенность» и т. д., только из уважения к мнению сэра Томсона. Абсолютно никакого значения не придавалось конкретному числу. Согласно распространенному мнению, предел слухового восприятия наступал приблизительно при частотах от 10 000 до 20 000 колебаний в секунду или самое большее — от 20 000 до 40 000. Для моей аргументации это было несущественно. Я утверждал, что могут быть услышаны звуки с несравнимо большим числом колебаний, во много раз превышающим даже самый высокий показатель, если бы они могли быть произведены с достаточной силой. Мое высказывание было всего лишь теоретическим, но я придумал способ, который, надеюсь, позволит мне получить более точные сведения в этой области. У меня нет ни малейшего сомнения, что это лишь вопрос силы. Очень короткая дуга может молчать при частоте 10 000 колебаний в секунду, но как только она удлиняется, она начинает издавать звук. Число колебаний то же самое, но сила их возрастает.

Профессор Томсон утверждает, будто я считаю пределом «слухового восприятия звуков при частоте от 5 000 до 10 000 колебаний в секунду». В моих же высказываниях нет ничего, что позволило бы сделать вышеприведенное заключение, но профессор, возможно, не подумал о том, что каждому полному периоду колебания тока соответствуют два звуковых колебания, не зависящих от направления тока.

И счастлив узнать, что профессор согласен со мной относительно причин устойчивости дуги. В результате долгих размышлений я пришел к убеждению, что дуги, произведенные токами высокой частоты, будут обладать этим свойством и другими полезными качествами. Одно из моих намерений в этом направлении — получение небольшой дуги, имеющей практическое значение. Во многих случаях с помощью таких токов возможно получение дуг гораздо меньших размеров.

Теперь же интерпретация профессором Томсоном моих рассуждений о дуговой системе заставляет меня, пусть он простит мне эти слова, поверить, что наиболее существенным в успешной реализации дуговой системы является система управления. Несмотря на это, я уверен в правильности изложенных взглядов. На практике условия столь разнообразны, что ни один тип машины не сможет проявить себя наилучшим образом, учитывая всё разнообразие условий.

В одном случае, когда линия тянется на многие мили, желательно задействовать наиболее эффективную машину с наименьшим внутренним сопротивлением; в другом случае такую машину лучше не использовать. Конечно, следует признать, что машина любого типа, предназначенная для дуговых ламп, должна иметь большее сопротивление, чем та, которая создана для питания последовательно соединенных ламп накаливания. При эксплуатации дуговых ламп с низким сопротивлением машины наблюдается неустойчивая работа, если только не использовать тип лампы, в котором электроды разделены с помощью устройства, исключающего влияние в дальнейшем на питание, поскольку осуществляется независимым механизмом; но даже в этом случае сопротивление должно быть сравнительно большим, что обеспечит устойчивую работу ламп. Далее: при условии, что машина выдает стабильный ток, единственным способом достижения желаемого результата является помещение необходимого сопротивления где-либо внутри или снаружи машины. Последнее вряд ли достижимо, так как потребитель, возможно, выдержит горячую машину, но сочтет подозрительным наличие горячего блока сопротивления. Хороший автоматический регулятор, конечно, улучшит устройство и позволит нам изменить до некоторой степени внутреннее сопротивление, но не настолько, как того хотелось бы. И теперь, когда сопротивление уменьшено, мы можем, для пользы дела, заменить сопротивление в машине равноценным полным сопротивлением. Но чтобы получить большое полное сопротивление с малым омическим сопротивлением, необходимо использовать самоиндукцию и переменный ток, и чем больше самоиндукция и частота перемены тока, тем большим может получиться полное сопротивление, в то время как омическое сопротивление может быть небольшим. Вероятно, следует отметить, что полное сопротивление цепи, находящейся вне машины, также возрастает. Что касается увеличения омического сопротивления вследствие изменения тока, оно, как это происходит в применяемых ныне промышленных машинах, очень невелико. Тогда, очевидно, достигается большое преимущество при условии использования самоиндукции в цепи машины переменного тока, ибо возможна замена машины с сопротивлением, скажем, 16 ом другой, сопротивление которой не превышает 2 или 3 ома, а лампы при этом будут работать даже более стабильно. Поэтому мне кажется, что мои слова о существенной роли самоиндукции в техническом успехе системы дугового освещения находят подтверждение. Еще более важно то, что такая машина будет стоить значительно меньше. Но для того чтобы представить себе выгоду в полной мере, предпочтительно применять машину переменного тока, так как в этом случае появляется возможность изменения тока в широком диапазоне. Такое соотношение сопротивления и полного сопротивления, какое есть в машинах Браша и Томсона, не зафиксировано больше нигде, но я считаю, что, судя по конструкции, в машинах Браша оно меньше.