Лекции
Шрифт:
Я могу показать вам, как катушка ведет себя по-иному, и это тоже интересно. Здесь у меня небольшая алюминиевая крыльчатка, присоединенная к игле и способная свободно вращаться на металлическом предмете, прикрученном к выводу катушки. Когда катушка включается, молекулы воздуха ритмично притягиваются и отталкиваются. Так как сила отталкивания больше силы притяжения, то на лопасти крыльчатки оказывается соответствующее сильное воздействие. Если бы крыльчатка была изготовлена из простой металлической пластины, то сила отталкивания была бы одинаковой для обеих ее сторон и не оказывала никакого действия. Но если одну из поверхностей экранировать, или бомбардировку этой поверхности ослабить тем или иным способом, сила отталкивания продолжает воздействовать на другую сторону, и крыльчатка начинает вращаться. Экранирование лучше всего осуществить, разместив на одной из сторон изолированное токопроводящее покрытие, или, если крыльчатка сделана в форме обычного пропеллера, разместив на одной из сторон, ближе к ней, изолированную металлическую пластину. Без статического экрана, однако, можно обойтись, воспользовавшись
Для того чтобы показать поведение катушки, крыльчатку можно разместить на выводе и она сразу станет вращаться, когда через катушку пропускается ток очень высокой частоты. При постоянном потенциале, конечно, и даже при работе тока низкой частоты, она не будет вращаться, вследствие очень незначительного обмена воздуха и слабой бомбардировки; но в последнем случае она будет вращаться, если потенциал очень высок. Колесико на шпильке, наоборот, подтверждает правильность другого правила: оно вращается лучше всего при постоянном потенциале, а усилие тем меньше, чем выше частота. Итак, довольно легко настроить условия таким образом, чтобы потенциала было недостаточно для вращения крыльчатки, но чтобы при соединении другого вывода катушки с изолированным предметом он поднимался до значения, при котором крыльчатка вращается, и чтобы также было нетрудно остановить вращение, присоединив к выводу предмет других размеров, уменьшающий потенциал.
Вместо крыльчатки в этом опыте мы можем использовать «электрический» радиометр, который даст такой же эффект. Но в таком случае выясняется, что лопасти вращаются только при разрежении или обычном давлении; при небольшом повышенном давлении они вращаться не будут, так как воздух имеет высокие токопроводящие свойства. Это любопытное наблюдение было сделано совместно — мной и профессором Круксом. Я приписываю результат высокой токопроводящей способности воздуха, молекулы которого не ведут себя, как отдельные носители зарядов, но действуют как единый проводник. В таком случае, конечно, если вообще существует отталкивание молекул от лопастей, эта сила должна быть очень мала. Возможно, однако, что результат отчасти объясняется тем, что большая часть заряда проходит по подводящему проводу через газ-проводник вместо того, чтобы рассеиваться с проводящих лопастей.
При попытках воспроизвести описанный опыт с электрическим радиометром потенциал не должен превышать определенного значения, так как электростатическое притяжение между колбой и лопастями может быть настолько сильным, что вращение прекратится.
Самой любопытной особенностью переменных токов высокой частоты и напряжения является то, что они позволяют нам проводить опыты с одним проводом. Во многих отношениях эта особенность представляет огромный интерес.
В том типе мотора переменного тока, который я изобрел несколько лет назад, я добивался вращения путем индукции при помощи однофазного переменного тока, пропущенного через контур мотора, на массе мотора или в других его контурах, вторичных токов, которые, вместе с первичными, или индукционными токами, создавали движущее силовое поле. Простую и несколько грубоватую форму такого мотора можно получить, намотав на железный сердечник первичную обмотку, а рядом с ней вторичную, соединив концы последней, и поместив свободно вращающийся металлический диск в поле обеих обмоток. Железный сердечник применяется в силу очевидных причин, но это не принципиально для опыта. Для улучшения работы мотора, железный сердечник сделан так, что он охватывает якорь. Еще одно улучшение — вторичная обмотка частично наложена на первичную, с тем чтобы она не была свободна от ее индукционного воздействия и не отталкивала силовых линий ее поля. И еще одно улучшение — надлежащий сдвиг по фазе между первичным и вторичным токами достигается при помощи конденсатора, самоиндукции, сопротивления или соответствующих витков.
Я выяснил, однако, что вращение достигается при помощи одной обмотки и сердечника, и объясняю это явление тем, и это главная мысль при проведении опыта, что при намагничивании сердечника существует отставание по времени. Я помню, с каким удовольствием в записках профессора Эйртона, которые попали ко мне позже, я прочитал об идее временной задержки. Действительно ли это временная задержка или запаздывание происходит благодаря действию вихревых токов, циркулирующих в устройстве, — этот вопрос открыт, но фактом остается то, что если через обмотку, намотанную на железный сердечник, пропустить переменный ток, создается силовое движущее поле, способное привести якорь в движение. Интересно упомянуть, с связи с историческим опытом Араго, что в моторах, основанных на задержке или сдвиге по фазе, я добивался вращения в направлении, обратном направлению движения поля, что означает, что в том опыте магнит может не вращаться, а может вращаться в направлении, противоположном направлению вращения диска. Вот перед нами мотор (схематично показанный на рисунке 17), состоящий из обмотки и железного сердечника, а также свободно подвешенного медного диска, расположенного вблизи сердечника.
Для демонстрации новой и интересной особенности я выбрал, по причине, которую объясню, именно этот тип мотора. Когда концы обмотки соединяются с выводами генератора, диск начинает вращение. Но это не тот опыт, теперь уже хорошо известный, а показать хочу тот, где этот мотор вращается при помощи только одного подключенного вывода, то есть, один вывод мотора соединен с одним выводом генератора — в нашем случае со вторичной обмоткой индукционной катушки высокого напряжения, — другие выводы мотора и генератора изолированы и свободны. Для получения вращения обычно (но не абсолютно всегда) необходимо присоединить свободный конец обмотки мотора к изолированному предмету какого-либо размера. Тела экспериментатора более чем достаточно. Если он дотронется предметом, который держит в руке, до свободного вывода, то через обмотку пройдет ток и диск начнет вращение. Если к обмотке последовательно подключить вакуумную трубку, то она ярко засветится, указывая на наличие сильного тока. Вместо тела экспериментатора с тем же успехом можно использовать металлическую пластину, подвешенную на проводящем шнуре. В данном случае пластина действует как конденсатор, подключенный последовательно к обмотке. Она компенсирует самоиндукцию последней и позволяет прохождение сильного тока. В таком сочетании чем больше самоиндукция, тем меньше должна быть пластина, а это означает, что для работы мотора требуется более низкая частота, следовательно, и более низкое напряжение. Одна обмотка, намотанная на сердечник, имеет высокий показатель самоиндукции; в основном по этой причине данный мотор был выбран для проведения этого опыта. Если бы мы имели на сердечнике вторичную обмотку, то она уменьшала бы самоиндукцию, и нам потребовались бы высокая частота и напряжение. Ни то, ни другое нежелательно, так как высокий потенциал мог нанести вред изоляции небольшой первичной обмотки, а высокая частота привела бы к уменьшению вращательного момента.
Следует отметить, когда в таком моторе применяется замкнутая вторичная обмотка, совсем нелегко при высокой частоте получить вращение, поскольку вторичная обмотка почти полностью отсекает силовые линии первичной — и тем сильнее, чем выше частота, позволяя проходить только слабому току. В таком случае, если только вторичная обмотка не замкнута через конденсатор, крайне важно, чтобы добиться вращения, расположить первичную и вторичную обмотки более или менее внахлест.
Но у этого мотора есть и еще одна интересная особенность, а именно: между мотором и генератором вообще не требуется никаких соединений, может быть, только через землю, ибо изолированная пластина способна не только отдавать энергию в пространство, но и получать ее из переменного электростатического поля, хотя в последнем случае количество энергии намного меньше. В данном примере один из выводов мотора соединен с изолированной пластиной или предметом, находящемся в переменном электростатическом поле, а другой вывод предпочтительно заземлен.
Вполне возможно, однако, что такие «беспроводные», если их можно так назвать, моторы могут работать от передачи энергии через разреженный воздух с больших расстояний. Переменные токи, особенно высокочастотные, поразительно свободно проходят даже через слаборазреженные газы. Верхние слои воздуха разрежены. Для того чтобы продвинуться на несколько миль в пространстве, требуется преодолеть лишь механические трудности. Нет никакого сомнения в том, что при высоких потенциалах, которые можно получить при помощи высоких частот и масляной изоляции, светящиеся разряды могут преодолевать многие мили в разреженном воздухе, и что таким способом, используя энергию в несколько сот тысяч лошадиных сил, можно питать моторы и лампы на значительном расстоянии от стационарных источников. Но подобные схемы я упоминаю только как возможные. Нам вообще не потребуется передача энергии. Прежде чем сменятся несколько поколений, наши машины будут получать энергию в любой точке вселенной. Эта идея не нова. Человечество пришло к ней уже давно, ведомое разумом и инстинктом. Ее высказывали по-разному и в разных местах в древнейшей и новейшей истории. Мы находим ее в прекрасном мифе об Антее, который использует мощь Земли; мы находим ее в тонких размышлениях одного из ваших выдающихся математиков и во многих намеках и высказываниях мыслителей современности. Везде в космосе есть энергия. Она статическая'или кинетическая? Если статическая, то наши надежды напрасны; если кинетическая — а мы знаем, что это так, уверены в этом, — то только вопрос времени, когда же люди смогут подключиться к самой природной сети. Из всех, живых и мертвых, Крукс наиболее приблизился к решению. Его радиометр вращается при свете дня и во тьме ночи; он вращается везде, где есть тепло, а тепло есть везде. Но, к сожалению, его прекрасное маленькое устройство, что касается развития, а это и есть самое интересное, следует внести в список самых неэффективных машин, которые когда-либо создавались!
Описанный перед этим опыт только один из ряда равно интересных экспериментов, которые можно производить, применяя только один провод, с переменным током высокого потенциала и высокой частоты. Мы можем подключить изолированный провод к источнику такого тока, пропустить по нему ток малой силы, и в любой его точке получить сильный ток, способный расплавить толстый медный провод. Или можем, при помощи какого-нибудь устройства, разлагать раствор в любой электролитической ячейке, соединив один из полюсов банки с таким проводом или источником энергии. Мы также можем, присоединив к проводу или только приблизив к нему, зажечь лампу накаливания, вакуумную трубку или флюоресцентную колбу.
Каким бы неприемлемым ни казался этот план действий во многих случаях, он всё же практичен, и рекомендуется для производства света. Усовершенствованная лампа потребует небольшого количества энергии, и если провода вообще потребуются, мы должны будем научиться подавать такую энергию без обратного провода.
Теперь признанным фактом является то, что тело можно накалить или заставить светиться, либо подключив его одним проводом, либо просто приблизив к источнику импульсов надлежащего характера, и что в таком случае количества света достаточно для того, чтобы изготовить практичный источник его. Следовательно, по меньшей мере, стоит постараться определить наилучшие условия и изобрести наилучшие приборы для достижения такой цели.