Лекции

Тесла Никола

Ввиду важности предмета разговора не лишним будет сказать несколько слов о процессе изолирования, который был принят мной на вооружение после нескольких лет опытов. Одно из устройств, которыми я пользовался, продемонстрировано на рисунке 10.

Сосуд А, способный выдерживать огромное давление, соединен с насосом Е и его резервуаром Н посредством конденсирующего резервуара F, который охлаждается при помощи змеевика G. Сосуд А также имеет змеевик С, через который по мере необходимости может проходить пар или прохладная вода. Конденсатор изготавливается из изолирующих и проводящих пластин так, как это удобно, причем диэлектрик состоит из нескольких сложенных вместе листов бумаги, для того чтобы избежать дефектов, возникающих вследствие порывов или проколов. По той же самой причине следует менять местами листы бумаги после получения их от производителя, поскольку многие из них могут быть пробиты в одном и том же месте. После того как конденсатор был испытан путем подачи умеренного электрического напряжения от обычной электросети напряжением 220 вольт, его помещают в конический сосуд В. Здесь можно применить

патрубок D, ведущий к нижней части сосуда, причем через него может подаваться расплавленный изолирующий материал, но это не столь важно. После этого сосуд В, содержащий конденсатор, помещается в сосуд А, верхняя часть которого закрывается винтом и затем через змеевик С подается пар, и изолирующее вещество имеет нужную температуру, которая немного выше точки плавления смеси, а это достигается регулированием подачи пара. Теперь путем открывания соответствующего клапана сосуд соединяется с насосом и устанавливается вакуум на уровне примерно 29 дюймов или немного выше. Когда расплавленная масса как следует заполнила пустоты конденсатора, подача пара прекращается и в змеевик С подается холодная вода. После того как процесс медленного охлаждения достиг нужной точки, насос реверсируется и в сосуд А поступает воздух, для того чтобы сильно сжать жидкий изолятор и заполнить им все пустоты. Желательно поддерживать давление до тех пор, пока масса не затвердеет. Подача давления нужна не только для того, чтобы изолирующая масса заполнила пустоты и не сжалась при охлаждении, но и для того, чтобы маленький пузырек воздуха, возможно, оставшийся в конденсаторе, и при атмосферном или чуть более высоком давлении могущий безнадежно повредить устройство, был сильно сжат и опасность от его воздействия значительно уменьшилась. После того как масса в сосуде А затвердела, в змеевик С вновь подается пар для того, чтобы размягчить изоляцию по краям и иметь возможность извлечь сосуд В, после чего конденсатор вынимается и излишняя изоляция обрезается. Таким же образом поступают с первичной и вторичной обмотками. Я обнаружил, что в качестве изоляционного материала лучше всего использовать смесь пчелиного воска и парафина с низкой точкой плавления, взятых равными частями. Это дает твердую массу, которая не отстает от металла при охлаждении. Конденсаторы и обмотки, изготовленные таким способом, выдерживают немыслимое напряжение.

Очень часто при настройке первичного разрядного контура между выводами конденсатора проскакивает искра длиной ³/₈ или /₂ дюйма, и всё же конденсатор не портится, хотя толщина диэлектрика составляет всего лишь несколько тысячных дюйма. Мне не удалось зарегистрировать какое-либо повышение температуры конденсатора после его длительной работы.

Для того чтобы вторичные обмотки выдерживали воздействие огромного напряжения, которое можно получить при помощи таких приборов, я счел необходимым изготавливать их в соответствии со схемой, показанной на рисунке 11. Рисунок демонстрирует две плоские, спирально намотанные обмотки S S.„которые своими внешними концами соединяются с контактной пластиной р таким образом, чтобы на самом деле образовать единую вторичную обмотку, выводы которой находятся точно по центру двух дере-

вянных шпулей, на которых намотаны две части обмотки. Шпули удерживаются вместе цилиндром, изготовленным из тонких волокнистых пластин ff, достаточно плотным, чтобы обеспечить твердость, и перфорированным, чтобы расплавленный воск мог заполнить пустоты во время процесса изолирования, описанного выше. В центре шпулей расположены медные резьбовые втулки bb, соединенные со свободными концами вторичной обмотки S,S₂и в которые можно ввернуть медные части ss. Последние соединены с концами полых пробок из твердой резины гг, сквозь которые пропущены гибкие провода ww, плотно изолированные гуттаперчей, и которые ведут к штырям разрядника, установленного в верхней части прибора (рисунок 9). Советуем не изолировать эти провода мягкой резиной, которая вскоре разрушится под воздействием озона, образующегося на поверхности проводов вследствие излучаемых потоков, даже если слой резины очень толстый. Толщина изолирующего слоя между наложенными слоями вторичной обмотки определяется исходя из расчетного напряжения между слоями. Первоначально я пользовался хорошо изолированными проводами с оплеткой в два-четыре слоя, но теперь я применяю обычный намоточный провод, толщина оплетки которого примерно равна толщине самого провода. Это удобный способ изоляции, который не требует специально подготовленного провода и обеспечивает отличный результат. Середина вторичной обмотки, или общий контакт двух обмоток, соединяется с землей или питающим проводом, а он преимущественно с первичным разрядным контуром, причем небольшая контактная пластина или пружина р служит для установки соединения, когда вторичные обмотки вставляются в первичную.

Длина каждой из вторичных обмоток рассчитывается таким образом, чтобы она составляла примерно четверть длины волны электромагнитного возмущения, происходящего во вторичной цепи, и основывается, конечно, на практическом расчете скорости прохождения этого возмущения через цепь. Само собой разумеется, что длина вторичной обмотки будет лишь приблизительно равна четверти длины волны в зависимости от того, какова емкость цепи при нормальных рабочих условиях. При обычном применении прибора для получения количественных эффектов разрядов высокого напряжения для емкости выводов делается небольшой допуск, но если прибор создан, например, для получения большого количества потоков между пластинами большой площади, либо для зарядки конденсаторов от вторичной обмотки, или для чего-то подобного, тогда длина провода вторичной обмотки делается значительно короче, и желательно, чтобы она уменьшалась в равной доле от четверти длины волны, которая возникает без какого-либо допуска на емкость, кроме емкости катушки. И наконец, если нужно получить токи сравнительно небольшого напряжения, обмотку следует изготовить из одной шпули и нескольких слоев, которые располагаются вблизи первичной обмотки для того, чтобы повысить коэффициент взаимной индукции и как можно более уменьшить резонансное повышение потенциала. Помещение магнитного контура в кислород при обычном или повышенном давлении, которое не имеет особого значения при наличии тока низкой частоты, оказывает серьезное воздействие при наличии токов такой необычно высокой частоты, в особенности в условиях, благоприятных для возникновения резонанса, и я предчувствую практическое применение кислорода в данном направлении.

Вторичные обмотки, изготовленные способом, показанным на рисунке 11, имеют много преимуществ, и главные из них — безопасность работы и способность создавать

потенциал, гораздо более высокий по сравнению с обычными обмотками. Для того чтобы дать вам представление о том, какое напряжение можно получить при помощи такого небольшого прибора, прилагается его фотография в работе с двумя петлями провода с изоляцией из хлопка, соединенного с разрядными стержнями (рисунок 12). Внешняя петля имеет длину всего 22 дюйма, чтобы уместилась на фотографии, но могла быть и длиннее, так как два параллельных провода длиной по 15 дюймов можно протянуть от выводов вторичной обмотки прибора и почти всё пространство между ними, шириной 4 дюйма, светится в темноте от пронизывающих его потоков, то есть площадь потоков 5 квадратных футов, и всё же энергия, потребная для питания этого контура во время эксперимента, составляет лишь 35 ватт. Для того чтобы при помощи обычного трансформатора получить такое количество стримеров, необходимых для производства озона или для чего-то подобного, потребуется гораздо большее количество энергии и гораздо более дорогая аппаратура.

Такие экстремальные разности потенциалов, которые можно получить путем применения описанного здесь принципа, — результат внезапности или скорости изменения импульсов первичного тока. При использовании обычного метода изменения силы первичного тока, либо путем превращения его в переменный, либо путем прерывания цепи мы ограничены сравнительно небольшой скоростью изменений, которые можно получить от высокочастотного генератора или быстрого прерывателя, но применяя конденсатор, внезапность разрядов практически неограниченна и можно получить любую длину искры или потенциал. Так, например, применяя этот принцип особым способом, мне удалось создать громадное электрическое напряжение, максимальное значение которого теоретически могло быть выражено только миллионами вольт, что вызвало проливной дождь или постоянный поток толстых, грохочущих искр, которые вырывались в пространство на расстояние восьми или девяти футов от изолированного провода, и эти искры иногда вели себя как настоящие молнии, и для тех немногих, кто стал свидетелем этих событий в моей лаборатории за последние два или три года, они явились незабываемым зрелищем. Длину этих искр и потенциал нетрудно увеличить в более объемном помещении или на открытом воздухе во много раз путем применения соответствующих средств и методов.

Хотя в таких осцилляторах высокая степень внезапности изменения величины тока в основном зависит от электрических констант цепи, некоторые менее значительные, но практически важные показатели могут быть обеспечены путем правильной конструкции устройств, применяемых по необходимости, но совсем не обязательных, когда дополнительное оборудование замыкает и размыкает цепь. Разумеется, я посвятил много времени их изучению и совершенствованию, и, что касается контуров, показанных на рисунках 1, 3, 4 и 5, я много писал о них в своих ранних трудах, равно как и работе прерывателей в вакууме, воздухе и жидкостях под различным давлением.

Уже давно известно, еще со времен, когда проводил свои исследования Поггендорф, что, когда вибропреобразователь или прерыватель катушки индуктивности заключены в сосуд, откуда откачан воздух, прерывание тока происходит более эффективно, так как вакуум ведет себя подобно конденсатору, обволакивающему прерыватель. Мои опыты с несколькими типами таких устройств привели меня к пониманию того, что вакуум — это не точная копия конденсатора, но скорее абсорбент, причем усиление скорости прерывания объясняется быстрым отводом улетучившегося вещества, которое образует дугу, а следовательно, зависит от скорости такого отвода и количества вещества. Так, при использовании твердых платиново-иридиевых контактов и небольшой силы тока разница невелика, но применяя мягкую платину и большую силу тока влияние вакуума очень заметно, в то время как ртуть или легко испаряемые контакты дают огромную разницу. Размеры вакуумного сосуда тоже важны: чем больше сосуд, тем больше скорость прерывания. Взглянув на исследования Поггендорфа в таком свете, я ясно понял, что можно добиться лишь небольшой скорости частиц, составляющих дугу, поскольку эффективное давление — по крайней мере при низкочастотных импульсах, зависящих от механических средств и токов ограниченной силы, которые можно пропускать через контакты, не боясь быстро их разрушить, — обязательно составляет небольшую долю обычного атмосферного, а оно, к тому же, сильно снижается вследствие взаимного притяжения параллельных составляющих тока в дуге. Рассуждения в том же направлении привели меня к мысли, что если бы удалось механически нагнетать в зазор изолирующую жидкость со скоростью, достаточной, чтобы частицы, формирующие дугу, уносились быстрее, чем это происходит в вакуумной среде, внезапность разрядов усилилась бы. Этот вывод был подтвержден моими опытами, которые показали, что жидкий изолятор, такой как масло или спирт, пропускаемый через искровой промежуток даже с умеренной скоростью, позволял значительно повысить скорость изменения первичного тока и уменьшить длину провода во вторичной обмотке до 25 процентов от обычной длины. Длину провода вторичной обмотки удалось еще сократить путем нагнетания жидкости под высоким давлением. Что же касается внезапного броска тока, следующего за замыканием контактов, то применение диэлектрика или пленки, более прочной, чем воздух при обычном давлении, хотя и дает видимый эффект, не имеет большого значения, когда прерыватель во время работы разрывает дугу, так как эдс батареи или муниципальной электросети крайне недостаточно для того, чтобы пробить изолирующую пленку даже толщиной в одну тысячную дюйма.

Постоянные усилия, направленные на усовершенствование разнообразных автоматических приспособлений для контроля тока питания, четко выявили ограниченность таковых вследствие их механики, и идея использования конденсаторов, как средства получения, независимо от таких механических устройств, внезапных изменений параметров тока, которые необходимы в прикладных областях, является удачным и своевременным решением. В таком новом для всех процессе механические средства выполняют лишь незначительную функцию, а именно: периодически заставляют колебаться электромагнитную систему, и они должны лишь удовлетворять требованиям надежности в работе и долговечности (этим могут заняться механики), которых, в определенной степени, мне нетрудно было добиться во многих устройствах.

Итак, памятуя о том, что скорость изменения разряда или первичного тока в таких приборах в основном зависит от физических констант контура, через который происходит разряд, становится очевидным, что необходимо правильно сконструировать такой контур, и во время опытов, которые я проводил с этой целью, мною были сделаны небезынтересные наблюдения.

Во-первых, можно сделать очевидное заключение: поскольку первичная обмотка в таком трансформаторе обычно состоит из нескольких витков медной ленты с сопротивлением, которым можно пренебречь, то и изоляция между витками не требует особого внимания. Но практический опыт вскоре убеждает нас в нашей ошибке, ибо часто случается так, что вследствие огромного резонансного подъема, разность потенциалов на соседних витках достигает такого значения, что происходит пробой даже при использовании очень хорошей обычной изоляции. По этой причине я счел необходимым поступить с первичной обмоткой таким же образом, как было описано выше, добившись твердости, которая получается в результате вытягивания металлических пластин и уплотнения изолирующих слоев во время нагревания в вакууме и последующего сжатия металла во время охлаждения до нормальной температуры после того, как диэлектрик затвердел.