Лекция, прочитанная в нью-йоркской академии наук 6 апреля 1897 года

Уважаемые дамы и господа!

Вы все, несомненно, помните, какое воодушевление год тому назад вы- звало заявление об открытиях, сделанных профессором Рентгеном. Внезапно, безо всякой подготовки, Рентген удивил мир двумя замечательными дости- жениями. Он показал нам, как можно получить фотографическое изобра- жение предмета, невидимого глазу, и, что еще более необычно, он предоста- вил нам возможность при помощи светящегося экрана - ныне известного как флюороскоп - увидеть своими глазами очертания предмета. Мы живем в век необычайной интеллектуальной активности, когда часто происходят крайне важные открытия, но эти открытия стоят в одном ряду с изобретением теле- скопа и микроскопа, а такие открытия случаются не чаще одного или двух раз в столетие. Вряд ли кто-либо из нас может надеяться еще раз за свою жизнь стать свидетелем события, представляющего такой огромный научный и обще- ственный интерес. Желание видеть вещи, которые навсегда скрыты от взора, живо в каждом разумном существе, оно охватывает весь спектр чувств: от праздного любопытства непросвещенных до всепоглощающей тяги к знаниям ученых мужей, и это само по себе не могло не возбудить всеобщего внимания; но и помимо этого, эти открытия принесли надежду на облегчение бесконеч- ному числу страждущих, и по всему миру зазвучали струны гуманности. Вряд ли мне нужно говорить вам о том, что нервное возбуждение овладело и мной, но мой случай особый, очень серьезный, и я не избавился от последствий и по сей день. Надеюсь, вы позволите мне сделать небольшое отступление, для которого, впрочем, есть веская причина.

В конце 1894 года, понимая необходимость отдыха от напряженного труда над задачей, которую я решал несколько лет и которая до сих пор направля- ет мои усилия, мне вздумалось изучить актиническое действие фосфоресциру- ющих тел. Казалось, что предмет не изучен, и я начал работать немедленно, заручившись позже, по совету некоторых друзей, связанных с журналом «Cen- tury Magazine», поддержкой господ из компании Тоннель и К⁰, мастеров худо- жественного фото из этого города [Нью-Йорк], а затем продолжил работать на этот журнал. Во время этих опытов я применял усовершенствованные уст- ройства для создания мощных электрических колебаний, а также один из моих

Никола Тесла. Лекции

высокочастотных генераторов старого образца. Я ставил опыты с огромным количеством трубок Крукса, одноэлектродных ламп и вакуумных трубок без внешнего электрода. Вскоре обнаружился удивительный факт, а именно: сила актинического действия трубок Крукса значительно варьировалась, а некото- рые, дававшие сравнительно сильное свечение, почти не производили эффек- та, в то время как остальные, гораздо меньшей световой мощности, давали хо- рошие отпечатки. Здесь я бы хотел заметить, чтобы быть правильно понятым, что мои усилия были направлены на исследование такого действия настояще- го фосфоресцирующего свечения, которое исходит от ламп, не выделяющих сколь-нибудь значительного тепла, а не от вакуумных ламп накаливания, хотя некоторые фотоснимки были сделаны с их помощью. Поскольку фотографы и я были заняты еще и другими делами, пластины, в их обычных футлярах, часто складировались в углу лаборатории до тех пор, пока не представит- ся возможность продолжить опыты. Во время этих исследований некоторые пластины показали хороший результат, иные - никакого, а на некоторых м-р Элли, помогавший мне в то время, и я заметили непонятные отметины и дефекты. М-р Элли, заметил, что, несмотря на его старания, некоторые пластины оказались с дефектами и плохого качества. Снимая на пластины при помощи трубок Крукса, я вспомнил об опытах Ленарда, эксперименты которого, особенно с чувствительными пластинами, поразили меня с самого начала, и я решил пойти по этому пути еще раз, прибегнув к помощи ассис- тента и усовершенствованной аппаратуры. Именно тогда, когда мое внимание было поглощено этими необычными свойствами трубок и пластин, вся моя лаборатория и почти всё, что там находилось, были разрушены; и несколько следующих месяцев восстановительных работ заставили меня забыть о моих планах. Едва этот труд был закончен и я вновь приступил к работе над свои- ми идеями, как моего слуха достигли вести о достижениях Рентгена. Внезапно мне открылась истина. Я поспешил воспроизвести эти опыты, информация о которых была неполной, и тут я сам увидел это чудо. Тогда - слишком по- здно - я осознал, что дух, ведущий меня, вновь направлял мои действия, но я не смог понять его загадочных знаков.

Рассказ об этих событиях мог быть неверно истолкован в то время, когда Рентген объявил о своём открытии, поэтому я молчал, хотя мне не уда- лось полностью подавить свои чувства в первых строках ряда статей, которые я посвятил данному предмету и опубликовал в журнале «Electrical Review». Теперь же я не испытываю страха от того, что кто-то не так поймет меня, и из- лагаю мой нелегкий, но побуждающий к действию опыт для того, чтобы те, кто с легкостью и поверхностно писал об истории этого нового направления в науке, смогли более тщательно подойти к его оценке. Я довольно хорошо был знаком с результатами труда Ленарда и, естественно, часто размышлял о его прекрас- ных й многообещающих экспериментах, и всё же мне никогда не приходило на ум, что пластины могут быть испорчены или иметь отметины благодаря дей-

243

ствию трубок. В то время, как многие могут счесть это за проявление моей бли- зорукости, иные, более расположенные ко мне люди, так же, как и я, найдут в этом яркий пример словам Гёте, которые я дословно не буду цитировать, но смысл таков: то, что Природа не намерена раскрывать человеческому разуму, он не сможет взять у нее при помощи болтов и рычагов.

Но если мне и не удалось разглядеть то, что увидели другие, я всегда придерживался мнения, и теперь оно еще более укрепилось, что дух-водитель не оставил меня, а, напротив, вел меня дальше, и в верном направлении - к пониманию природы этих необычных явлений. Возможно, представив ва- шему вниманию некоторые обнаруженные мной факты, в дополнение к тем, о которых уже было объявлено, я смогу склонить хотя бы некоторых из вас толковать эти явления так же, как это делаю я. Однако, дабы не потерять нить разговора сегодня вечером, должен просить вашего разрешения в не- скольких словах рассказать о тех новейших приборах, которые вы видите перед собой. Когда я задумываюсь об их происхождении, вижу, что идея этих приборов совершенно точно взята мною из первоначального убеждения в том, что получение электрических колебаний высокой частоты - это ключ к решению многих серьезных проблем в науке и производстве. Какими бы нелепыми ни казались вам эти машины, они - результат усилий многих лет, и я с полной ответственностью могу заявить, что много раз трудности, ко- торые я встречал на пути совершенствования этих аппаратов, казались мне настолько великими, что почти отнимали у меня мужество продолжать ра- боту. Когда исследователь вынужден потратить несколько лет кропотливого труда только на то, чтобы узнать, что микроскопическая лакуна или пузырек воздуха в жизненно важной части механизма губительна для достижения ре- зультата, к которому он стремится; когда он обнаруживает, что его машина не работает, как нужно, только потому, что провод, который он использует, на четверть дюйма короче или длиннее; когда он выясняет, что теперь часть его устройства становится прохладнее каким-то непостижимым образом, а затем та же часть перегревается, причем условия эксперимента неизменны; когда на каждом шагу он сталкивается с наблюдениями, которые ставят его в тупик, а обычные методы измерения и инструменты непригодны, тогда он движется медленно, а его энергия расходуется неимоверно быстро. Наконец-то я рад сообщить, что одержал верх, по крайней мере, над основными трудностями, и теперь ничто серьезное не стоит на пути получения электрических колеба- ний в несколько миллионов раз в секунду от обычных источников, исполь- зуя простые и довольно дешевые приспособления. О том, что это означает, распространяться и не нужно. Это будет по достоинству оценено теми, кто следил за развитием событий в этой и смежных областях знаний. Машины, которые вы видите перед собой, лишь несколько образцов из тех, что я раз- работал, и их предназначение - заменить обычную катушку индуктивности во многих сферах ее применения.

Никола Тесла. Лекции

Что касается общего принципа, лежащего в основе этих преобразова- телей, или, выражаясь более точно, электрических осцилляторов, то он до- вольно прост, и был выдвинут мною пять или шесть лет назад. Конденсатор заряжается от любого доступного источника, а затем любым удобным спосо- бом разряжается через цепь, содержащую, как в данном случае, первичную обмотку трансформатора. На рисунке 1 показаны генератор G, конденсатор С, а для зарядки и разрядки последнего предусмотрен прибор Ь, работающий так, чтобы создавать постоянное прерывание в диэлектрике. Если контур L, который содержит высоко- или низковольтный прибор, через который раз- ряжается конденсатор, правильно настроен, то возникают крайне быстрые электрические вибрации, какие, насколько мы знаем, невозможно получить иным способом; эти колебания, в свою очередь, индуцируют в соседней цепи подобные же колебания, дающие любопытные эффекты. Познакомившись с ними уже тогда, когда законы, управляющие этими явлениями, еще не были до конца изучены, я сохранил в памяти некоторые понятия, сформированные в то время, которые, несмотря на примитивизм, сохраняют актуальность в свете наших расширившихся познаний. Я связал конденсатор с резерву- аром R, в который при помощи насоса Р подается несжимаемая жидкость W, подобная воде, через трубу р, как показано на рисунке 2, где жидкость представляет собой электричество, насос - это генератор, а труба - это соеди- нительный провод. Резервуар имеет подвижное дно В, которое удерживается в верхнем положении пружиной S' и открывает шлюзы оо, когда уровень жидкости достиг определенной отметки и ее давления достаточно для того, чтобы преодолеть сопротивление пружины. Дополняют модель переменный груз w, винт s, меняющий сопротивление пружины, и клапан v, служащий для регулирования потока жидкости. Когда дно поддается, жидкость в резервуаре начинает двигаться с некоей скоростью, приобретая механический момент, что

приводит к возрастанию дав- ления на дно и оно движется выше, вследствие чего в сосуд поступает жидкости больше, чем может пропустить пода- ющая труба, и пружина зани- мает свое прежнее положение, вновь закрывая шлюзы, пос- ле чего процесс повторяется вновь с более или менее быст- рой последовательностью. Это движение дна вверх и вниз можно сравнить с прерывани- ем и восстановлением прово- дящего контура, фрикционное

245

сопротивление механической системы - с омическим сопротивлением, и, оче- видно, инерцию движущихся предметов - с самоиндукцией электрической цепи. Теперь становится очевидным: для того, чтобы поддерживать движение системы без использования дополнительных устройств, средняя скорость по- дачи через трубу должна быть меньше средней скорости отдачи из сосуда, ибо, если будет наоборот, то шлюзы так и останутся открытыми и колебания прекратятся. Чем более скорость подачи приближается к скорости опорож- нения, тем быстрее колебания дна; и если мы поразмышляем над простыми механическими принципами, то нам тем более станет ясно, что если подача воды идет настолько же быстро, насколько дно колеблется само по себе, то

Рис. 2

Никола Тесла. Лекции

и амплитуда колебаний будет наивысшей, давление на дно будет наивысшим, и наибольшее количество воды будет вытекать через шлюзы. Все эти сообра- жения верны и для электрической цепи, и во время опытов с высокочастот- ными устройствами, в которых эти эффекты были намеренно усилены для удобства наблюдения, и я понял, что указанное условие выполнимо, когда емкость, индуктивность и частота колебаний находятся в определенном соот- ношении, и данное наблюдение я применил во время настройки индуктивных контуров. Вы заметите, что это условие, определяющее соотношение скорости заряда и разряда, очень важное в практическом отношении, в особенности тогда, когда не применяется никаких приборов, воздействующих на пробой диэлектрика, является вполне самостоятельным правилом и его не следует путать с правилом, определяющим колебательный характер разряда, над ко- торым давным-давно работал лорд Кельвин.

Чтобы сделать следующий шаг в развитии этого принципа и его практи- ческом применении надо было связать его с системой, показанной на рисунке 3, катушкой самоиндукции L, как указано на диаграмме, которая изменяет действие системы теперь уже понятными способами. В упрощенной форме от конденсатора, как прерывающей части контура, отказались, а необходимая емкость придана самой катушке, для чего витки были намотаны так, как по- казано на рисунке 4, чтобы накопить надлежащее и наибольшее количество энергии. Тогда я связал вторичную обмотку S' с первичным контуром Р, как показано на рисунке 5, и это дало возможность получить любое необходимое напряжение. После этого была использована схема, показанная на рисунке 6, как наиболее удобная для муниципальных электрических цепей. И вновь не требующий объяснения рисунок 7 иллюстрирует типичную конструкцию ма- шин с двумя и более контурами. Видоизмененная версия такой схемы с одним непрерывным контактом, общим для двух контуров и особыми прерывателя- ми для каждого из них, позволяет легко настраивать фазы токов в первичной обмотке, что дает практическое преимущество таким устройствам. И наконец

247

рисунок 8 показывает точное расположение частей и контуров одного из не- больших осцилляторов, имеющих прерыватель, подобный тем, что применя- ются с индукционными катушками. И хотя большинство из показанных схем я объяснял ранее, мне показалось необходимым остановиться на них еще раз сегодня, чтобы представить предмет беседы ясно и со всех сторон.

Особо ценный результат от работы рентгеновских трубок можно полу- чить, используя два контура, соединенных, как показано на рисунок 7, либо иным образом, а также при помощи независимых контуров с двумя первич- ными обмотками. А именно: в обычных бытовых лампах вакуум усиливает- ся, когда ток через первичную обмотку течет в определенном направлении и уменьшается, когда направление тока меняется. Это прямое следствие раз- личных условий, которые, как правило, имеют место во время эксплуатации обычных устройств; то есть, ассиметричность разнонаправленных импульсов тока, неодинаковые габариты, конфигурация или температура обоих элект- родов, либо подобные причины, которые имеют тенденцию делать неравно- мерным рассеивание энергии с электродов. Следует, однако, заметить, что до определенного момента, когда электроды начинают действовать совершенно независимо, вакуум продолжает нарастать независимо от того, в каком на- правлении течет ток через первичную обмотку. На схеме, показанной на ри- сунке 7 или ее вариантах, о которых говорилось, основной источник проблем отсутствует, поскольку направление тока через первичную обмотку постоянно автоматически меняется и, таким образом, трубка, из которой первоначально воздух был откачан, может работать долгое время без возрастания вакуума и не теряя своей эффективности.

Фотоснимок одного из таких устройств в сборе, специально приспособ- ленного для работы с рентгеновскими лампами, или как лабораторный аппа- рат вместо обычной индукционной катушки (рисунок 9) дает представление о расположении его частей. Конденсатор С (рисунок 8) помещен в короб В, в передней части которого вверху располагается мотор для управления цепями,

Рис. 5

Рис. 6

Никола Тесла. Лекции

в данном случае это простая обмотка L, приводящая в движение пружину s, установленную сверху на обмотке. Эта обмотка, обозначенная как за- рядная, в то же время служит для увеличения напряжения до величины, необходимой для заряда конденсатора. Это очень важное практическое пре- имущество, так как оно позволяет понизить емкость последнего до такой величины, чтобы она равнялась лишь нескольким процентам от мощно- сти, требуемой для преобразования энергии в иных случаях. Кроме того, чем меньше емкость, тем быстрее колебания, и тем короче должна быть вторичная обмотка высокого напряжения. Разрядная цепь Р, расположен- ная вокруг вторичной обмотки S', сформирована из нескольких витков медной ленты и помещается сверху короба за зарядной обмоткой, причем все соединительные провода должны быть как можно меньшей длины, для того чтобы уменьшить самоиндукцию и сопротивление разрядной цепи. На передней части короба (рисунок 9), где располагается конденсатор, уста- новлены клеммы для подключения к сети, два небольших предохранителя и переключатель. Вдобавок ко всему есть два винта, которые служат для подъема и опускания железного сердечника, что позволяет в ощутимых пре- делах регулировать силу тока питания и таким образом подстраивать раз- ряд вторичного контура. Весь прибор со снятыми резиновыми стойками для

Рис. 7

249

крепления разрядных стержней, которые показаны на рисунке сверху, уме- щается в коробке размером 12 х 9 х 6 дюймов (габариты внутренние).

Принцип его работы может быть описан следующим образом. Вначале, когда контакты пружины сс (рисунок 8) замкнуты и конденсатор практически закорочен, через зарядную обмотку проходит ток большой силы, притягивая якорь, соединенный с пружиной, и размыкая контакты. После этого энергия, накопленная в обмотке, принимает формы высоковольтного разряда и устрем- ляется в конденсатор, заряжая его до высокого потенциала. Сила тока, прохо- дящего через обмотку, теперь падает и притяжение якоря ослабевает, поэто- му пружина возвращается в исходное состояние и вновь замыкает контакты. После замыкания последних, конденсатор разряжается через первичный, или разрядный, контур, контакты которого подобраны таким образом, чтобы при- водить к высоким колебаниям электромагнитную систему, включая конден- сатор и первичную обмотку. Полученные таким способом высокочастотные токи индуцируют соответствующие токи высокого напряжения во вторичной обмотке. Однако в тот же самый момент когда разряжается конденсатор, ток от источника устремляется через зарядную обмотку и энергия накапливается для нового заряда конденсатора, и этот процесс повторяется с частотой замы- кания и размыкания контактов пружины.

Рис. 8

Никола Тесла. Лекции

Хотя прибор и имеет все неотъемлемые черты обычной индукционной катушки, нетрудно увидеть, что работает он совершенно по-иному, а преиму- щества нового принципа над старым настолько велики, что вряд ли требуют долгих объяснений. Лишь для того, чтобы дать слушателям полную инфор- мацию, я упомяну только некоторые и наиболее важные из них. Возьмем, к примеру, экономичность. Описываемый прибор при том, что он питает- ся от 110-вольтовой сети, потребляет всего, при соответствующей нагрузке и настройке, от 5 до 30 ватт. Он дает мощный поток искр длиной 6 дюймов, но при желании этот показатель нетрудно удвоить без увеличения потребля- емой энергии; фактически я обнаружил, что можно при помощи этого при- бора добиться потока искр длиной один фут, при этом потребление энергии возрастет всего лишь до 10 ватт. Но в таком приборе, который предназначен для многоцелевого использования, следует отступить от конструкции, пред- назначенной для производства длинных искр. Из всей энергии, потребляемой устройством, добрые 80 процентов можно получить на вторичной обмотке. Вследствие небольшого количества потребляемой энергии и эффективности

Рис. 9

251

преобразования все части прибора остаются холодными при длительной рабо- те за исключением контактов, которые, конечно, немного нагреваются. Пос- ледние подвергаются значительно меньшему износу, чем это бывает обычно, поскольку конденсатор очень мал, и, более того, ток, поступающий от него, в отличие от обычной катушки, не просто проходит через контакты и соедине- ния, но пронизывает первичную обмотку, таким образом снижается сила тока и уменьшается эффект нагревания.

Теперь обратите внимание на отсутствие тонкого провода во вторичной обмотке. Вследствие высокой скорости колебаний первичных токов требует- ся сравнительно немного витков толстого провода для того, чтобы создать необходимое напряжение во вторичном контуре. Для того чтобы проиллюст- рировать это свойство на практическом примере, я беру обычный картонный цилиндр с намотанным на него в один слой обычным обмоточным проводом, который образует вторичную обмотку. Несмотря на небольшое количество витков, получаем искры длиной несколько дюймов, когда обмотка включается в цепь или подносится к разрядной цепи прибора. Вторичная обмотка такой формы более всего подходит для получения длинных искр, но с ней не очень удобно работать.

Однако самые выгодные свойства таких приборов заключаются в качест- ве получаемых эффектов, а они есть результат скорости или внезапности раз- рядов. Для того чтобы оценить это свойство, нам надо представить себе, что для искры длиной, скажем, 6 дюймов, получаемой от прибора, дающего пол- миллиона колебаний в секунду, требуется максимальное напряжение, которое, если его получить обычным способом, даст нам искру длинной несколько сот футов, так как электрическая сила, необходимая для возбуждения колебания определенного количества электричества, возрастает крайне быстро, то есть в квадрате но отношению к частоте колебаний. Следовательно, напряжения, которое мы имеем здесь, невозможно добиться при использовании обычных электростатических машин или катушек индуктивности.

Еще одну особенность более практического свойства я могу проиллю- стрировать, осветив вакуумную трубку посредством прибора, выдающего ток с частотой колебаний более полумиллиона в секунду. Хотя трубка имеет в объеме не более двух с половиной дюймов, она дает больше света, чем труб- ка длиной 7 футов и полтора дюйма в диаметре, какую я уже демонстрировал (она больше ее в шестьдесят раз и потребляет соответствующее количество энергии). Эта маленькая трубка, не может светиться так же ярко при исполь- зовании обычных токов и не перегреться, и нельзя придумать лучшего испы- тания эффективности производства света, чем вызвав яркое свечение в такой маленькой лампе без ее перегрева.

Еще одной полезной и удобной особенностью такого прибора является его способность работать как от источника переменного тока, так и от муни- ципальной сети постоянного тока. Специально для того чтобы приборы могли

Никола Тесла. Лекции

наилучшим образом работать от источников переменного тока, я установил в некоторых моделях физические параметры таким образом, чтобы они иде- ально работали от источников с частотой тока 60 или 125 циклов в секунду.

Во время разработки и практического применения принципа, лежащего в основе такого рода устройств одной из серьезнейших проблем, с которыми я столкнулся, была изоляция вторичных обмоток и конденсаторов, в особен- ности последних. Энергия, накапливаемая в конденсаторах, имеет взрывной характер, и когда она внезапно высвобождается, как это происходит в подоб- ных приборах, она приобретает многие черты взрывчатки, такой, как дина- мит, одновременно создавая напряжение, которое прйводит слои диэлектрика в конденсаторе и вторичной обмотке до крайнего состояния. Вне зависимости от того, насколько качествен диэлектрик и какой толщины его слой, он не может выдержать такого напряжения, если только возникнет малейшая поте- ря на поглощение в напряженной части устройства. Обычный конденсатор, изолированный толстым слоем слюды, который легко выдерживает несколько тысяч вольт постоянного или медленно колеблющегося напряжения, пробива- ется неминуемо, и неудивительно, ибо при вибрациях в несколько сот тысяч раз в секунду такой конденсатор, содержащий пузырьки воздуха и лакуны разного рода, неизбежные при обычном способе производства, преобразует в тепло большую часть энергии, сообщенной ему. Исследовать переменный ток в катушке с цельным железным сердечником едва ли легче, чем изучать быстрые электрические колебания в конденсаторе, имеющем лакуны и воз- душные пузырьки, или в котором воздух имеет доступ к сильно заряженным проводникам. В таком случае нельзя просчитать период колебания электро- магнитной системы даже с приблизительной точностью, в то время как, если следовать надлежащей схеме конструирования устройства и избежать рассеи- вания энергии, экспериментальный результат близко соседствует с расчетным. Я создал электромагнитные системы, в которых медленные колебания, начав- шись, продолжались минуту или более, таким образом показывая отсутствие фрикционных потерь. Вышеописанные факты важно принимать во внимание при работе со стандартными параметрами и измерительным инструментом. Типовой конденсатор, изготовленный из слюды и фольги, покажет точную расчетную емкость при работе с постоянным или медленно колеблющимся потенциалом, а при крайне высокой частоте изменения потенциала его рас- четная емкость сильно возрастет. Подобным же образом электростатический вольтметр, крыльчатка которого окружена воздухом, является ценным из- мерительным прибором во время работы с обычными токами, но становится практически бесполезным для измерения разрядов конденсатора, частота кото- рых несколько сот тысяч в секунду, так как его показания слишком низки.

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

253

G

Рис. 10

продемонстрировано на рисунке 10. Сосуд А, способный выдерживать ог- ромное 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 из- бежать 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

Никола Тесла. Лекции

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, ве- дущий к нижней части сосуда, причем через него может подаваться расплав- ленный 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 плавле- ния смеси, а это достигается регулированием подачи пара. Теперь путем от- крывания соответствующего клапана сосуд соединяется с насосом и устанав- ливается 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 кон- денсаторе, и при атмосферном или чуть более высоком давлении могущий безнадежно повредить устройство, был сильно сжат и опасность от его воздей- ствия значительно уменьшилась. После того как масса в сосуде А затвердела, в змеевик С вновь подается пар для того, чтобы размягчить изоляцию по кра- ям 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 материа- ла лучше всего использовать смесь пчелиного воска и парафина с низкой точ- кой 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 вы- водами конденсатора проскакивает искра длиной ³/₈ или ¹/₂ 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 огром- ного 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,S₂, которые своими внешними концами соединяются с контакт- ной пластиной р таким образом, чтобы на самом деле образовать единую вторичную обмотку, выводы которой находятся точно по центру двух дере-

255

вянных шпулей, на которых намотаны две части обмотки. Шпули удержива- ются 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 Л'.Л'., и 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 изолиро- вать эти провода мягкой резиной, которая вскоре разрушится под воздей- ствием озона, образующегося на поверхности проводов вследствие излучае- мых 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 приме- няю обычный намоточный провод, толщина оплетки которого примерно равна толщине самого провода. Это удобный способ изоляции, который не требу- ет специально подготовленного провода и обеспечивает отличный результат. Середина вторичной обмотки, или общий контакт двух обмоток, соединяет- ся с землей или питающим проводом, а он преимущественно с первичным разрядным контуром, причем небольшая контактная пластина или пружина

Рис. 11

Никола Тесла. Лекции

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 приблизи- тельно 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, напри- мер, 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 значи- тельно короче, и желательно, чтобы она уменьшалась в равной доле от чет- верти 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 не- скольких слоев, которые располагаются вблизи первичной обмотки для того, чтобы повысить коэффициент взаимной индукции и как можно более умень- шить 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 услови- ях, благоприятных для возникновения резонанса, и я предчувствую практи- ческое применение кислорода в данном направлении.

Вторичные обмотки, изготовленные способом, показанным на рисунке 11, имеют много преимуществ, и главные из них - безопасность работы и способ- ность 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 фо- тография в работе с двумя петлями провода с изоляцией из хлопка, соединен- ного 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.

257

Рис. 12

Такие экстремальные разности потенциалов, которые можно получить путем применения описанного здесь принципа, - результат внезапности или скорости изменения импульсов первичного тока. При использовании обыч- ного метода изменения силы первичного тока, либо путем превращения его в переменный, либо путем прерывания цепи мы ограничены сравнительно не- большой 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, грохо- чущих 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

Никола Тесла. Лекции

зрелищем. Длину этих искр и потенциал нетрудно увеличить в более объ- емном помещении или на открытом воздухе во много раз путем применения соответствующих средств и методов.

Хотя в таких осцилляторах высокая степень внезапности изменения ве- личины тока в основном зависит от электрических констант цепи, некоторые менее значительные, но практически важные показатели могут быть обеспече- ны путем правильной конструкции устройств, применяемых по необходимо- сти, но совсем не обязательных, когда дополнительное оборудование замы- кает 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 преры- вателей в вакууме, воздухе и жидкостях под различным давлением.

Уже давно известно, еще со времен, когда проводил свои исследова- ния 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 конден- сатору, 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 преры- вания объясняется быстрым отводом улетучившегося вещества, которое обра- зует дугу, а следовательно, зависит от скорости такого отвода и количества вещества. Так, при использовании твердых платиново-иридиевых контак- тов 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 вакуумно- го сосуда тоже важны: чем больше сосуд, тем больше скорость прерывания. Взглянув на исследования Поггендорфа в таком свете, я ясно понял, что мож- но добиться лишь небольшой скорости частиц, составляющих дугу, поскольку эффективное давление - по крайней мере при низкочастотных импульсах, за- висящих 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, силь- но 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 быст- рее, 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 вторич- ной обмотке до 25 процентов от обычной длины. Длину провода вторичной

259

обмотки удалось еще сократить путем нагнетания жидкости под высоким дав- лением. Что же касается внезапного броска тока, следующего за замыканием контактов, то применение диэлектрика или пленки, более прочной, чем воз- дух 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 ог- раниченность таковых вследствие их механики, и идея использования конден- саторов, как средства получения, независимо от таких механических устройств, внезапных изменений параметров тока, которые необходимы в прикладных об- ластях, 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 долго- вечности (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 про- водил с этой целью, мною были сделаны небезынтересные наблюдения.

Во-первых, можно сделать очевидное заключение: поскольку первич- ная 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 огром- ного резонансного подъема, разность потенциалов на соседних витках дости- гает 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 плас- тин и уплотнения изолирующих слоев во время нагревания в вакууме и по- следующего сжатия металла во время охлаждения до нормальной температу- ры после того, как диэлектрик затвердел.

Затем экспериментатор будет удивлен, обнаружив важность правиль- ного выбора длины первичной обмотки и способа ее соединения. Он, естест- венно, готов увидеть, что, поскольку разрядный контур невелик, включение в этот контур небольшой индуктивности или фрикционного сопротивления даст ощутимую разницу в результате, например, в длине искры на вторичной обмотке. Но он, конечно, не ожидает того, что иногда даже четверти дюйма

Никола Тесла. Лекции

провода достаточно для получения зримого эффекта. В качестве примера: несложно при помощи такого аппарата получить искру длиной несколько фу- тов, а удалив или добавив к первичной обмотке дюйм толстого медного прово- да, можно сократить искру наполовину. Наблюдения такого рода впечатляют экспериментатора необходимостью точной настройки контуров и определения их констант. Его внимание, помимо его воли, привлекается тогда к преиму- ществам, которые можно получить от снижения самоиндукции и сопротивле- ния разрядной цепи, причем первое обеспечивает наибольшую частоту вибра- ций, и второе - экономию. Он также начинает понимать важность сведения к минимуму длины и сопротивления всех соединительных частей и проводов. Хорошо сконструированный прибор и его разрядный контур должны иметь не более пяти процентов неактивного проводника, его сопротивление должно быть крайне малым, а самоиндукция не должна составлять более нескольких сот сантиметров. Я обнаружил, что практически обязательно для постройки первичной обмотки надо применять тонкую медную ленту, и именно ее ис- пользование позволило сделать некоторые любопытные наблюдения. Выясни- лось, что при определенных условиях в процессе работы первичная обмотка становится ощутимо прохладнее. Довольно длительное время я сомневался в таком результате, пока не доказал положительно, что это происходит вслед- ствие эффекта Томсона, когда тепло от первичной обмотки передается на пластины конденсатора.

Поначалу может показаться неясным, почему первичный разрядный контур так чувствителен к изменениям длины, ибо цепь любой длины может быть подключена к конденсатору, и если соотношение между сопротивлени- ем, емкостью и самоиндукцией удовлетворяет условиям, определенным лор- дом Кельвином, произойдет колебательный разряд. Но следует помнить, что скорость распространения возмущения в контуре зависит от этих величин, и наилучшего результата можно достичь, когда скорость такова, что фор- мируется стоячая волна с одной точкой пересечения, расположенной почти всегда в точке контура или проводника, равноудаленной от пластин конден- сатора. При таком условии достигается максимальное напряжение на выводах конденсатора. Но такое состояние возможно только тогда, когда скорость рас- пространения по контуру такова, что возмущение проходит с интервалом, не- обходимым для завершения половины колебания. Итак, поскольку скорость крайне высока, а длина контура очень мала, даже незначительные изменения длины могут привести к поразительным изменениям в работе устройства. Эти утверждения, конечно, не следует воспринимать как обязательные для каж- дого случая, такие события имеют место только в случаях, когда колебание разрядного контура, начатое колебанием контроллера, не затухает до начала следующего колебания контроллера. Это можно наглядно проиллюстрировать на примере, взятом из механики. Представим пружину с грузом, подвешен- ную в тисках, которая начинает вибрировать после нанесенного по ней удара.

261

Дадим колебаниям затухнуть и нанесем следующий удар. Пружина начнет колебаться, как и прежде, и неважно, какой груз к ней подвешен, какова ее упругость, каков период колебаний и с каким интервалом наносятся удары, процесс преобразования энергии ударов в энергию колебаний будет происхо- дить с одинаковой экономичностью, за исключением влияния второстепенных факторов, которые не играют сейчас никакой роли. То же самое происходит и с электромагнитной системой, и на ранних стадиях экспериментов и отладки прибора я использовал конденсаторы, обычные и электролитические, очень большой емкости и разряжал их со сравнительно большими интервалами че- рез первичный контур, имевший крайне малую самоиндукцию и сопротивле- ние, таким образом получая импульсы тока, достигавшие, по крайней мере, по подсчетам, максимальной величины 100 000 ампер. Таким способом я по- лучал высокую максимальную скорость изменения, но тем не менее средняя скорость изменения была невелика. Если еще раз рассмотреть приведенный выше механический аналог, то из него немедленно можно извлечь урок. Рас- сматривая пружину как прибор для преобразования энергии, можно сделать вывод, что и экономия и мощность требуют, чтобы колебания продолжались как можно дольше, а удары наносились как можно чаще. Для того чтобы достичь этих требований, надо сделать так, чтобы удары наносились в то вре- мя, когда пружина еще колеблется, из чего следует - надо вовремя наносить их. Точно так же и в электромагнитной системе, контроллер цепи должен работать с определенными интервалами, чтобы обеспечить наибольшую час- тоту колебаний при наименьших затратах энергии. При создании прибора для практического применения принимается произвольное число базовых импуль- сов, и конденсатор, который изготавливается во время особого процесса, не может быть настроен без особых трудностей, а размер и в определенной степе- ни количество витков первичной обмотки можно определить заранее, исходя из практических соображений. Более того, нежелательно, из соображений экономии, прибегать к удобному в иных случаях способу настройки, когда последовательно с первичной обмоткой включается самоиндуктивность. Такие действия затруднят настройку остальных параметров, и я время от времени прибегал к различным способам настройки, которые казались само собой ра- зумеющимися. Например, поверх первичной я наматывал еще одну обмотку и включал ее параллельно первичной, либо точной настройки я добивался путем определения величины самоиндукции и емкости вторичной обмотки.

Для того чтобы облегчить процесс наблюдения и сделать возможным точное определение колебаний электромагнитной системы, равно как и коле- бания или обороты механических устройств, таких, как контроллеры цепи, применяемые вместе с такими системами, было решено обязательно создать устройство для этих целей. С самого начала я решил обзавестись устройством визуальной синхронизации. В таком устройстве обычно диск или цилиндр с отметками вращается с постоянной скоростью и периодически освещается

Никола Тесла. Лекции

световым сигналом, причем метки кажутся застывшими на месте, когда обо- роты диска синхронны периодам светового сигнала. Главное достоинство такого метода очевидно заключается в постоянстве скорости вращения или в постоянном периоде колебаний. Довольно рано столкнувшись с проблемой вращения тела с одинаковой огромной скоростью, что требуется во многих случаях, или с проблемой получения колебаний с постоянным периодом, я уделил некоторое внимание изучению этого предмета, и по прошествии вре- мени у меня появилось несколько практических решений, более или менее удовлетворительных.

Одно из них, например, при помощи сжатого воздуха или пара добить- ся колебаний свободного поршня, который жестко соединен с обмоткой или сердечником электрогенератора. Когда поршень двигался возвратно-поступа- тельно, создавался переменный ток, который пропускался через конденса- тор или через первичную обмотку трансформатора, в этом случае вторичная обмотка последнего соединялась с выводами конденсатора. При соблюдении условия, что воздух или пар подавались только в течение короткого проме- жутка времени, когда поршень находился в срединном положении, а колеба- ния электромагнитной системы, состоявшей из конденсатора и возбуждающей катушки, тщательно настраивались таким образом, чтобы имел место базовый резонанс, было обнаружено, что при таких условиях электромагнитная сис- тема полностью контролировала колебания поршня и что изменения в подаче жидкости, которые могли привести к изменению амплитуды колебаний, могли быть очень серьезными, но это не приводило к изменению периода вибраций механической системы, поэтому полученный ток имел строго определенный и постоянный период колебаний. В дальнейшем он по-разному использовался для получения равномерного вращения.

Еще один способ получить такой же результат, но более практичный - вырабатывать токи различных фаз посредством паровой машины особой конструкции, где возвратно-поступательное движение поршней, выполняю- щих работу, и соединенных с ними магнитных сердечников или обмоток кон- тролируется свободным золотниковым клапаном, период колебаний которого устанавливается в постоянном положении при помощи механических средств или при помощи электромагнитной системы, как и в ранее описанном при- мере. Синхронный двигатель переменного тока, работающий от двух- или трехфазных токов вращается настолько равномерно, что приводит в действие механизм довольно точных часов.

Я могу упомянуть некоторые другие способы решения проблемы, кото- рые, хотя и не являются настолько же удовлетворительными, всё же оказы- вались удобными и полезными во многих случаях. Например, мотор постоян- ного тока с листовым статором или без сердечника соединен последовательно с конденсатором через коллектор или прерыватель, укрепленный в полости легкого ротора. Этот прибор сконструирован таким образом, что он попере-

263

менно замыкает и размыкает контакты конденсатора, как и в вышеописанных устройствах. Когда контакты конденсатора замкнуты, через мотор проходит сильный импульс тока, а когда контакты размыкаются разряд тока высокого напряжения устремляется в конденсатор. Но количество энергии и продолжи- тельность обоих импульсов, а также всех, что проходят через мотор, в основном зависят от самоиндукции обмоток мотора и емкости конденсатора, и поэтому, имея определенный диапазон варьирования приложенной эдс, мало зависят от последней. Следовательно двигатель, имеющий незначительные потери на трение и управляемый подобным образом, совершает за единицу времени почти одинаковое число оборотов. Скорость наиболее постоянна, чем сильнее контролирующее воздействие электромагнитной системы, которое, конечно, наиболее полно, когда количество импульсов, емкость и самоиндукция были настроены таким образом, что достигался базовый резонанс. Как уже ранее го- ворилось, в большинстве этих новейших устройств такие условия соблюдаются и - применяются ли там вращающиеся прерыватели, или контрольные пружи- ны - именно они, эти условия, в той или иной степени способствуют эффек- тивности описанного принципа. Именно по этой причине контактные пружины в таких приборах не подвержены гармоникам, как это часто случается в обыч- ных катушках индуктивности, работающих от сети питания, где физические константы обычно таковы, что такие настройки невозможны.

Следует отметить, уже давно известно, что мотор постоянного тока, пи- тающийся от источника тока, прерывающегося с одинаковыми интервалами, показывает четкую тенденцию работать с постоянной скоростью, но с включе- нием конденсатора и четкой настройкой соответствующих указанных парамет- ров эта тенденция сильно укрепляется и таким образом можно достичь доста- точно постоянной скорости, чтобы применять устройство разными способами. Вместо того чтобы использовать прерывистые импульсы, практичнее вращать отдельную катушку, либо намотанную поверх мотора, либо на втором роторе, и пропускать переменный ток, возбужденный в такой катушке через кон- денсатор. Для достижения удовлетворительного результата важно определить константы таким образом, чтобы количество энергии, накопленное в конден- саторе было как можно большим.

В то время, как подобные приборы были созданы, обнаружилось, од- нако, что они не соответствуют многим из тех задач, которые поставлены лабораторными исследованиями, и исходя из этого был создан прибор, ко- торый показан на рисунке 13 аб. Он доказал свою незаменимость и пользу во время опытов и его описание будет совсем нелишним. В разрезе показан тщательно собранный часовой механизм с обычным регулятором хода е, ше- стернями ддд и секундным маятником Р. Небольшая ось s, несущая диск D большого диаметра, соединяется с часовым механизмом посредством ведущей шестерни р, имеющей надлежащее количество зубьев, такое, чтобы придать оси скорость вращения, необходимую для производства наблюдений. Итак,

Никола Тесла. Лекции

чтобы вращать диск с постоянной скоростью, пришлось преодолеть некото- рые трудности, хорошо известные часовым мастерам. Основная трудность обусловлена тем, что вращение оси 5, которую контролирует регулятор хода е, с равными интервалами задерживающий шестерни ддд, происходит не с равномерной, а периодически меняющейся скоростью, значение которой меняется от нуля до максимума, в зависимости от заводной гири W. Вслед- ствие этого, когда диск D большого диаметра жестко сцеплен с часовым механизмом, он оказывает сильное воздействие на маятник по причине инер- ции, которую он обязательно имеет, и изменяет период колебания маятника в зависимости от величины инерции. Известно, что такая проблема сущест- вует даже в тех случаях, когда пошаговое движение практически устраняет- ся, как, например, в часовом механизме с центробежным регулятором или циркулярным маятником, где медленные колебания производятся путем воз- действия движущейся массы на регулирующий механизм. Некоторые произ-

Рис. 13

265

водители часов предложили применять упругое соединение между движимым телом и регулятором хода, хотя это и не решает проблему коренным образом. С другой стороны, в попытке преодолеть эту трудность, используется быст- родействующий регулятор хода, где сокращены периоды покоя, и, следова- тельно, влияние инерции вращаемого тела на период колебания маятника, в результате чего задача не решается полностью и, кроме того, устройство не отвечает целям наблюдения. А именно: желательно, чтобы диск D вра- щался в нормальном состоянии один или два раза в секунду, в зависимости от того, секундный или полусекундный маятник используется в устройстве. Если дело обстоит именно так, то экспериментатор может иметь четкое пред- ставление о постоянстве скорости, наблюдая за меткой т на диске и заме- чая, что она занимает определенное фиксированное положение по отношению к маятнику в соответствующей фазе колебаний. Более того, в таком случае проще и удобнее вычислить количество колебаний.

Тогда четко выявилась задача вращать диск D или иное тело с любой потребной постоянной скоростью таким образом, чтобы маятник не испытывал серьезного воздействия, даже если это тело обладает значительной инерцией. Наилучшее решение этой проблемы пришло следующим образом. На конце оси 5 (рисунок 136) была укреплена металлическая деталь f в форме креста, на двух противоположных концах которой имелись зажимные кулачки p_tp₂, а на других - две легкие пружины г₎г₂, которые слегка прижимали кулачки к кромке шайбы w, которая, в свою очередь, имела очень мелкие зубцы, или зазубринки, расположенные сбоку, как у шестерней регулятора хода. Гайка w свободно вращалась на оси, а к ней крепился диск D. Кулачки p_fp₂ имели острые края, которые совпадали с зубчиками гайки и с их помощью диск мог свободно вращаться на оси 5 в направлении, указанном стрелками, но враще- нию в обратном направлении мешали кулачки.

Теперь принцип работы механизма легко понять. Сначала путем откру- чивания барашка t и отведения стопорного рычажка А освобождается колесо регулятора хода е, и затем запускается маятник, и когда колесо регулятора хода набрало нормальную скорость, стопорный рычажок S быстро возвраща- ется на место и фиксируется, таким образом маятник получает механическое управление. Часовой механизм и ось s теперь движутся с периодически ме- няющейся скоростью, но диск D движется равномерно, так как кулачки рр₂ скользят по кромке шайбы w в промежутках, когда оборот оси 5 задерживает- ся маятником. Однако, когда по прошествии некоторого времени, вследствие небольших, но имеющих место фрикционных потерь в воздухе и подшипни- ках, скорость движения диска замедляется и падает ниже уровня максимума, который ось 5 может ему придать, кулачки сообщают ему небольшой импульс и таким способом скорость вращения диска поддерживается на максимуме. С каждым колебанием маятника, таким образом, диск получает один им- пульс, и его скорость зависит от количества энергии, переданного ему каждым

Никола Тесла. Лекции

последующим импульсом. Это количество энергии, конечно, зависит от скоро- сти вращения оси 5 в тот момент, когда колесо регулятора хода было отпущено, а поскольку эта скорость определяется весом гири, то скорость вращения дис- ка можно в определенных рамках варьировать с ее помощью. Замечено, что диск вращается гораздо быстрее оси, но его скорость нетрудно настроить при помощи гири таким образом, чтобы он делал один оборот на одно колебание маятника. При производстве вращательных движений таким способом воздей- ствие инерции диска на период колебания маятника ничтожно. Такого резуль- тата, конечно, нельзя было добиться, соединив ось с диском жестко, даже если применить быстрый спуск, как предлагалось ранее. Равномерность хода, таким образом, по крайней мере с практической точки зрения, не оставляет желать лучшего. Устройство можно было бы и усовершенствовать, установив диск на шариковом подшипнике, либо вращая его горизонтально на камнях. Но при таком движении фрикционные потери были очень малы, поскольку, внезап- но заклинивая ось, диск совершал еще до ста оборотов до полной остановки, и такое усовершенствование показалось нецелесообразным. Вертикальное по- ложение было, однако, выбрано потому, что позволяло удобнее производить наблюдения. Для того чтобы свести массу диска к минимуму, из алюминиевой пластины была вырезана окружность с тонкими спицами, на которую наклеена черная бумага, а все метки и деления были, естественно, белыми. Я выяснил, что удобнее всего нарисовать четкие круги с несколькими метками таким спо- собом, чтобы можно было считывать информацию о колебаниях. В дополнение к этому я применил резиновую сегментную пластину N, укрепленную на штоке Т, с нанесенными делениями, для того чтобы считывать дробные данные и, соответственно, корректировать вращение в течение длительного периода вре- мени. В непосредственной близости от диска помещалась вакуумная трубка или вместо нее искровой разрядник /, который соединялся со вторичной обмоткой небольшого трансформатора, первичная обмотка которого контролировалась механической или электромагнитной системой, колебания которых требовали определения. В процессе подготовки пружины с определенным периодом коле- баний для одного из описанных приборов, например, пружина предваритель- но крепилась на приборе и его включали. Диск, прерывисто освещавшийся разрядами вторичной обмотки, отпускался и вращался до тех пор, пока не достигалась синхронность, причем количество оборотов считывалось при помо- щи белой метки Т. Физические параметры пружины затем изменялись после несложного подсчета первых результатов опыта, а во время второй попытки, как правило, колебания имели такой характер, что можно было использовать регулятор хода, и в целом, настройка заканчивалась, путем изменения веса мо- лоточка пружины до тех пор, пока метки на диске, при нормальной! скорости вращения, не устанавливались на одном месте.

Устройство, показанное на рисунке 13, очень удобно и экономит время при экспериментах во многих направлениях. При помощи такого устройства

267

практически можно вращать предметы, имеющие значительную массу, с рав- номерной, управляемой скоростью, а также эксплуатировать контроллеры цепей, характериографы и иные приборы. Оно очень полезно при отслежи- вании кривых тока и эдс, а также разного рода диаграмм, и отлично по- могает при исчислении различных физических параметров. Но наибольшая польза этого устройства при исследовании электрических колебаний заклю- чается, возможно, в точном определении угловых скоростей динамо-машин, а в особенности генераторов переменного тока. Среди прочих величин есть в практике работы с переменными токами и их исследовании такие, которые приходится определять очень часто и которые даже в условиях лаборатории или мастерской, среди городских или фабричных помех, можно установить с достаточной точностью, в то время как остальные - лишь приблизитель- но, в особенности, как это часто случается, когда приходится прибегать к практическим методам измерения. Так, например, точное измерение сопро- тивления не составляет труда, равно как и измерение силы тока и эдс, хотя здесь степень точности гораздо ниже; но при определении емкости нетрудно сделать серьезную ошибку, и еще более серьезную - при измерении индук- тивности, и, наконец, самую серьезную - при определении частоты. Пов- сюду используются такие неточные приборы, как спидометры и тахометры, и исследователь обычно очень разочарован тем, что точности результатов его длительных и кропотливых экспериментов нанесен ущерб невозможностью определения частоты. И хуже всего то, и так часто бывает, что частота и есть самый важный показатель. В свете вышесказанного описание метода опреде- ления угловых скоростей, взятого мной на вооружение, будет полезным.

Устройства, применяющиеся обычно, показаны схематично на рисун- ке 14 аб. На валу S (рисунок 14а) генератора укреплен коммутатор или контроллер цепи С, имеющий любое удобное количество секторов, в данном случае - восемь. Четыре из них - 1, 3, 5, и 7 - служат для замыкания цепи, в то время, как промежуточные - 2, 4, 6 и 8 - это полностью изолированные холостые сектора. Предположим, что генератор - это машина переменного тока и контакты t₁t₂ обмотки ротора, или любой обмотки или части ее, про- ходят сквозь полый вал, как это вполне может быть, и соединяются с диа- метрально противоположными сегментами 3 и 7, а сегменты, расположенные к ним под прямым углом, то есть 1 и 5 замыкаются на провод w, имею- щий крайне малое сопротивление. Две щетки Ьр₂, закрепленные подвижно обычным способом, движутся по поверхности контроллера С. Эти щетки соединены с контуром, который состоит из конденсатора с, соответствующей емкости и первичной обмотки р, имеющей несколько витков провода очень малой самоиндукции, и соединенной последовательно с конденсатором.

Работа этих приборов подобна той, что мы уже описывали. Когда на- чинает вращаться вал S, щетки Ьф, входят в контакт с секторами 1 и 3, и конденсатор заряжается до потенциала, который можно настроить при

Никола Тесла. Лекции

помощи сдвига фиксатора щеток. Конденсатор сохраняет определенный заряд до тех пор, пока щетки Ьр₂ не вступят в контакт с секторами 1 и 5, что вы- зывает колебательный разряд через первичную обмотку р, в результате чего во вторичной обмотке индуцируется сильный импульс тока, который момен- тально зажигает вакуумную трубку или искру в разряднике /, помещенном в непосредственной близости от диска D, вращающегося равномерно, как уже описано выше. По мере вращения контроллера щетки вновь входят в контакт с секторами 1 и 3, и всё повторяется, причем при каждом обороте вала происходит несколько импульсов в вакуумной трубке или в разряднике. В показанном на рисунке устройстве происходит всего два импульса на каж- дый оборот вала, но можно получить и большее их количество путем увели- чения числа секторов и соединив их таким же образом. Следует заметить, что импульсы тока, которые поступают на конденсатор тогда, когда щетки Ьр₂ в контакте с теми секторами, которые соединены с обмоткой ротора, обычно не дают ощутимого эффекта на вторичной обмотке 5. Так может произойти, если количество секторов будет очень большим, и это сразу станет заметным. Правильная настройка контура, через который разряжается конденсатор, ко- нечно, желательна, но не необходима.

Когда ради удобства надо использовать ток ротора, как показано на рисунке 14а, тогда контроллер С оборудуется двумя скользящими контакта- ми r_fr₂ (рисунок 146), по которым движутся две дополнительные щетки Ьр . Последние тогда подключаются к источнику постоянного тока, как, например, обычная распределительная сеть, предпочтительно через катушку самоиндук- ции, которая служит для того, чтобы заряжать конденсатор до более высокого

Рис. 14а и б

269

потенциала. Кольца r_fr₂ просто подают к секторам 1 и 3 ток для заряда кон- денсатора, в противном случае в конструкции ничего не надо менять.

Метки и деления на кромке диска D нанесены так, чтобы при нормаль- ной скорости вращения генератора они оставались на одном месте. Если это так, то скорость можно тут же вычислить по количеству секторов на контрол- лере или делений на диске, а также по скорости вращения последнего. Часто- та колебаний тока динамо-машины тогда определяется исходя из количества меток.

Вооружившись такой методикой, экспериментатор может получить точ- ное значение угловой скорости, независимо от того, как изменяется скорость вращения динамо-машины, если только он позаботится о том, чтобы показа- ния эдс, силы тока и т.д. были сняты в тот момент, когда метки на диске неподвижны. Если снятие показаний отнимает значительное время, нетрудно сделать поправку на любое изменение, заметив на резиновой пластине N, ко- личество делений, которое надо прибавить или отнять от скорости диска.

"

НИКОЛА

ТЕСЛА

Выступления