# Автобиография Николы Теслы: Мои изобретения

Никола Тесла

Аннотация


• Тесла Никола

◦


Никола Тесла


Автобиография Николы Теслы: Мои изобретения


Содержание

Страница с половинным заголовком

Титульный лист

Страница авторских прав

Содержание

Введение

Автобиография Николы Теслы: Мои изобретения

Часть I: Моя ранняя жизнь

Часть II: Мои первые попытки в области изобретательства

Часть III: Мои последующие начинания

Часть IV: Открытие катушки Теслы и трансформатора

Часть V: Увеличительный передатчик

Часть VI: Искусство телеавтоматики

Другие Статьи

Знаменитые научные иллюзии (февраль 1919 г.)

"Яйцо Колумба" Теслы (март 1919 г.)

Вращение Луны (апрель 1919г.)

Настоящая беспроводная связь (май 1919)

Вращение Луны (июнь 1919г.)

Электрические генераторы (июль 1919 г.)

Проблема увеличения энергии человека с особым упором на использование энергии Солнца

Изобретения, исследования и труды Николы Теслы

Предисловие

Часть I: Многофазные токи

Глава I: Биографическая и вводная

Глава II: Новая система двигателей и трансформаторов переменного тока

Глава III: Вращающееся магнитное поле Теслы—Двигатели с замкнутыми проводниками—Синхронизирующие двигатели—Трансформаторы вращающегося поля

Глава IV: Модификации и расширения многофазных систем Теслы

Глава V: Использование известных типов генераторов постоянного тока

Глава VI: Способ получения желаемой частоты вращения двигателя или генератора

Глава VII: Регулятор для электродвигателей с вращающимся током

Глава VIII: Одноконтурные синхронизирующие двигатели с самозапуском

Глава IX: Переход с двигателя с двойным током на двигатель с одним током

Глава X: Двигатель с искусственно закрепленным “Запаздыванием по току”

Глава XI: Другой метод преобразования крутящего момента в синхронизирующий двигатель

Глава XII: Двигатель с магнитным запаздыванием

Глава XIII: Способ получения разности фаз с помощью магнитного экранирования

Глава XIV: Тип однофазного двигателя Тесла

Глава XV: Двигатели с цепями различного сопротивления

Глава XVI: Двигатель с равной магнитной энергией в поле и якоре

Глава XVII: Двигатели с совпадающими максимумами магнитного воздействия в якоре и поле

Глава XVIII: Двигатель, основанный на разнице фаз намагничивания внутренней и внешней частей железного сердечника

Глава XIX: Другой тип асинхронного двигателя Тесла

Глава XX: Комбинации синхронизирующего двигателя и моментного двигателя

Глава XXI: Двигатель с конденсатором в цепи якоря

Глава XXII: Двигатель с конденсатором в одной из цепей возбуждения

Глава XXIII: Многофазный трансформатор Теслы

Глава XXIV: Трансформатор постоянного тока с магнитным экраном Между катушками первичной и вторичной

Часть II: Эффекты Теслы с токами высокой частоты и высокого потенциала

Глава XXV: Введение: Содержание лекций Теслы

Глава XXVI: Эксперименты с переменными токами очень высокой частоты и их применение к методам искусственного освещения

Глава XXVII: Эксперименты с переменными токами высокого потенциала и высокой частоты

Глава XXVIII: О свете и других высокочастотных явлениях

Глава XXIX: Генераторы переменного тока Тесла высокой частоты, подробно

Глава XXX: Устройство электростатической индукции переменного тока

Глава XXXI: “Массаж” токами высокой частоты

Глава XXXII: Электрический разряд в вакуумных трубках

Часть III: Различные изобретения и труды

Глава XXXIII: Способ получения постоянного тока из переменного

Глава XXXIV: Конденсаторы с масляными пластинами

Глава XXXV: Измеритель для регистрации электролитов

Глава XXXVI: Термомагнитные двигатели и пиромагнитные генераторы

Глава XXXVII: Противоискровая динамо-щетка и коллектор

Глава XXXVIII: Вспомогательное щеточное регулирование динамо-машин постоянного тока

Глава XXXIX: Усовершенствование конструкции динамо-машин и электродвигателей

Глава XL: Дуговая система освещения постоянным током Tesla

Глава XLI: Усовершенствование “Однополярных” генераторов

Часть IV: Приложение: Двигатели первой фазы и механический и электрический генератор Теслы

Глава XLII: Персональная выставка мистера Теслы на Всемирной выставке

Глава XLIII: Механические и электрические генераторы Теслы

Автобиография

Никола Тесла

и Другие Работы

Автобиография

Никола Тесла

и Другие Работы

ВВЕДЕНИЕ КЕНА МОНДШЕЙНА, ДОКТОРА ФИЛОСОФИИ


Кентерберийская классика

Оттиск издательской группы " Принтерс Роу "

Бульвар пасифик-Хайтс 9717, Сан-Диего, Калифорния 92121

www.canterburyclassicsbooks.com • mail@canterburyclassicsbooks.com

Авторское право на сборник (C) 2021 Кентерберийская классика

Все права защищены. Никакая часть этой публикации не может быть воспроизведена, распространена или передана в любой форме или любыми средствами, включая фотокопирование, запись или другие электронные или механические методы, без предварительного письменного разрешения издателя, за исключением кратких цитат, содержащихся в критических обзорах, и некоторых других некоммерческих видов использования, разрешенных законом об авторском праве.

Издательская группа Printers Row Publishing Group является подразделением Readerlink Distribution Services, LLC.

Canterbury Classics является зарегистрированной торговой маркой компании Readerlink Distribution Services, LLC.

Корреспонденцию, касающуюся содержания этой книги, следует направлять в редакцию "Кентербери Классикс"

Отдел по указанному выше адресу.

Издатель: Питер Нортон • Младший издатель: Ана Паркер

Художественный руководитель: Чарльз Макстрависк

Старший редактор отдела разработки: Эйприл Грэм Фарр

Редактор: Трейси Дуглас

Редакционная группа: Дэн Мэнсфилд

Съемочная группа: Джули Грин, Расти фон Дил

Дизайнер обложки: Рэй Караманна

Дизайнер интерьера: Рианн Бендер

Изображение предоставлено: http://www.classictesla.com/photos/tesla/tesla.html с помощью Викисклада; Журнал Electrical Experimenter

Авторские права на отдельные изображения остаются собственностью отдельных авторов. Были предприняты все усилия, чтобы отследить всех владельцев авторских прав. Заранее приносим извинения за любые непреднамеренные ошибки или упущения, которые будут исправлены в будущих выпусках.

Электронная книга ISBN: 978-1-64517-890-3

Издание электронной книги: сентябрь 2021 г.

Примечание редактора: Эти работы были опубликованы в их первоначальном виде, чтобы сохранить замысел и стиль авторов.

Содержание

_______________

Введение

АВТОБИОГРАФИЯ НИКОЛЫ ТЕСЛЫ: Мои изобретения

ЧАСТЬ I: Моя ранняя жизнь

ЧАСТЬ II: Мои первые попытки в области изобретательства

ЧАСТЬ III: Мои последующие начинания

ЧАСТЬ IV: Открытие катушки Теслы и трансформатора

ЧАСТЬ V: Увеличительный передатчик

ЧАСТЬ VI: Искусство телеавтоматики

ДРУГИЕ СТАТЬИ

Знаменитые научные иллюзии (февраль 1919 г.)

"Яйцо Колумба" Теслы (март 1919 г.)

Вращение Луны (апрель 1919г.)

Настоящая беспроводная связь (май 1919)

Вращение Луны (июнь 1919г.)

Электрические генераторы (июль 1919 г.)

ПРОБЛЕМА УВЕЛИЧЕНИЯ ЭНЕРГИИ ЧЕЛОВЕКА

с особым упором на использование солнечной энергии

ИЗОБРЕТЕНИЯ, ИССЛЕДОВАНИЯ,

И ТРУДЫ НИКОЛЫ ТЕСЛЫ

Предисловие

ЧАСТЬ I: Многофазные токи

I. Биографические и вводные сведения

II. Новая система двигателей и трансформаторов переменного тока

III. Вращающееся магнитное поле Теслы—Двигатели с замкнутыми проводниками—Синхронизирующие двигатели—Трансформаторы вращающегося поля

IV. Модификации и расширения многофазных систем Теслы

V. Использование известных типов генераторов постоянного тока

VI. Способ получения желаемой частоты вращения двигателя или генератора

VII. Регулятор для электродвигателей постоянного тока

VIII. Одноконтурные синхронизирующие двигатели с самозапуском

IX. Перейти с двигателя с двойным током на двигатель с одним током

X. Двигатель с искусственно закрепленным “Запаздыванием по току”

XI. Другой метод преобразования крутящего момента в синхронизирующий двигатель

XII. Двигатель с магнитным запаздыванием

XIII. Способ получения разности фаз с помощью магнитного экранирования

XIV. Тип однофазного двигателя Тесла

XV. Двигатели с цепями различного сопротивления

XVI. Двигатель с равными магнитными энергиями в поле и Якоре

XVII. Двигатели с совпадающими максимумами магнитного воздействия в якоре и поле

XVIII. Двигатель, основанный на разнице фаз намагничивания внутренней и внешней частей Железного сердечника

XIX. Другой тип асинхронного двигателя Тесла

XX. Комбинации синхронизирующего двигателя и моментного двигателя

XXI. Двигатель с конденсатором в цепи якоря

XXII. Двигатель с конденсатором в одном из контуров возбуждения

XXIII. Многофазный трансформатор Тесла

XXIV. Трансформатор постоянного тока с магнитным экраном Между катушками первичной и вторичной

ЧАСТЬ II: Эффекты Теслы с токами высокой частоты и высокого потенциала

XXV. Введение: Содержание лекций Теслы

XXVI. Эксперименты с переменными токами очень высокой частоты и их применение к методам искусственного освещения

XXVII. Эксперименты с переменными токами высокого потенциала и высокой частоты

XXVIII. О свете и других высокочастотных явлениях

XXIX. Генераторы переменного тока Тесла для высокой частоты, подробнее

ХХХ. Электростатический Индукционный аппарат переменного тока

XXXI. “Массаж” токами высокой частоты

XXXII. Электрический разряд в вакуумных трубках

ЧАСТЬ III: Различные изобретения и труды

XXXIII. Способ получения постоянного тока из переменного

XXXIV. Конденсаторы с масляными пластинами

XXXV. Электролитический измеритель

XXXVI. Термомагнитные двигатели и пиромагнитные генераторы

XXXVII. Щетка динамо-машины с защитой от искрения и коллектор

XXXVIII. Вспомогательная щеточная регулировка динамо-машин постоянного тока

XXXIX. Усовершенствование конструкции динамо-машин и электродвигателей

XL. Дуговая система освещения постоянным током Tesla

XLI. Усовершенствование “однополярных” генераторов

Часть IV: Приложение: Двигатели первой фазы и механический и электрический генератор Теслы

XLII. Персональная выставка мистера Теслы на Всемирной выставке

XLIII. Механические и электрические генераторы Теслы


Ввод в эксплуатацию

_______________

АВТОБИОГРАФИЯ

НИКОЛА ТЕСЛА И ДРУГИЕ РАБОТЫ

Более чем через 125 лет после своего рождения, которое, как и следовало ожидать, произошло во время грозы, сербско-американский инженер-электрик Никола Тесла стал синонимом научного гения. Его именем названа не только известная компания по производству электромобилей и единица измерения плотности магнитного потока в системе СИ, но и астероид, кратер на Луне и даже рок-группа 1980-х годов. Точно так же история его жизни была воплощена в книгах, фильмах и даже опере. Достигнув вершины богатства и успеха, он впал в благородную бедность и воплотил в себе новый архетип — безумного ученого, склонного делать грандиозные заявления о новых изобретениях, которые так и не материализовались. Однако за последние несколько десятилетий образ сумасшедшего Теслы отошел на второй план, оставив его значительные достижения в центре внимания.

Безусловно, Тесла - увлекательный субъект: он был человеком значительных талантов и еще более значительных недостатков, сочетавшим изобретательный ум с поэтическим и даже мистическим складом ума. Как сказал Артур Эдвин Кеннелли из Гарвардского университета, награждая Теслу медалью Эдисона, “Тесла запустил колеса по всему миру .... То, что он показал, было откровением для науки и искусства на все времена”. Главным и наиболее долговечным из нововведений Теслы был двигатель переменного тока. Ценность этого устройства заключается в том, что оно может принимать электрический ток, который легко генерировать и который может передаваться на большие расстояния, и использовать его для выполнения полезной работы. Двигатели переменного тока также бесшумны, долговечны, мощны и эффективны. Они используются во всем: от водяных насосов до пылесосов, космических кораблей и электромобилей, носящих имя Tesla. Другими словами, двигатель переменного тока - одно из фундаментальных изобретений современности.

Чтобы оценить значение инновации Теслы, необходимо понимать разницу между переменным и постоянным током. Представьте электрический заряд, текущий по проводу, как вода по шлангу. Постоянный ток (DC) - это то, что вы привыкли видеть на своем заднем дворе: вода течет в одном направлении. Однако при переменном токе (AC) вода течет взад и вперед, как если бы у вас был отрезок шланга с небольшим количеством воды, и вы попеременно поднимали и опускали каждый конец. Поскольку электрическая мощность зависит от силы (потенциальной мощности) потока, а не от направления потока, как переменный, так и постоянный ток полезны для выполнения различных видов работ, хотя использование переменного тока требует некоторых хитрых инженерных ухищрений. Тесла был блестящим инженером, который открыл множество применений энергии переменного тока.

У Теслы были и другие достижения. Он изобрел генераторы, более эффективные, чем когда-либо виденные прежде, и, при поддержке Джорджа Вестингауза, был одним из главных людей, ответственных за внедрение сетей переменного тока в Соединенных Штатах. В этой кампании Тесле и Вестингаузу противостоял Томас Эдисон, который отстаивал постоянный ток. "Война токов” закончилась победой Вестингауза и Теслы. Среди других изобретений Тесла также улучшил уличное освещение и изобрел способы учета электроэнергии и преобразования переменного тока в постоянный. Его “увеличивающий передатчик” — знаменитая катушка Теслы — десятилетиями использовался в радио- и медицинских целях и до сих пор используется для развлечений. Всего, по оценкам, на имя Теслы было выдано около 300 патентов, хотя не все из них были учтены историками.

Однако мы не должны слишком полагаться на идею “одинокого гения”. Будучи человеком несомненных талантов и значительной харизмы, а также бесспорной склонности к саморекламе, Тесла, как и все изобретатели, опирался на достижения других. Он не изобретал электрическую динамо-машину; скорее, он опирался на работу людей из многих стран и многих слоев общества, таких как британский изобретатель Майкл Фарадей, итальянский профессор Антонио Пачинотти, немецкий промышленник Эрнст Сименс, венгерский священник Аньош Едлик и, конечно же, Томас Алва Эдисон. Точно так же для воплощения его идей в жизнь требовалась рабочая сила и финансовая поддержка других. Эдисон и Вестингауз помогли развить рынок и инфраструктуру, которые позволили широко использовать изобретения Теслы. Наконец, бесчисленное множество безымянных мужчин и женщин трудились над созданием, установкой и обслуживанием его инноваций.

РАННЯЯ ЖИЗНЬ

Никола Тесла родился в семье Милутина Теслы, священника восточной православной церкви, и его жены Джуки в 1857 году. Его дед по материнской линии также был священником. Что касается его матери, то, хотя она не получала формального образования, Никола приписывал свои выдающиеся умственные способности тому, что унаследовал от нее. Город, в котором он родился, Смилян, сегодня находится в Хорватии, но в то время он был частью Австро-Венгерской империи. Из-за этого обучение Теслы велось на немецком, языке империи.

Тесла посещал престижную гимназию в Карловаце, ныне в Хорватии, то есть среднюю школу для подготовки к колледжу. Там он изучал языки, естественные науки и математику. Впервые он был очарован электричеством, когда его учитель физики продемонстрировал динамо-машину, устройство, которое производит электричество путем вращения металлической детали (подходяще называемой ротором) в магнитном поле: “Для меня невозможно передать адекватное представление об интенсивности чувств, которые я испытал, наблюдая за его демонстрацией этих загадочных явлений. Каждое впечатление отзывалось тысячью отголосков в моем сознании. Я хотел узнать больше об этой удивительной силе; я жаждал экспериментов и исследований”.

К сожалению, Никола был единственным выжившим сыном своего отца (его старший брат Дэйн погиб в возрасте 12 лет в результате несчастного случая при верховой езде) и был предназначен для “семейного бизнеса”, то есть священничества. Таким образом, о карьере инженера-электрика и изобретателя не могло быть и речи. Однако вскоре после этого Тесле посчастливилось тяжело заболеть холерой, которая в то время опустошала округ, и он был прикован к постели на девять месяцев. Тесла-старший пообещал своему сыну, что если тот выздоровеет, то сможет изучать инженерное дело в университете.

После того, как Тесла целый год восстанавливал силы, бродя по горам неподалеку от своего дома (и, кстати, избежав призыва в армию), он начал учебу в Австрийском политехническом институте в городе Грац. Тесла рассказывает в своих мемуарах, как профессор Политехнического института по имени Пешл публично высмеял его за то, что он предложил модификацию динамо-машины Gramme'а. Это была ранняя форма генератора, который пропускал намагниченное железное кольцо, обмотанное проволокой, через кольцеобразный якорь; затем электрический ток “снимался” медными щетками, которые позволяли электричеству течь только в одном направлении (устройство, называемое коммутатором). В то время большинство динамо-машин (электрических генераторов) были созданы для выработки постоянного тока, поскольку переменный ток считался не очень полезным. Тесла осмелился предположить, что коллектор с металлической щеткой был неэффективным и ненужным. Это предвосхитило его более поздний интерес к генераторам переменного тока — тому типу, который наиболее часто используется сегодня. Динамо-машина Грамма также предвосхитила интерес Теслы к двигателям: снабженный энергией и работающий в обратном направлении, вал вращался сам по себе — первый практический электромагнитный двигатель.

По иронии судьбы, хотя Тесла был фанатичным и талантливым учеником — он окончил среднюю школу на год раньше и был известен тем, что умел считать в уме, — Политехнический институт он так и не окончил. Его оценки за первый год обучения были выдающимися, и позже он утверждал, что работал по 20 часов в день, семь дней в неделю — настолько, что его профессора написали его отцу, утверждая, что он рискует умереть от переутомления. Однако в конце второго курса Тесла потерял стипендию и у него возникли проблемы с азартными играми; к третьему году он полностью перестал ходить на занятия. На самом деле у него было что-то вроде психического срыва, он прятался от своей семьи и друзей и переехал в Марибор, Словения, где работал чертежником, коротая свободное время за игрой в карты и шахматы. Отец умолял его вернуться домой, но Никола вернулся в Госпич только под стражей в полиции, поскольку у него не было вида на жительство для проживания в Мариборе. Через неделю после его возвращения домой умер отец Теслы.

Тесла еще раз попытал счастья в официальном учебном заведении: его дяди Петар и Павел собрали достаточно денег, чтобы он смог сбежать из Госпича. Он отправился в Прагу, этот древний город культуры и образования, чтобы учиться в престижном университете Карла-Фердинанда, но поскольку он никогда не изучал древнегреческий и не умел ни говорить, ни писать по-чешски, он мог только прослушивать лекции. (Однако, помимо своего родного сербохорватского, Тесла также изучал латынь, итальянский, французский, немецкий и английский языки.)

Через год он переехал в быстро модернизирующийся Будапешт, где работал в телефонной компании и познакомился со знаменитым венгерским инженером Тивадаром Пушкашем, который изобрел телефонную станцию. Всегда амбициозный, Тесла возобновил свой обычный изматывающий рабочий график в Будапеште. Неудивительно, что он заболел, причем симптомы были скорее психическими, чем физическими: он стал сверхчувствительным к любому звуку, каким бы тихим или отдаленным он ни был. Один из его друзей по колледжу, Энтони Сигети, уговорил его прогуляться февральским днем, надеясь, что физические упражнения восстановят его силы. Наблюдая за закатом и цитируя отрывок из "Фауста" Гете, он внезапно ощутил вдохновение. К изумлению Сигети, он схватил палку и начал рисовать на песке. Тесла придумал конструкцию двигателя переменного тока, в котором вращающееся магнитное поле создает электрический заряд в двигателе, который, в свою очередь, создает вращающий момент, который может быть использован для выполнения полезной работы. “Люди больше не будут рабами тяжелой работы”, - заявил он. “Мой двигатель освободит их, он будет выполнять работу всего мира”.

ЭДИСОН, АМЕРИКА И ПЕРВЫЙ ПРОВАЛ В БИЗНЕСЕ

После прихода Теслы в телефонную компанию Пушкаш нашел ему работу в компании Continental Edison Company в Париже. Его передовые знания в области физики и инженерных навыков сделали его чрезвычайно ценным сотрудником, и он путешествовал по Европе, устанавливая новые системы освещения и устраняя неполадки. В 1884 году компания перевела босса Теслы, изобретателя британского происхождения Чарльза Батчелора, обратно в Соединенные Штаты. Батчелор привез с собой многообещающего молодого инженера. Это был важный шаг, и ему предстояло провести остаток своей жизни в Соединенных Штатах.

Тесла не был счастлив на машиностроительном заводе Эдисона на Манхэттене. Он никогда не работал напрямую с Эдисоном и, по-видимому, встречался с ним всего пару раз. Скорее всего, ему было поручено поработать над проблемой установки электрического дугового освещения — сложной проблемой, поскольку дуговые лампы, которые производят свет за счет электричества, прыгающего через воздушный зазор между двумя электродами, требовали высоковольтного переменного тока, в то время как системы Эдисона были низковольтными и постоянного тока. (Если мы сравним электричество с водой, текущей по шлангу, то напряжение - это давление воды. Чем больше напряжение, тем дальше распространяется ток и тем больше работы он может выполнить.) Тесла уволился всего через шесть месяцев; в своей автобиографии он утверждает, что менеджер предложил ему 50 000 долларов (почти 13 миллионов долларов в 2020 году) за его разработки новых видов генераторов и других устройств, а затем отказался. В любом случае, Тесла усвоил суровый урок американского капитализма: работодатели работают для обогащения самих себя, а не своих сотрудников.

Вскоре ему предстояло усвоить еще один суровый урок: инвесторы заботятся о прибыли, а не об инновациях ради них самих. Тесла поделился своими идеями по созданию дугового освещения с патентным поверенным Эдисона Лемюэлем У. Серрелом, который, в свою очередь, познакомил его с двумя бизнесменами, Робертом Лейном и Бенджамином Вейлом. Тесла вместе с Лейном и Вейлом основал недолговечную компанию Tesla Electric Light & Manufacturing company. Их единственным достижением была установка усовершенствованного генератора дугового освещения в Рауэе, штат Нью-Джерси. В конце концов, Лейн и Вейл решили, что “производственная” часть компании - это слишком много работы, и что они предпочли бы просто управлять электроэнергетической компанией. Они забрали свои деньги, оставив Теслу без гроша в кармане. У него даже не было своих патентов на его имя, поскольку он передал их компании в обмен на обесценившиеся акции. Остаток 1886 года он провел, выполняя черную работу, даже копая канавы за 2 доллара в день.

ЧУДЕСНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

В конце 1886 года у Теслы состоялась случайная встреча с Альфредом С. Брауном и Чарльзом Ф. Пеком, двумя опытными бизнесменами и инвесторами. В отличие от Лейна и Вейл, они были заинтересованы в спекуляциях на инновациях. Тесла открыл лабораторию в нижнем Манхэттене и быстро подал заявку на патенты на новые типы генераторов переменного тока и двигателей. Проблема с предыдущими попытками создания двигателей переменного тока заключалась в том, что если ток колеблется между положительным и отрицательным, то чистый заряд равен нулю. Если мы хотим представить переменный ток в виде волны, то в то время как “гребень” может выполнять полезную работу, вращая вал ротора вперед, “впадина” нейтрализует ее. Великое новшество Теслы заключалось в том, чтобы брать переменные токи, которые не совпадали по фазе на четверть цикла, и подавать их в две разные катушки, установленные вокруг ротора. Создаваемое таким образом магнитное поле будет вращать ротор вокруг оси.

В мае 1888 года Тесла продемонстрировал свой двигатель перед Американским институтом инженеров-электриков. Новизна его изобретения, а также его демонстративное мастерство произвели впечатление на зрителей. Тесла сделал то, чего не смог сделать никто другой. Изобретатель и предприниматель Джордж Вестингауз, который строил системы питания переменного тока по всей территории Соединенных Штатов, обратил на это внимание. Вестингауз лицензировал разработки Теслы за 60 000 долларов — на 10 000 долларов больше, чем его менеджер в Edison обещал ему за его более ранние изобретения, — плюс минимальный гонорар в размере 15 000 долларов в год. Казалось, что финансовая независимость Теслы и способность работать над его проектами были гарантированы.

ТЕКУЩАЯ ВОЙНА

Из-за способа производства электроэнергии в генераторе — магнита, движущегося в более сильном магнитном поле, — устройство, вырабатывающее переменный ток, легче сконструировать, чем устройство, вырабатывающее постоянный ток. Вспомните наблюдение Теслы о динамо-машине Грамма: для того, чтобы ток протекал в одном направлении, требовались коммутаторы. Коммутаторы, однако, были неэффективны и требовали обслуживания. Другим преимуществом переменного тока является то, что он может передаваться на гораздо большие расстояния и при более высоком напряжении, чем постоянный ток. На принимающей стороне трансформатор может “понижать” ток, чтобы пользователь мог питать любое устройство, которое он пожелает. И наоборот, система постоянного тока Эдисона работала только в густонаселенных городах, поскольку ток не мог передаваться дальше, чем на милю.

С другой стороны, мощные линии электропередачи переменного тока довольно опасны и привели к нескольким получившим широкую огласку случаям гибели работников коммунальных служб, которые случайно ударились током, или случайных прохожих, которые просто соприкоснулись с нерегулируемым лабиринтом плохо обслуживаемых подвесных проводов в Нью-Йорке. На самом деле Эдисон считал переменный ток настолько вредным, что поддержал демонстрации, в которых переменный ток использовался для эвтаназии бездомных собак, чтобы предотвратить опасность. Конечно, у Эдисона был скрытый мотив: его лампы накаливания работали от низковольтных и относительно безопасных систем постоянного тока, а переменный представлял угрозу для системы, в которую он так много вложил. Некоторое время казалось, что передача электроэнергии будет ограничена городами и что энергия будет вырабатываться динамо-машинами на определенных участках для различных машин, а не поступать от одной более эффективной централизованной коммунальной компании, которая могла бы извлечь выгоду из эффекта масштаба.

Джордж Вестингауз изменил все это — с помощью Николы Теслы. Компания Westinghouse Electric Company была основана в 1886 году и к концу года установила демонстрационную систему в Грейт-Баррингтоне, штат Массачусетс, и коммерческую систему в Буффало, штат Нью-Йорк. Разъяренный Эдисон публично обвинил Вестингауза в нарушении его патентов и в то же время тайно помогал властям штата Нью-Йорк в разработке нового средства казни преступников — электрического стула. Когда пришло время создавать смертоносное устройство, Эдисон позаботился о том, чтобы государство закупило подержанные генераторы переменного тока Westinghouse. Однако, когда в 1889 году его закулисные сделки были разоблачены, это обернулось для Эдисона дурной славой. Еще одна серия широко разрекламированных смертей линейщиков привела к тому, что магистральные линии электропередачи в Нью-Йорке окончательно были похоронены, что сделало передачу переменного тока намного безопаснее. Эдисон, решительно проигравший нынешнюю войну, был быстро вытеснен из своей собственной компании. Решающий удар был нанесен в 1892 году, когда Westinghouse превзошла General Electric (ранее Edison General Electric) за возможность электрифицировать Всемирную Колумбийскую выставку в Чикаго, на которой дебютировали многочисленные современные чудеса.

ДАЛЬНЕЙШАЯ КАРЬЕРА

Выдача Westinghouse лицензии на двигатель Теслы предоставила изобретателю финансовую свободу. Но работоспособный, практичный дизайн все еще разрабатывался, когда Вестингауз позвонил с плохими новостями: финансовый кризис 1890 года поставил его в трудное положение. Его инвесторы требовали, чтобы он сократил исследования и разработки. Тесла согласился отказаться от гарантированных 15 000 долларов в год, которые обещал ему Westinghouse. Однако они продолжали сотрудничать в коммерческих предприятиях, и когда в 1893 году Теслу попросили проконсультировать по строительству электростанции на Ниагарском водопаде, он порекомендовал компанию Westinghouse. Три года спустя Westinghouse купит патент на двигатель Теслы за единовременную выплату в размере 216 000 долларов.

Несмотря на свой успех, на то, что у него были близкие подруги и он был красив и представительный, Тесла так и не женился. Поскольку самостоятельно заниматься домашними делами было немыслимо, он вместо этого предпочел жить в нескольких отелях, как делали многие состоятельные холостяки того времени. Помимо этого, его личная жизнь остается чем-то вроде тайны. Что мы знаем наверняка, так это то, что он утверждал, что его работа не оставляла ему времени на романтические отношения и что его целомудрие способствовало его творчеству. Будучи всегда мистиком, он видел всю свою цель в улучшении состояния человека путем использования все более могущественных сил.

1890-е годы действительно были продуктивным временем для Теслы. Он экспериментировал с радиоволнами (за два года до того, как Маркони приписали изобретение практических средств радиопередачи на большие расстояния), дистанционным управлением автоматизированными лодками (то есть первыми беспилотными летательными аппаратами) и рентгеновскими лучами. Он также изобрел паровой генератор переменного тока, который так и не нашел практического применения, хотя он утверждал, что это вызвало землетрясение. На Всемирной Колумбийской выставке, посвященной 400-летию прибытия Колумба в Америку, Тесла продемонстрировал свой асинхронный двигатель и беспроводные индукционные лампы, которые предвещали его увлечение передачей энергии по воздуху и земле. Он также изобрел для выставки "яйцо Колумба”, в котором использовал магнитное поле двигателя переменного тока, чтобы вращать медное яйцо до тех пор, пока оно не встанет на торец. (Название отсылало к апокрифической истории о Христофоре Колумбе, который бросил вызов испанским мудрецам, заставив их поставить яйцо на один конец; когда им это не удалось, он раздавил один конец, и яйцо встало.)

Пожалуй, самым знаковым из изобретений Теслы был его увеличительный передатчик “ "катушка Теслы”, — который он впервые испытал в 1891 году, когда стал гражданином США. Добавив второй контур к ранее существовавшей конструкции искрового разрядника, который эффектно разряжал электричество через воздушный зазор, он создал резонанс, позволивший накапливаться высокочастотным электрическим зарядам высокого напряжения. Они нашли практическое применение в беспроволочной телеграфии, а также в различных медицинских целях, которые, хотя и были популярны в девятнадцатом и начале двадцатого веков, с тех пор оказались неэффективными. Используя принципы, сходные с принципами Теслы, Гульельмо Маркони продемонстрировал работоспособную радиосвязь на большие расстояния в 1895 году. Хотя общепризнанно, что Маркони имел первенство и получил Нобелевскую премию за свою работу, Верховный суд признал первенство патента Теслы в 1943 году — не без скрытых мотивов, поскольку США в то время находились в состоянии войны с Италией и не хотели платить авторские отчисления за использование радио.

В то время как сегодня катушки Tesla в основном используются для развлечений и зрелищных демонстраций внутреннего освещения, в то время Тесла рассматривал свое изобретение как ключ к новому способу передачи энергии. Пронизывая воздух электромагнетизмом, он мог приводить в действие любое настроенное устройство — например, в одной демонстрации он зажег лампочку, которую держал в руке. Он даже утверждал, что смог по беспроводной сети зажечь поле из электрических лампочек на расстоянии километра.

13 марта 1895 года пожар опустошил лабораторию Теслы в Нью-Йорке, уничтожив банкноты, материалы, фотографии и прототипы на сумму 50 000 долларов. “У меня слишком сильное горе, чтобы говорить”, - сказал он New York Times. Он переехал в другой магазин на Манхэттене и продолжил свою работу. Заметив необычные эффекты при попытке сфотографировать Марка Твена с помощью осветительного устройства, называемого трубкой Крукса, он провел дальнейшие эксперименты после открытия Вильгельмом Рентген рентгеновских лучей. В 1898 году, в разгар испано–американской войны, он продемонстрировал радиоуправляемую лодку в Мэдисон-сквер-Гарден. Такие корабли, по его словам, позволили бы вести сражения без человеческих жертв.

В 1899 году Тесла переехал в Колорадо-Спрингс, где он основал высотную испытательную станцию, чтобы продолжить свои эксперименты по передаче данных на расстояние. Тесла утверждал, что можно было бы передавать электромагнитную энергию по беспроводной сети вокруг Земли, установив гармонию с естественными резонансами планеты. Это было не так безумно, как кажется — было известно, что у земли есть теллурические токи, которые проходят через ее поверхность, и сегодня мы знаем, что пространство между поверхностью Земли и верхними слоями атмосферы также имеет свою собственную электромагнитную частоту и может использоваться для отслеживания грозовых разрядов. Однако, несмотря на инвестиции миллионера Джона Джейкоба Астора в размере 100 000 долларов, Тесла так и не смог реально продемонстрировать эти принципы, хотя он и обсуждал возможность использования таких резонансов для управления погодой. Еще более фантастично то, что он получал радиосигналы, которые, по его утверждению, должны были исходить от разумных существ с других планет. Хотя он был встречен с недоверием, скорее всего, сигналы поступали из ранних экспериментов Маркони или, возможно, из естественного источника, такого как спутник Юпитера Ио, проходящий через магнитное поле планеты.

Вернувшись в Нью-Йорк, он поселился в отеле Астора "Уолдорф-Астория" и осыпал инвесторов фантастическими обещаниями. Финансист Дж.П. Морган выделил ему 150 000 долларов, и он начал планировать свой величайший проект на сегодняшний день: башню Уорденклифф в Шорхэме, штат Нью-Йорк. Обращенный на восток, к морю, в Англию, он предназначался для передачи не только азбуки Морзе, как это делал Маркони, но и телефонной связи и изображений. Тесла опередил свое время в своих амбициях, но безнадежно ошибался в своих методах: он не верил в теории Герца о переносимых по воздуху радиоволнах, вместо этого утверждая, что вся энергия, подобно свету, распространяется по прямым линиям и рассеивается на расстоянии. В то же время работы Теслы, такие как “Проблема увеличения энергии человека”, опубликованные в журнале Century в июне 1900 года, стали более эксцентричными и философскими.

Уорденклифф, который, по-видимому, был активирован только один раз, в 1903 году, должен был погубить Теслу. Проект развалился к 1906 году — среди прочих трагедий Морган не выделил никаких дополнительных средств, а архитектор, отвечавший за строительство, Стэнфорд Уайт, был убит мужем своей тайной любовницы. У всех его патентов истек срок действия, все его деньги были потрачены, и у него не было работоспособных изобретений, с которыми можно было бы продолжить. Даже военно-морской флот передал ему устройство дистанционного управления. Финансовые проблемы привели к тому, что у Теслы произошло нечто вроде нервного срыва. Он заложил собственность в Уорденклиффе, чтобы покрыть долг за свое богатое проживание в отеле Waldorf-Astoria; его неспособность расплатиться привела к тому, что позже на участок было обращено взыскание. Башня была окончательно демонтирована и продана на металлолом в 1917 году — его лаборатория в Колорадо-Спрингс уже была снесена в 1904 году, когда электрическая компания наложила взыскание на имущество после того, как он не оплатил счет за электроэнергию.

Это не значит, что у Теслы закончились идеи, в частности, безлопастные турбины и спидометры с воздушным трением. Однако ему не удалось эффективно их монетизировать. Другие революционные идеи, такие как самолеты, которые могли взлетать и приземляться вертикально, оказались невозможными. Его старые сторонники быстро исчезали. Астор погиб на "Титанике" в 1912 году, а Вестингауз умер в 1914 году. Ходили слухи, что Тесла и Эдисон разделят Нобелевскую премию в 1915 году, но ни один из них ее не получил. Причина этого — возможно, двое мужчин отказались делиться ею — так и не была раскрыта. В 1916 году судебное разбирательство вынудило его публично признать плачевное состояние своих финансов. Его психическое здоровье тоже пошатнулось: когда Американский институт инженеров-электриков вручил ему медаль Эдисона, свою высшую награду в 1917 году, он исчез во время церемонии и был найден кормящим голубей в парке. Несмотря на ухудшающиеся обстоятельства, редактору Хьюго Гернсбэку удалось убедить Теслу написать свою автобиографию в 1919 году.

Последние годы Тесла провел, пытаясь вернуть свою угасающую славу, получая нескончаемый поток почестей от ученых обществ и иностранных правительств, кормил (и, как он утверждал, общался с ними) своих любимых голубей, одержимо мылся и был одержим числом три. Он никогда не принимал теорию относительности Эйнштейна или даже то, что электроны являются одним из основных компонентов атомов. Начиная со своего семидесятипятилетия в 1931 году, он давал ежегодные пресс-конференции, на которых делал невероятные заявления о новых открытиях. В 1932 году он заявил, что у него есть двигатель, работающий на космических лучах. В 1933 году он заявил, что нашел новую форму энергии. Еще более фантастичным было его заявление в 1934 году об изобретении “телесилы” — хотя он отрицал, что это научно-фантастический “луч смерти”, он действительно рассматривал его как средство положить конец войне:

Мой аппарат излучает частицы, которые могут быть относительно большими или иметь микроскопические размеры, что позволяет нам передавать в небольшую область на большое расстояние в триллионы раз больше энергии, чем это возможно с помощью лучей любого вида. Таким образом, многие тысячи лошадиных сил могут передаваться потоком тоньше волоса, так что ничто не может сопротивляться. Сопло будет посылать в свободный воздух концентрированные пучки частиц такой огромной энергии, что они сбьют флот из 10 000 вражеских самолетов на расстоянии 200 миль от границы обороняющейся страны и заставят армии падать замертво на своих путях.

Всегда высокий и худощавый, стареющий Тесла стал истощенным, особенно после того, как в последние годы перешел на вегетарианскую диету. Всегда питавшийся малым количеством сна, теперь он почти не спал вообще. Его выгнали из отелей, в которых он жил, и подали на него в суд по мере накопления долгов. Не раз он оплачивал долги моделями или запчастями для своей машины teleforce. Наконец он достиг некоторой финансовой стабильности в 1934 году, когда корпорация Westinghouse согласилась платить ему 125 долларов в месяц, а также покрывать арендную плату за проживание в отеле New Yorker.

В августе 1937 года Тесла был сбит такси, когда переходил улицу посреди ночи, чтобы покормить голубей в парке. Он утверждал, что серьезно не пострадал, но, вероятно, сломал несколько ребер. Тем не менее, по своей привычке, он отказался от медицинской помощи. Его здоровье так и не восстановилось, и чуть более пяти лет спустя он был найден мертвым в своем номере 3327 на 33-м этаже отеля New Yorker. Ему было 86 лет. Тесле устроили государственные похороны в Сент-Джон-Дивайн и надгробную речь от мэра Фиорелло Ла Гуардиа, в то время как федеральное правительство ненадолго конфисковало его оборудование, чтобы убедиться, что на самом деле никаких секретных лучей смерти не существует. Личные вещи Теслы и его прах были, наконец, отправлены в Белград в 1952 году, где они сегодня хранятся в музее Николы Теслы.

Ken Mondschein, PhD

Автобиография

Никола Тесла

МОИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

впервые опубликовано в журнале Electrical Experimenter Magazine

ЧАСТЬ I

ФЕВРАЛЬ 1919 г.

_______________

МОЯ РАННЯЯ ЖИЗНЬ

Как величайший изобретатель в мире изобретает? Как он осуществляет изобретение? Какой склад ума у Николы Теслы? Была ли его ранняя жизнь такой же заурядной, как у большинства из нас? Каково было раннее воспитание одного из Избранных Мира? На эти и многие другие очень интересные вопросы в несравненной манере отвечает сам Никола Тесла в этой своей первой статье.

В его автобиографии, посвященной главным образом его ранней юности, мы получаем хорошее представление о замечательной жизни, которую вел этот человек. Это читается как сказка, преимущество которой в том, что она правдива. Ибо Тесла не простой смертный. Он вел счастливую жизнь — сраженный чумой, холерой и всем прочим, — от которого врачи отказались, по меньшей мере, в три раза чаще, чем от смерти — мы находим его в шестьдесят, моложе, чем когда-либо. Но — прочтите его собственные слова. Вы никогда раньше не читали ничего подобного.

—РЕДАКТОР

Прогрессивное развитие человека жизненно зависит от изобретательства. Это важнейший продукт его творческого мозга. Его конечная цель - полное господство разума над материальным миром, использование сил природы для нужд человека. Это трудная задача изобретателя, которого часто неправильно понимают и который не получает вознаграждения. Но он находит достаточную компенсацию в приятных проявлениях своих способностей и в осознании того, что принадлежит к тому исключительно привилегированному классу, без которого раса давным-давно погибла бы в ожесточенной борьбе с безжалостными элементами.

Говоря за себя, я уже более чем в полной мере насладился этим изысканным наслаждением, настолько, что в течение многих лет моя жизнь была полна непрерывного восторга. Мне приписывают то, что я один из самых усердных тружеников, и, возможно, я таковым и являюсь, если размышление приравнивается к труду, поскольку я посвятил этому почти все часы своего бодрствования. Но если работа интерпретируется как определенное выполнение в определенное время в соответствии с жестким правилом, тогда я, возможно, худший из бездельников. Каждое принудительное усилие требует жертвования жизненной энергией. Я никогда не платил такой цены. Напротив, я преуспевал в своих мыслях.


Никола Тесла в возрасте 23 лет, с неопубликованной фотографии.

В попытке дать связный и достоверный отчет о моей деятельности в этой серии статей, которые будут представлены при содействии редакторов журнала Electrical Experimenter и адресованы главным образом нашим молодым мужчинам-читателям. Я должен остановиться, пусть и неохотно, на впечатлениях моей юности, а также на обстоятельствах и событиях, которые сыграли важную роль в определении моей карьеры.

Наши первые попытки чисто инстинктивны, они порождены живым и недисциплинированным воображением. По мере того, как мы становимся старше, разум заявляет о себе, и мы становимся все более систематичными и продуманными. Но эти ранние импульсы, хотя и не сразу продуктивные, имеют важнейшее значение и могут определить саму нашу судьбу. Действительно, теперь я чувствую, что если бы я понимал и культивировал их вместо того, чтобы подавлять, я бы существенно увеличил ценность своего завещания миру. Но только став взрослым, я осознал, что я изобретатель.

Это было связано с целым рядом причин. Во-первых, у меня был брат, который был одарен в экстраординарной степени — одно из тех редких явлений психики, которые биологические исследования не смогли объяснить. Его преждевременная смерть повергла моих родителей в безутешие. У нас была лошадь, которую нам подарил дорогой друг. Это было великолепное животное арабской породы, обладавшее почти человеческим интеллектом, и вся семья заботилась о нем и ласкала его, поскольку однажды он спас жизнь моему отцу при примечательных обстоятельствах. Однажды зимней ночью моего отца вызвали для выполнения срочного долга, и во время перехода через горы, кишащие волками, лошадь испугалась и убежала, яростно сбросив его на землю. Он прибыл домой окровавленный и измученный, но после того, как прозвучал сигнал тревоги, немедленно умчался снова, возвращаясь на место, и прежде чем поисковая группа была далеко в пути, их встретил мой отец, который пришел в сознание и снова сел в седло, не понимая, что пролежал в снегу несколько часов. Эта лошадь была причиной травм моего брата, от которых он скончался. Я был свидетелем трагической сцены, и, хотя с тех пор прошло пятьдесят шесть лет, мое визуальное впечатление от нее не утратило своей силы. При воспоминании о его достижениях все мои усилия казались по сравнению с ними тусклыми.


Мистер Тесла в возрасте 29 лет.

Все, что я делал достойного похвалы, просто заставляло моих родителей острее переживать свою потерю. Так что я рос без особой уверенности в себе. Но я был далек от того, чтобы считаться глупым мальчиком, если судить по инциденту, о котором я до сих пор хорошо помню. Однажды члены Городского совета проходили по улице, где я играл с другими мальчиками. Самый старший из этих почтенных джентльменов — богатый горожанин — остановился, чтобы вручить каждому из нас по серебряной монете. Подойдя ко мне, он внезапно остановился и скомандовал: “Посмотри мне в глаза”. Я встретился с ним взглядом, моя рука была протянута, чтобы взять дорогую монету, когда, к моему ужасу, он сказал: “Нет, немного, ты ничего не сможешь от меня получить, ты слишком умен”. Они часто рассказывали обо мне забавную историю. У меня были две старые тети с морщинистыми лицами, у одной из них было два зуба, торчащих, как слоновьи бивни, которые она закапывала в мой чек каждый раз, когда целовала меня. Ничто не напугало бы меня больше, чем перспектива оказаться в объятиях этих столь же любящих, сколь и непривлекательных родственников. Случилось так, что, когда меня несли на руках к моей матери, они спросили меня, кто из них двоих красивее. Внимательно изучив их лица, я задумчиво ответил, указывая на одного из них: “Это здесь не так уродливо, как другое”.

С другой стороны, я с самого рождения был предназначен для профессии священника, и эта мысль постоянно угнетала меня. Я мечтал стать инженером, но мой отец был непреклонен. Он был сыном офицера, служившего в армии Великого Наполеона, и вместе со своим братом, профессором математики в известном учебном заведении, получил военное образование, но, что довольно странно, позже стал священником, в профессии которого достиг высокого положения. Он был очень эрудированным человеком, настоящим натурфилософом, поэтом и писателем, и говорили, что его проповеди были столь же красноречивы, как проповеди Абрахама из Святой Клары. У него была потрясающая память, и он часто пространно декламировал произведения на нескольких языках. Он часто в шутку замечал, что, если некоторые классические произведения будут утеряны, он сможет их восстановить. Его стилем письма восхищались. Он писал короткие и лаконичные предложения, был полон остроумия и сатиры. Его юмористические замечания всегда были своеобразными и характерными. Просто для иллюстрации, я могу упомянуть один или два примера. Среди прислуги был косоглазый мужчина по имени Мане, нанятый для работы на ферме. Однажды он рубил дрова. Когда он замахнулся топором, мой отец, стоявший рядом и чувствовавший себя очень неловко, предупредил его: “Ради Бога, Мане, бей не по тому, на что смотришь, а по тому, что намереваешься ударить”. В другой раз он катал друга, который неосторожно позволил своей дорогой шубе потереться о колесо кареты. Мой отец напомнил ему об этом, сказав: “Надень свое пальто, ты портишь мою шину”. У него была странная привычка разговаривать сам с собой, и он часто вел оживленную беседу и пускался в жаркие споры, меняя тон своего голоса. Случайный слушатель мог бы поклясться, что в комнате находилось несколько человек.

Хотя я должен проследить влияние моей матери, какой бы изобретательностью я ни обладал, обучение, которое он мне дал, должно быть, было полезным. Она включала в себя всевозможные упражнения — например, угадывание мыслей друг друга, обнаружение дефектов какой-либо формы или выражения, повторение длинных предложений или выполнение мысленных вычислений. Эти ежедневные занятия были направлены на укрепление памяти и разума, особенно на развитие критического мышления, и, несомненно, были очень полезны.

* * * * *

НИКОЛА ТЕСЛА: ЧЕЛОВЕК

Х. ГЕРНСБЭК

Дверь открывается, и из нее выходит высокая фигура — более шести футов ростом - худощавая, но прямая. Она приближается медленно, величаво. Вы сразу осознаете, что стоите лицом к лицу с личностью высокого уровня. Никола Тесла подходит и пожимает вам руку мощным пожатием, неожиданным для мужчины старше шестидесяти. Обаятельная улыбка пронзительных светло-серо-голубых глаз, глубоко посаженных в необычайно глубоких впадинах, завораживает вас и заставляет сразу почувствовать себя как дома.

Вас проводят в кабинет, безупречный в своем порядке. Не видно ни пылинки. На столе нет бумаг, все просто. В нем отражается сам мужчина, безупречный в одежде, аккуратный и точный в каждом своем движении. Одетый в темный сюртук, он полностью лишен каких-либо украшений. Не видно ни кольца, ни булавки, ни даже цепочки от часов.

Тесла говорит — очень высоким, почти фальцетом, голосом. Он говорит быстро и очень убедительно. Вас больше всего завораживает мужской голос.

Пока он говорит, вам трудно оторвать взгляд от его глаз. Только когда он разговаривает с другими, у вас есть возможность рассмотреть его голову, отличительной чертой которой является очень высокий лоб с выпуклостью между глазами — неизменный признак исключительного интеллекта. Затем длинный, правильной формы нос, выдававший ученого.

Как этому человеку, проделавшему такую огромную работу, удается сохранять молодость и с возрастом удивлять мир все новыми и новыми изобретениями? Как этому шестидесятилетнему юноше, профессору математики, великому инженеру-механику и электрику и величайшему изобретателю всех времен, удается сохранять свою физическую, а также замечательную умственную свежесть?

Начнем с того, что Тесла, серб по происхождению, происходит из выносливой расы долгожителей. Его генеалогическое древо изобилует долгожителями. Соответственно, Тесла — за исключением несчастных случаев — полностью рассчитывает, что все еще будет изобретать в 1960 году нашей эры.

Но главная причина его вечной молодости кроется в его гастрономической бережливости. Тесла усвоил великую фундаментальную истину о том, что большинство людей не только избавляются от всех своих телесных недугов, но и на самом деле заглатывают себя до смерти, либо переедая, либо употребляя пищу, которая им не подходит.

Когда Тесла узнал, что табак и черный кофе влияют на его физическое самочувствие, он бросил и то, и другое. Вот простое ежедневное меню великого изобретателя:

Завтрак: Одна—две пинты теплого молока и несколько яиц, приготовленных собственноручно -да, он холостяк!

Обед: как правило, никакого.

Ужин: Сельдерей или что-то подобное, суп, один кусочек мяса или птицы, картофель и еще один овощ; бокал легкого вина. На десерт, возможно, кусочек сыра и обязательно большое сырое яблоко. И это все.

Тесла очень привередлив в еде: он ест очень мало, но то, что он ест, должно быть самого лучшего качества. И он знает, потому что помимо того, что он великий изобретатель в науке, он еще и опытный повар, который изобрел всевозможные пикантные блюда. Его единственный порок - щедрость. Человек, которого невежественный наблюдатель часто называл праздным мечтателем, заработал на своих изобретениях более миллиона долларов — и так же быстро потратил их на новые. Но Тесла - идеалист высшего порядка, и для таких людей деньги сами по себе мало что значат.

* * * * *

Моя мать происходила из одной из старейших семей в стране и линии изобретателей. И ее отец, и дед создали множество орудий труда для домашнего, сельскохозяйственного и других целей. Она была поистине великой женщиной, обладавшей редкими навыками, мужеством и стойкостью духа, которая выдержала жизненные бури и пережила множество испытаний. Когда ей было шестнадцать, по стране прокатилась страшная эпидемия. Ее отца вызвали, чтобы совершить последние таинства над умирающим, и во время его отсутствия она одна отправилась на помощь соседней семье, пораженной страшной болезнью. Все участники, числом пять человек, скончались в быстрой последовательности. Она искупала, одела и уложила тела, украсив их цветами по обычаю страны, и когда ее отец вернулся, он нашел все готовым для христианского погребения. Моя мать была первоклассным изобретателем и, я верю, достигла бы многого, если бы не была так далека от современной жизни и ее многочисленных возможностей. Она изобретала и конструировала всевозможные инструменты и приспособления и плела тончайшие узоры из ниток, которые пряла сама. Она даже сажала семена, выращивала растения и сама отделяла волокна. Она работала не покладая рук, с рассвета до поздней ночи, и большая часть одежды и обстановки в доме были продуктом ее рук. Когда ей перевалило за шестьдесят, ее пальцы все еще были достаточно ловкими, чтобы завязать три узла на реснице.

Была еще одна, еще более важная причина моего позднего пробуждения. В детстве я страдал от особого недуга, вызванного появлением образов, часто сопровождавшихся сильными вспышками света, которые мешали видеть реальные объекты и мешали моим мыслям и действиям. Это были фотографии вещей и сцен, которые я действительно видел, а не тех, которые я себе представлял. Когда мне произносили слово, образ объекта, который оно обозначало, ярко представал моему взору, и иногда я был совершенно неспособен различить, было ли то, что я видел, осязаемым или нет. Это вызвало у меня большой дискомфорт и беспокойство. Ни один из студентов-психологов или физиологов, с которыми я консультировался, никогда не мог удовлетворительно объяснить эти явления. Они, кажется, были уникальными, хотя я, вероятно, был предрасположен, поскольку я знаю, что мой брат испытал подобную проблему. Теория, которую я сформулировал, состоит в том, что изображения были результатом рефлекторного воздействия мозга на сетчатку при сильном возбуждении. Это, конечно, не были галлюцинации, которые возникают в больном и измученном сознании, поскольку в остальном я был нормальным и собранным.


Мистер Тесла в возрасте 39 лет.

Чтобы дать представление о моем горе, предположим, что я стал свидетелем похорон или другого подобного нервирующего зрелища. Затем, неизбежно, в ночной тишине перед моими глазами возникала яркая картина этой сцены и сохранялась, несмотря на все мои попытки прогнать ее. Иногда он даже оставался неподвижным в пространстве, пока я протягивал через него руку. Если мое объяснение верно, должно быть возможно спроецировать на экран изображение любого объекта, который можно представить, и сделать его видимым. Такой прогресс произвел бы революцию во всех человеческих отношениях. Я убежден, что это чудо может быть совершено и будет совершено в будущем; могу добавить, что я много думал над решением этой проблемы.

Чтобы освободиться от этих мучительных видений, я пытался сконцентрировать свой разум на чем-то другом, что я видел, и таким образом я часто получал временное облегчение; но для того, чтобы получить его, мне приходилось постоянно вызывать в воображении новые образы. Прошло совсем немного времени, прежде чем я обнаружил, что исчерпал все имеющиеся в моем распоряжении ресурсы; моя “катушка”, так сказать, закончилась, потому что я мало что видел в мире — только предметы в моем доме и ближайшем окружении. Когда я проделал эти мысленные операции во второй или третий раз, чтобы прогнать видения из моего видения, лекарство постепенно потеряло всю свою силу. Затем я инстинктивно начал совершать экскурсии за пределы того маленького мира, о котором у меня были знания, и увидел новые сцены. Сначала они были очень размытыми и нечеткими и ускользали, когда я пытался сосредоточить на них свое внимание, но мало-помалу мне удавалось их зафиксировать; они набирали силу и отчетливость и, наконец, приобретали конкретность реальных вещей. Вскоре я обнаружил, что наибольшего комфорта я достигал, если просто продвигался в своем видении все дальше и дальше, постоянно получая новые впечатления, и поэтому я начал путешествовать — конечно, мысленно. Каждую ночь (а иногда и днем), когда я был один, я отправлялся в свои путешествия — видел новые места, города и страны — жил там, встречался с людьми и заводил друзей и знакомые, и, каким бы невероятным это ни было, это факт, что они были мне так же дороги, как и в реальной жизни, и ничуть не менее интенсивны в своих проявлениях.

Я делал это постоянно, пока мне не исполнилось семнадцать, когда мои мысли серьезно не обратились к изобретательству. Затем, к своему восторгу, я заметил, что могу визуализировать с величайшей легкостью. Мне не нужны были модели, рисунки или эксперименты. Я мог представить их все как реальные в своем воображении. Таким образом, меня бессознательно подтолкнули к разработке того, что я считаю новым методом материализации изобретательских концепций и идей, который радикально противоположен чисто экспериментальному и, по моему мнению, гораздо более оперативен - и эффективен. В тот момент, когда человек конструирует устройство для воплощения на практике грубой идеи, он неизбежно оказывается поглощенным деталями и дефектами устройства. По мере того, как он продолжает совершенствоваться и реконструировать, его сила концентрации уменьшается, и он теряет из виду великий основополагающий принцип. Результаты могут быть получены, но всегда в жертву качеству.

Мой метод отличается. Я не бросаюсь в реальную работу. Когда у меня появляется идея, я сразу же начинаю воплощать ее в своем воображении. Я меняю конструкцию, вношу усовершенствования и управляю устройством в уме. Для меня абсолютно несущественно, запускаю ли я турбину в уме или тестирую ее в своем цеху. Я даже замечаю, не нарушен ли баланс. Разницы никакой, результаты те же. Таким образом, я могу быстро разработать и усовершенствовать концепцию, ни к чему не прикасаясь. Когда я зашел так далеко, что воплотил в изобретении все возможные усовершенствования, какие только смог придумать, и нигде не вижу недостатков, я облекаю в конкретную форму этот конечный продукт моего мозга. Неизменно мое устройство работает так, как я задумал, и эксперимент получается именно таким, каким я его планировал. За двадцать лет не было ни одного исключения. Почему должно быть иначе? Инженерное дело, электрическое и механическое, дает положительные результаты. Едва ли найдется предмет, который нельзя было бы математически обработать и заранее рассчитать эффекты или определить результаты на основе доступных теоретических и практических данных. Я считаю, что претворение в жизнь грубой идеи, как это обычно делается, является не чем иным, как пустой тратой энергии, денег и времени.

Однако у моего раннего недуга была другая компенсация. Непрерывное умственное напряжение развило мою наблюдательность и позволило мне открыть истину огромной важности. Я заметил, что появлению образов всегда предшествовало реальное видение сцен в особых и, как правило, очень исключительных условиях, и каждый раз меня побуждали определить первоначальный импульс. Через некоторое время это усилие стало почти автоматическим, и я приобрел большую легкость в установлении связи между причиной и следствием. Вскоре я, к своему удивлению, осознал, что каждая моя мысль была подсказана внешним впечатлением. Не только это, но и все мои действия были вызваны подобным образом. Со временем мне стало совершенно очевидно, что я всего лишь автомат, наделенный способностью двигаться, реагирующий на стимулы органов чувств, думающий и действующий соответственно. Практическим результатом этого стало искусство телеавтоматики, которое до сих пор применялось лишь несовершенно. Однако в конечном итоге будут продемонстрированы его скрытые возможности. Я уже много лет занимаюсь проектированием самоконтролируемых автоматов и верю, что могут быть созданы механизмы, которые будут действовать так, как будто обладают разумом, в ограниченной степени, и произведут революцию во многих коммерческих и промышленных подразделениях. Мне было около двенадцати лет, когда мне впервые удалось волевым усилием изгнать образ из своего поля зрения, но я никогда не мог контролировать вспышки света, о которых я говорил. Это был, пожалуй, мой самый странный опыт и необъяснимый.

Обычно они возникали, когда я оказывался в опасной или тревожной ситуации или когда я был сильно возбужден. В некоторых случаях я видел, как весь воздух вокруг меня наполнялся языками живого пламени. Их интенсивность, вместо того чтобы уменьшаться, со временем увеличивалась и, по-видимому, достигла максимума, когда мне было около двадцати пяти лет. В 1883 году, когда я был в Париже, известный французский фабрикант прислал мне приглашение на охоту, которое я принял. Я долгое время был прикован к фабрике, и свежий воздух оказал на меня чудесное бодрящее действие. В тот вечер, вернувшись в город, я испытал положительное ощущение, что мой мозг загорелся.

Я увидел свет, как будто в нем находилось маленькое солнце, и всю ночь прикладывал холодные компрессы к своей измученной голове. Наконец частота и сила вспышек уменьшились, но прошло более трех недель, прежде чем они полностью прекратились. Когда мне было направлено второе приглашение, моим ответом было решительное "Нет"!

Эти светящиеся явления все еще проявляют себя время от времени, например, когда меня поражает новая идея, открывающая возможности, но они больше не возбуждают, поскольку имеют относительно небольшую интенсивность. Когда я закрываю глаза, я неизменно сначала наблюдаю фон очень темного и однородного синего цвета, мало чем отличающийся от неба ясной, но беззвездной ночью. Через несколько секунд это поле оживляется бесчисленными мерцающими зелеными хлопьями, расположенными в несколько слоев и приближающимися ко мне. Затем справа появляется красивый узор из двух систем параллельных и близко расположенных линий, расположенных под прямым углом друг к другу, всевозможных цветов с преобладанием желто-зеленого и золотого. Сразу же после этого линии становятся ярче, и все это густо усеивается точками мерцающего света. Это изображение медленно перемещается по полю зрения и примерно через десять секунд исчезает слева, оставляя после себя землю довольно неприятного и инертного серого цвета, которая быстро сменяется волнистым морем облаков, которые, по-видимому, пытаются принять живые формы. Любопытно, что я не могу спроецировать форму в этот серый цвет, пока не будет достигнута вторая фаза. Каждый раз, перед тем как заснуть, образы людей или объектов мелькают перед моим взором. Когда я вижу их, я понимаю, что вот-вот потеряю сознание. Если они отсутствуют и отказываются прийти, это означает бессонную ночь.

То, до какой степени воображение играло роль в моей ранней жизни, я могу проиллюстрировать другим странным опытом. Как и большинство детей, я любил прыгать и испытывал сильное желание удержаться в воздухе. Время от времени с гор дул сильный ветер, насыщенный кислородом, делавший мое тело легким, как пробка, и тогда я прыгал и долгое время парил в пространстве. Это было восхитительное ощущение, и мое разочарование было велико, когда позже я перестал обманывать себя.

В тот период я заразился многими странными симпатиями, антипатиями и привычками, некоторые из которых я могу объяснить внешними впечатлениями, в то время как другие необъяснимы. Я испытывал сильное отвращение к женским серьгам, но другие украшения, такие как браслеты, более или менее нравились мне по дизайну. От вида жемчужины у меня чуть не случился бы припадок, но я была очарована блеском кристаллов или предметов с острыми краями и плоскими поверхностями. Я бы не стал прикасаться к волосам других людей, разве что под дулом револьвера. У меня поднималась температура при взгляде на персик, и если где-нибудь в доме оказывался кусочек камфары, это вызывало у меня сильнейший дискомфорт. Даже сейчас я не безразличен к некоторым из этих расстраивающих импульсов. Когда я опускаю маленькие бумажные квадратики в тарелку, наполненную жидкостью, я всегда ощущаю странный и отвратительный привкус во рту. Я считал шаги во время своих прогулок и подсчитывал кубическое содержимое суповых тарелок, кофейных чашек и кусочков еды — в остальном моя трапеза была невкусной. Все повторяющиеся действия или операции, которые я выполнял, должны были быть кратны трем, и если я ошибался, я чувствовал побуждение проделать все это снова, даже если это занимало часы.

До восьми лет мой характер был слабым и колеблющимся. У меня не было ни смелости, ни сил, чтобы принять твердое решение. Мои чувства накатывали волнами и приливами и непрестанно колебались между крайностями. Мои желания были всепоглощающей силы и, подобно головам гидры, множились. Меня угнетали мысли о боли в жизни и смерти и религиозном страхе. Я был во власти суеверий и жил в постоянном страхе перед духом зла, призраками, людоедами и другими нечестивыми чудовищами тьмы. Затем, совершенно внезапно, произошла огромная перемена, которая изменила ход всего моего существования.

Больше всего на свете я любил книги. У моего отца была большая библиотека, и при любой возможности я старался удовлетворить свою страсть к чтению. Он этого не разрешал и приходил в ярость, когда ловил меня на месте преступления. Он спрятал свечи, когда обнаружил, что я тайком читаю. Он не хотел, чтобы я портила зрение. Но я раздобыл сало, сделал фитиль и отлил палочки в жестяные формы, и каждую ночь я заделывал замочную скважину и щели и читал, часто до рассвета, когда все остальные спали и моя мать приступала к своей трудной повседневной работе. Однажды я наткнулся на роман под названием “Абафи” ("Сын Аба"), сербский перевод хорошо известного венгерского писателя Йосики. Эта работа каким-то образом пробудила мою дремлющую силу воли, и я начал практиковать самоконтроль. Сначала мои решения растаяли, как апрельский снег, но вскоре я победил свою слабость и ощутил удовольствие, которого никогда раньше не знал, — удовольствие делать то, что я хочу. Со временем это энергичное умственное упражнение стало моей второй натурой. Вначале мои желания приходилось подавлять, но постепенно желание и воля стали идентичными. После многих лет такой дисциплины я обрел настолько полное господство над собой, что играл со страстями, которые привели к гибели некоторых из самых сильных мужчин. В определенном возрасте я заразился манией азартных игр, которая сильно беспокоила моих родителей. Сесть за игру в карты было для меня квинтэссенцией удовольствия.

Мой отец вел образцовую жизнь и не мог простить бессмысленную трату времени и денег, которой я предавался. У меня была твердая решимость, но моя философия была плохой. Я бы сказал ему: “Я могу остановиться, когда захочу, но стоит ли отказываться от того, что я купил бы за райские радости?” Часто он давал выход своему гневу и презрению, но моя мать была другой. Она понимала характер человека и знала, что спасение человека может быть достигнуто только его собственными усилиями. Помню, однажды днем, когда я проиграл все свои деньги и жаждал поиграть, она подошла ко мне с пачкой банкнот и сказала: “Иди и развлекайся. Чем скорее ты потеряешь все, что у нас есть, тем лучше для нас. Я знаю, что ты это переживешь.”Она была права. Я победил свою страсть тогда и там и сожалел только о том, что она не была в сто раз сильнее. Я не только победил, но и вырвал ее из своего сердца, чтобы не оставить даже следа желания. С тех пор я был так же равнодушен к любым азартным играм, как к ковырянию в зубах.

В другой период я чрезмерно курил, что угрожало разрушить мое здоровье. Тогда моя воля взяла верх, и я не только остановился, но и уничтожил все склонности. Давным-давно я страдал от проблем с сердцем, пока не обнаружил, что это было из-за невинной чашки кофе, которую я выпивал каждое утро. Я сразу же бросил, хотя, признаюсь, это была нелегкая задача. Таким образом, я обуздал другие привычки и страсти и не только сохранил свою жизнь, но и получил огромное удовлетворение от того, что большинство людей сочло бы лишениями и жертвами. После окончания учебы в Политехническом институте и университете у меня случился полный нервный срыв, и пока длилась болезнь, я наблюдал много явлений, странных и невероятных.

ЧАСТЬ II

МАРТ 1919 ГОДА

_______________

МОИ ПЕРВЫЕ ПОПЫТКИ В ОБЛАСТИ ИЗОБРЕТАТЕЛЬСТВА

Мальчики останутся мальчиками во всем мире. Мальчик Тесла не был исключением из всеобщего правила, что ясно доказывает эта его вторая автобиографическая статья.

Мистер Тесла в своей неповторимой, восхитительной манере рисует здесь кистью литературного художника свое собственное интимное детство очаровательными и яркими красками.

Мы часто слышали о Тесле -мечтателе. Но если он и имеет право на этот эпитет, то его раннее детство определенно не свидетельствует об этом. В детстве Тесла не позволял траве расти у него под ногами, потому что он, несомненно, был энергичным юношей с красной кровью.

Вам наверняка захочется прочитать все о раннем детстве величайшего изобретателя. Это вдвойне ценно, потому что вышло из-под его собственного пера. Мы обещаем вам интересное двадцатиминутное развлечение.

—РЕДАКТОР

Я кратко остановлюсь на этих экстраординарных переживаниях из-за их возможного интереса для изучающих психологию и физиологию, а также потому, что этот период агонии оказал наибольшее влияние на мое умственное развитие и последующие труды. Но необходимо сначала рассказать об обстоятельствах, которые им предшествовали и в которых можно было бы найти их частичное объяснение.

С детства я был вынужден концентрировать внимание на себе. Это причинило мне много страданий, но, на мой нынешний взгляд, это было скрытое благословение, поскольку научило меня ценить неоценимую ценность самоанализа для сохранения жизни, а также как средства достижения цели. Давление профессии и непрекращающийся поток впечатлений, вливающийся в наше сознание через все врата знания, делают современное существование опасным во многих отношениях. Большинство людей настолько поглощены созерцанием внешнего мира, что совершенно не обращают внимания на то, что происходит внутри них. Преждевременная смерть миллионов людей в первую очередь связана с этой причиной. Даже среди тех, кто проявляет осторожность, распространенной ошибкой является избегать воображаемых и игнорировать реальные опасности. И то, что верно для отдельного человека, также более или менее применимо к народу в целом. Посмотрите, например, на движение за сухой закон. В настоящее время в этой стране принимаются решительные, если не неконституционные, меры по предотвращению употребления алкоголя, и все же положительным фактом является то, что кофе, чай, табак, жевательная резинка и другие стимуляторы, которыми свободно балуются даже в нежном возрасте, гораздо более вредны для организма нации, судя по количеству тех, кто поддается. Так, например, в студенческие годы я узнал из опубликованных некрологов в Вене, родине любителей кофе, что смертность от болезней сердца иногда достигала шестидесяти семи процентов от общего числа.

Аналогичные наблюдения, вероятно, можно было бы провести в городах, где чрезмерно употребляют чай. Эти восхитительные напитки сильно возбуждают и постепенно истощают тонкие волокна мозга. Они также серьезно нарушают артериальное кровообращение, и употреблять их следует тем более осторожно, что их пагубное воздействие происходит медленно и незаметно. С другой стороны, табак способствует легкому и приятному мышлению и снижает интенсивность и сосредоточенность, необходимые для всех оригинальных и энергичных усилий интеллекта. Жевательная резинка полезна на короткое время, но вскоре истощает железистую систему и наносит непоправимый ущерб, не говоря уже об отвращении, которое она вызывает. Алкоголь в небольших количествах является отличным тонизирующим средством, но токсичен по своему действию при всасывании в больших количествах, совершенно неважно, принимается ли он как виски или вырабатывается в желудке из сахара. Но не следует упускать из виду, что все они являются великими устранителями, помогающими Природе, как они это делают, отстаивать ее суровый, но справедливый закон выживания наиболее приспособленных. Нетерпеливые реформаторы также должны помнить о вечной порочности человечества, которая делает равнодушное “невмешательство” гораздо предпочтительнее насильственных ограничений. Правда заключается в том, что нам нужны стимуляторы, чтобы наилучшим образом выполнять свою работу в нынешних условиях жизни, и что мы должны проявлять умеренность и контролировать свои аппетиты и склонности во всех направлениях. Это то, чем я занимаюсь уже много лет, поддерживая таким образом молодость тела и разума. Воздержание не всегда было мне по душе, но я нахожу достаточную награду в приятных переживаниях, которые испытываю сейчас. Просто в надежде обратить некоторых к моим принципам и убеждениям, я вспомню одно или два. Некоторое время назад я возвращался в свой отель. Ночь была жутко холодной, земля скользкой, а такси не было. В полуквартале позади меня шел другой мужчина, очевидно, так же, как и я, стремившийся укрыться. Внезапно мои ноги взметнулись в воздух. В то же мгновение в моем мозгу произошла вспышка, нервы отреагировали, мышцы сократились, я развернулся на 180 градусов и приземлился на руки. Я продолжил свой путь, как ни в чем не бывало, когда незнакомец догнал меня. “Сколько вам лет?” - спросил он, критически оглядывая меня. “О, около пятидесяти девяти”, - ответил я. “Ну и что из этого?” “Что ж, - сказал он, - я видел, как это делает кошка, но никогда - человек”. Примерно месяц прошел с тех пор, как я захотел заказать новые очки и обратился к окулисту, который провел мне обычные анализы. Он недоверчиво смотрит на меня, пока я с легкостью разбираю мельчайший шрифт на значительном расстоянии. Но когда я сказал ему, что мне за шестьдесят, он ахнул от изумления. Мои друзья часто замечают, что мои костюмы сидят на мне как перчатки, но они не знают, что вся моя одежда сшита по меркам, которые были сняты почти 35 лет назад и никогда не менялись. За этот же период мой вес не изменился ни на фунт. В связи с этим я могу рассказать забавную историю. Однажды вечером, зимой 1885 года, мистер Эдисон, Эдвард Х. Джонсон, президент Edison Illuminating Company, мистер Батчеллор, управляющий заводом, и я вошли в небольшое заведение напротив дома 65 по Пятой авеню, где располагались офисы компании. Кто-то предложил угадать вес, и меня побудили встать на весы. Эдисон ощупал меня с головы до ног и сказал: “Тесла весит 152 фунта. с точностью до унции”, и он назвал это в точности. Без учета одежды я весил 142 фунта. и это все еще мой вес. Я прошептал мистеру Джонсону: “Как это возможно, что Эдисон смог так точно определить мой вес?” “ Хорошо, ” сказал он, понизив голос, “ я расскажу вам все по секрету, но вы не должны ничего говорить. Долгое время он работал на чикагской скотобойне, где каждый день взвешивал тысячи свиней! Вот почему.” Мой друг, достопочтенный. Чонси М. Депью рассказывает об англичанине, о котором он рассказал один из своих оригинальных анекдотов и который слушал с озадаченным выражением лица, но — год спустя — громко рассмеялся. Честно признаюсь, мне потребовалось больше времени, чтобы оценить шутку Джонсона.

Итак, мое благополучие - это просто результат осторожного и размеренного образа жизни, и, возможно, самое удивительное, что в юности трижды болезни приводили меня в состояние безнадежного физического крушения, и врачи оставляли меня. Более того, по невежеству и легкомыслию я попадал во всевозможные трудности, опасности и передряги, из которых выпутывался как по волшебству. Я был почти утоплен дюжину раз; меня чуть не сварили заживо, и меня кремировали как туман. Я был погребен, потерян и заморожен. Мне удавалось спасаться от бешеных собак, свиней и других диких животных. Я прошел через ужасные болезни и столкнулся со всевозможными странными неприятностями, и то, что я сегодня здоров и бодр, кажется чудом. Но когда я вспоминаю эти случаи, я убеждаюсь, что мое спасение было не совсем случайным.

Усилия изобретателя, по сути, спасают жизни. Использует ли он силы, совершенствует устройства или создает новые удобства, он повышает безопасность нашего существования. Он также лучше, чем обычный человек, подготовлен к тому, чтобы защитить себя в случае опасности, поскольку он наблюдателен и находчив. Если бы у меня не было других доказательств того, что я в какой-то мере обладаю такими качествами, я бы нашел их в этом личном опыте. Читатель сможет судить сам, если я упомяну один или два примера. Однажды, когда мне было около 14 лет, я хотел напугать нескольких друзей, которые купались со мной. Мой план состоял в том, чтобы нырнуть под длинную плавучую конструкцию и тихо выскользнуть с другого конца. Плавание и ныряние давались мне так же естественно, как утке, и я был уверен, что смогу совершить этот подвиг. Соответственно, я нырнул в воду и, когда скрылся из виду, развернулся и быстро направился к противоположному берегу. Думая, что я в безопасности за пределами сооружения, я поднялся на поверхность, но, к своему ужасу, наткнулся на балку. Конечно, я быстро нырнул и быстрыми гребками продвигался вперед, пока у меня не стало перехватывать дыхание. Поднимаясь во второй раз, я снова наткнулся головой на балку.

Теперь я был в отчаянии. Однако, собрав всю свою энергию, я предпринял третью отчаянную попытку, но результат был тот же. Пытка прерывистым дыханием становилась невыносимой, мой мозг кружился, и я чувствовал, что тону. В тот момент, когда мое положение казалось абсолютно безнадежным, я ощутил одну из таких вспышек света, и перед моим взором предстало строение надо мной. Я либо заметил, либо догадался, что между поверхностью воды и досками, опирающимися на балки, было небольшое пространство, и, почти потеряв сознание, я всплыл, прижался ртом к доскам и сумел вдохнуть немного воздуха, к сожалению, смешанного с водяными брызгами, которые чуть не захлебнули меня. Несколько раз я повторял эту процедуру, как во сне, пока мое сердце, которое колотилось со страшной скоростью, не успокоилось и я не обрел самообладание. После этого я совершил ряд неудачных погружений, полностью потеряв чувство направления, но в конце концов мне удалось выбраться из ловушки, когда мои друзья уже отказались от меня и ловили мое тело.


Интересное исследование великого изобретателя, рассматривающего стеклянную колбу своего знаменитого беспроводного фонаря. Полное описание изобретения вскоре появится в журнале Electrical Experimenter. Это единственная существующая фотография мистера Теслы в профиль. Она была сделана специально для экспериментатора-электрика.

Тот купальный сезон был испорчен для меня из-за моей опрометчивости, но вскоре я забыл этот урок и только два года спустя попал в еще более затруднительное положение. Недалеко от города, где я в то время учился, была большая мукомольная фабрика с плотиной через реку. Как правило, высота воды была всего на два-три дюйма выше плотины, и доплыть до нее было не очень опасным занятием, которому я часто предавался. Однажды я пошел один к реке, чтобы, как обычно, повеселиться. Однако, когда я был недалеко от каменной кладки, я с ужасом заметил, что вода поднялась и быстро несет меня вперед. Я попытался убежать, но было слишком поздно. К счастью, я спас себя от падения, ухватившись за стену обеими руками. Давление на мою грудь было огромным, и я едва мог удерживать голову над поверхностью. Вокруг не было видно ни души, и мой голос потонул в грохоте падения. Медленно и постепеннно я выдохся и больше не мог выдерживать напряжения. Как раз в тот момент, когда я собирался отпустить ее, чтобы меня швырнуло о камни внизу, я увидел во вспышке света знакомую диаграмму, иллюстрирующую гидравлический принцип, согласно которому давление движущейся жидкости пропорционально площади воздействия, и автоматически повернулся на левый бок. Как по волшебству, давление уменьшилось, и я обнаружил, что в таком положении мне сравнительно легко противостоять силе потока. Но опасность все еще стояла передо мной. Я знал, что рано или поздно меня унесут вниз, так как никакая помощь не смогла бы вовремя добраться до меня, даже если бы я привлек внимание. Сейчас у меня обе руки, но тогда я был левшой, и моя правая рука обладала сравнительно небольшой силой. По этой причине я не осмелился повернуться на другой бок, чтобы отдохнуть, и мне ничего не оставалось, кроме как медленно толкать свое тело вдоль дамбы. Мне пришлось убираться подальше от мельницы, к которой было обращено мое лицо, так как течение там было намного быстрее и глубже. Это было долгое и болезненное испытание, и я был близок к провалу в самом его конце, потому что столкнулся с углублением в каменной кладке. Мне удалось подняться из последних сил, и я упал в обморок, когда добрался до берега, где меня нашли. У меня была содрана практически вся кожа с левого бока, и прошло несколько недель, прежде чем лихорадка спала и я выздоровел. Это лишь два из многих примеров, но их может быть достаточно, чтобы показать, что если бы не инстинкт изобретателя, я бы не дожил до того, чтобы рассказать эту историю.

Заинтересованные люди часто спрашивали меня, как и когда я начал изобретать. На это я могу ответить только исходя из моих нынешних воспоминаний, в свете которых первая попытка, которую я вспоминаю, была довольно амбициозной, поскольку она включала изобретение аппарата и метода. В первом случае меня ожидали, но второе было оригинальным. Это произошло таким образом. Один из моих товарищей по играм обзавелся крючком и рыболовными снастями, которые вызвали настоящий переполох в деревне, и на следующее утро все отправились ловить лягушек. Я остался один из-за ссоры с этим мальчиком. Я никогда не видел настоящего крюка и представлял его себе чем-то замечательным, наделенным особыми качествами, и был в отчаянии, что не могу быть одним из них. Побуждаемый необходимостью, я каким-то образом раздобыл кусок мягкой железной проволоки, забил конец заостренным концом между двумя камнями, согнул его по форме и прикрепил к прочной бечевке. Затем я срезал удочку, собрал немного наживки и спустился к ручью, где в изобилии водились лягушки. Но я не смог поймать ни одной и был почти обескуражен, когда мне пришло в голову помахать пустым крючком перед лягушкой, сидящей на пне. Сначала он потерял сознание, но постепенно его глаза выпучились и налились кровью, он раздулся вдвое по сравнению с обычным размером и яростно вцепился в крючок. Я немедленно вытащил его. Я пробовал то же самое снова и снова, и метод оказался безошибочным. Когда мои товарищи, которые, несмотря на свое прекрасное снаряжение, ничего не поймали, пришли ко мне, они позеленели от зависти. Долгое время я хранил свой секрет и наслаждался монополией, но в конце концов поддался духу Рождества. Тогда каждый мальчик мог сделать то же самое, и следующее лето принесло несчастье лягушкам.

В своей следующей попытке я, похоже, действовал под влиянием первого инстинктивного импульса, который позже овладел мной, — использовать энергию природы на благо человека. Я сделал это с помощью майских жуков — или можжевеловых жуков, как их называют в Америке, — которые были настоящим вредителем в этой стране и иногда ломали ветви деревьев одним весом своего тела. Втулки были черными от них. Я прикреплял целых четыре из них к поперечине, особенно хорошо расположенной на тонком стержне, и передавал их движение на большой диск, получая таким образом значительную “мощность”. Эти существа были удивительно эффективны, потому что, как только они заводились, у них не было смысла останавливаться, и они продолжали кружиться часами, и чем жарче становилось, тем усерднее они работали. Все шло хорошо, пока в заведении не появился странный мальчик. Он был сыном отставного офицера австрийской армии. Этот сорванец ел майских жуков живьем и наслаждался ими, как будто это были лучшие устрицы блю-пойнт. Это отвратительное зрелище положило конец моим усилиям в этой многообещающей области, и с тех пор я никогда не мог прикоснуться к майскому жуку или какому-либо другому насекомому, если уж на то пошло.

После этого, я полагаю, я взялся за разборку и сборку часов моего дедушки. В первом случае я всегда добивался успеха, но во втором часто терпел неудачу. Так получилось, что он внезапно остановил мою работу не слишком деликатным способом, и прошло тридцать лет, прежде чем я снова взялся за другой часовой механизм. Вскоре после этого я занялся изготовлением своего рода пневматического пистолета, который состоял из полой трубки, поршня и двух пробок из пеньки. При выстреле поршень прижимался к животу, и трубка быстро отводилась назад обеими руками. Воздух между пробками был сжат и нагрет до высокой температуры, и одна из них была удалена с громким звуком. Искусство состояло в выборе трубки подходящей конусности из полых стеблей, которая очень хорошо подходила для этого пистолета, но мои действия повредили оконные стекла в нашем доме и вызвали болезненное разочарование. Если я правильно помню, тогда я начал вырезать мечи из предметов мебели, которые мне удавалось достать. В то время я находился под влиянием сербской национальной партии и был полон восхищения подвигами героев. Раньше я часами выкашивал своих врагов в виде кукурузных стеблей, которые губили урожай и за что получил несколько шлепков от моей матери. Более того, это были не формальные, а подлинные изделия.

Все это и многое другое было у меня позади еще до того, как мне исполнилось шесть лет и я проучился один год в начальной школе в деревне Смиляны, где я родился. На этом этапе мы переехали в маленький городок Госпич неподалеку. Эта смена места жительства была для меня как катастрофа. У меня чуть не разбилось сердце, когда я расстался с нашими голубями, курами и овцами, а также с нашей великолепной стаей гусей, которые по утрам поднимались к облакам и возвращались с мест кормления на закате в боевом порядке, настолько совершенном, что это посрамило бы эскадрилью лучших авиаторов современности. В нашем новом доме я была всего лишь пленницей, наблюдающей за странными людьми, которых видела сквозь жалюзи. Моя застенчивость была такова, что я предпочел бы встретиться лицом к лицу с рычащим львом, чем с одним из городских пижонов, которые прогуливались поблизости. Но самое тяжелое испытание выпало на мою долю в воскресенье, когда я должен был одеться и посетить службу. Там со мной произошел несчастный случай, одна мысль о котором заставляла мою кровь сворачиваться, как прокисшее молоко, в течение многих лет после этого. Это было мое второе приключение в церкви. Незадолго до этого меня похоронили на ночь в старой часовне на неприступной горе, которую посещали только раз в год. Это был ужасный опыт, но этот был еще хуже. В городе жила одна богатая дама, добрая, но напыщенная, которая обычно приходила в церковь великолепно разукрашенная, в огромном шлейфе и свите слуг. Однажды в воскресенье я только что закончил звонить в колокол на колокольне и бросился вниз по лестнице, когда эта знатная дама подметала улицу, и я вскочил в ее поезд. Она оторвалась с треском, похожим на мушкетный залп новобранцев. Мой отец был вне себя от ярости. Он легонько шлепнул меня по щеке - единственное телесное наказание, которое он когда-либо применял ко мне, но я почти чувствую это сейчас. Смущение и замешательство, которые последовали за этим, неописуемы. Я был практически подвергнут остракизму, пока не произошло что-то еще, что искупило меня в глазах сообщества.

Предприимчивый молодой торговец организовал пожарную часть. Была закуплена новая пожарная машина, предоставлено обмундирование, а мужчины прошли подготовку к службе и параду. Двигатель на самом деле представлял собой насос, которым управляли шестнадцать человек, и был красиво выкрашен в красный и черный цвета. Однажды днем были подготовлены официальные испытания, и машину перевезли к реке. Все население собралось посмотреть на грандиозное зрелище. Когда все речи и церемонии были завершены, была дана команда на откачку, но из форсунки не вытекло ни капли воды. Профессора и эксперты тщетно пытались локализовать проблему. Когда я прибыл на место происшествия, неразбериха была полной. Мои знания о механизме были равны нулю, и я почти ничего не знал о давлении воздуха, но инстинктивно я нащупал всасывающий шланг в воде и обнаружил, что он лопнул. Когда я перешел реку вброд и открыл ее, вода хлынула наружу, и немало воскресных нарядов было испорчено. Архимед, бегавший голышом по улицам Сиракуз и кричавший во весь голос "Эврика", произвел не большее впечатление, чем я. Меня несли на плечах, и я был героем дня.


На этой фотографии на заднем плане изображен дом, в котором проживала семья мистера Теслы. Здание справа - “Настоящая гимназия”, где он учился. Духовный джентльмен - это его дядя, митрополит Боснии, который был великим государственным деятелем и который сорвал планы Австрии в отношении Сербии в критический период.

Поселившись в городе, я начал четырехлетний курс обучения в так называемой Нормальной школе, готовясь к поступлению в Колледж или Реальную гимназию. В течение этого периода мои мальчишеские усилия и подвиги, а также неприятности продолжались. Среди прочего, я получил уникальное звание чемпиона страны по ловле ворон. Мой метод был чрезвычайно прост. Я уходил в лес, прятался в кустах и подражал крику птицы. Обычно я получал несколько ответов, и через короткое время ворона вспархивала на верхушку кустарника рядом со мной. После этого все, что мне нужно было сделать, это бросить кусок картона, чтобы отвлечь его внимание, подпрыгнуть и схватить его прежде, чем он успеет выбраться из подлеска. Таким образом, я мог поймать столько птиц, сколько хотел. Но однажды произошло нечто, заставившее меня уважать их. Я поймал прекрасную пару птиц и возвращался домой с другом. Когда мы вышли из леса, собрались тысячи ворон, издававших ужасающий гул. Через несколько минут они поднялись в погоню и вскоре окружили нас. Веселье продолжалось до тех пор, пока внезапно я не получил удар по затылку, который сбил меня с ног. Затем они яростно напали на меня. Я был вынужден выпустить двух птичек и был рад присоединиться к своему другу, который укрылся в пещере.

В классной комнате было несколько механических моделей, которые заинтересовали меня и обратили мое внимание на водяные турбины. Я сконструировал многие из них и получал огромное удовольствие, управляя ими. Насколько необычной была моя жизнь, может показать один случай. Мой дядя не любил такого рода времяпрепровождения и не раз упрекал меня. Я был очарован описанием Ниагарского водопада, которое внимательно прочитал, и представил в своем воображении большое колесо, вращающееся у водопада. Я сказал своему дяде, что поеду в Америку и осуществлю этот план. Тридцать лет спустя я увидел, как мои идеи воплощаются в жизнь на Ниагаре, и поразился непостижимой тайне разума.

Я изготовлял всевозможные другие приспособления, но среди них арбалисты, которых я изготовил, были лучшими. Мои стрелы, будучи выпущенными, исчезали из поля зрения и с близкого расстояния пробивали сосновую доску толщиной в дюйм. Благодаря постоянному затягиванию бантиков у меня на животе появилась кожа, очень похожая на крокодилью, и я часто задаюсь вопросом, не благодаря ли этому упражнению я даже сейчас способен переваривать булыжники! Я также не могу обойти молчанием свои выступления с пращой, которые позволили бы мне устроить потрясающую выставку на Ипподроме. А теперь я расскажу об одном из своих подвигов с этим старинным боевым оружием, которое до предела напряжет доверчивость читателя. Я упражнялся, прогуливаясь с моим дядей вдоль реки. Солнце садилось, форель была игривой, и время от времени одна из них взмывала в воздух, ее блестящее тело резко выделялось на фоне выступающей скалы. Конечно, любой мальчик мог бы поймать рыбу при таких благоприятных условиях, но я взялся за гораздо более трудную задачу и до мельчайших подробностей предсказал своему дяде, что я намереваюсь сделать. Я должен был бросить камень навстречу рыбе, прижать ее тело к скале и разрубить надвое. Сказано - сделано. Мой дядя посмотрел на меня почти с ума от страха и воскликнул: “Я люблю ретро-сатану!” и прошло несколько дней, прежде чем он снова заговорил со мной. Другие рекорды, какими бы великими они ни были, будут затмены, но я чувствую, что мог бы спокойно почивать на лаврах тысячу лет.

* * * * *

(В апрельском номере мистер Тесла подробно опишет, как он задумал одно из своих самых важных и далеко идущих изобретений: “Вращающееся магнитное поле”. — РЕД.)

ЧАСТЬ III

АПРЕЛЬ 1919 ГОДА

_______________

МОИ БОЛЕЕ ПОЗДНИЕ НАЧИНАНИЯ

Эта часть, без сомнения, самая интересная из трех опубликованных на данный момент, раскрывает множество экстраординарных событий и переживаний из жизни величайшего изобретателя в мире — переживаний, которые не выпадают на долю обычных смертных. И Тесла, многогранный человек, помимо изобретательства, владеет редким искусством создания словесных картинок. Здесь он делает это виртуозно. Он рассказывает нам, как в конце концов изобрел асинхронный двигатель — возможно, свое величайшее открытие - изобретение, изменившее облик земного шара, изобретение, сделавшее возможными трамваи, метро, электропоезда, электропередачи, использование водопадов и бесчисленное множество других. Но пусть Тесла сам расскажет вам, как все это произошло. Это классика, которую стоит прочитать.

—РЕДАКТОР

ОТКРЫТИЕ ВРАЩАЮЩЕГОСЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ

В возрасте десяти лет я поступил в Реальную гимназию, которая была новым и довольно хорошо оснащенным учебным заведением. На физическом факультете были представлены различные модели классических научных приборов, электрических и механических. Демонстрации и эксперименты, время от времени проводимые преподавателями, очаровывали меня и, несомненно, были мощным стимулом к изобретательству. Я также страстно увлекался математическими исследованиями и часто удостаивался похвалы профессора за быстрые вычисления. Это было связано с приобретенной мной способностью визуализировать фигуры и выполнять операции не обычным интуитивным способом, а как в реальной жизни. До определенной степени сложности для меня было абсолютно все равно, писал ли я символы на доске или вызывал их в воображении. Но рисование от руки, которому были посвящены многие часы курса, было раздражением, которого я не мог вынести. Это было довольно примечательно, поскольку большинство членов семьи преуспели в этом. Возможно, мое отвращение было просто вызвано склонностью, которую я находил в невозмущенных мыслях. Если бы не несколько исключительно глупых мальчишек, которые вообще ничего не умели делать, мой послужной список был бы наихудшим. Это было серьезным недостатком, поскольку при существовавшем тогда режиме образования, когда рисование было обязательным, этот недостаток грозил испортить всю мою карьеру, и моему отцу было нелегко переводить меня из одного класса в другой.

На втором курсе этого учебного заведения я стал одержим идеей создания непрерывного движения за счет постоянного давления воздуха. Инцидент с насосом, о котором я уже рассказывал, воспламенил мое юношеское воображение и поразил меня безграничными возможностями вакуума. Я становился неистовым в своем желании использовать эту неиссякаемую энергию, но долгое время я блуждал ощупью в темноте. В конце концов, однако, мои усилия воплотились в изобретении, которое должно было позволить мне достичь того, чего никогда не пытался достичь ни один другой смертный.


Никола Тесла в 60 лет. Совсем недавний портрет великого изобретателя. Превосходное сходство.

Представьте себе цилиндр, свободно вращающийся на двух подшипниках и частично окруженный прямоугольным желобом, который идеально ему подходит. Открытая сторона желоба закрыта перегородкой, так что цилиндрический сегмент внутри корпуса делит последний на два отсека, полностью отделенных друг от друга герметичными скользящими соединениями. Если бы один из этих отсеков был запечатан и раз навсегда опустошен, а другой оставался открытым, это привело бы к постоянному вращению цилиндра, по крайней мере, я так думал. Деревянная модель была сконструирована и установлена с бесконечной тщательностью, и когда я повернул насос с одной стороны и действительно заметил, что он имеет тенденцию поворачиваться, я был вне себя от радости. Механический полет был единственной вещью, которой я хотел достичь, хотя все еще находился под обескураживающим воспоминанием о неудачном падении, которое я перенес, прыгая с зонтиком с крыши здания. Каждый день я переносился по воздуху в отдаленные регионы, но не мог понять, как мне это удается. Теперь у меня было нечто конкретное — летающий аппарат, в котором не было ничего, кроме вращающегося вала, хлопающих крыльев и вакуума неограниченной мощности! С тех пор я совершал свои ежедневные воздушные прогулки в комфортабельном и роскошном транспортном средстве, которое могло бы приличествовать царю Соломону. Прошли годы, прежде чем я понял, что атмосферное давление действует под прямым углом к поверхности цилиндра и что небольшое усилие вращения, которое я наблюдал, было вызвано утечкой. Хотя это знание пришло постепенно, оно вызвало у меня болезненный шок. Едва я закончил курс обучения в Реальной гимназии, как меня поразила опасная болезнь, вернее, несколько десятков из них, и мое состояние стало настолько отчаянным, что врачи отказались от меня. В течение этого периода мне разрешалось постоянно читать, я брал книги из Публичной библиотеки, которой пренебрегали, и доверял мне классификацию произведений и подготовку каталогов. Однажды мне вручили несколько томов новой литературы, не похожей ни на что, что я когда-либо читал раньше, и настолько увлекательной, что я совершенно забыл о своем безнадежном состоянии. Это были более ранние работы Марка Твена, и, возможно, именно им было связано последовавшее чудесное выздоровление. Двадцать пять лет спустя, когда я познакомился с мистером Клементсом и между нами завязалась дружба, я рассказал ему о пережитом и был поражен, увидев, что этот великий человек смеха расплакался.

Мое обучение было продолжено в высшей реальной гимназии в Карлштадте, Хорватия, где проживала одна из моих тетушек. Она была выдающейся дамой, женой полковника, старого боевого коня, участвовавшего во многих сражениях. Я никогда не смогу забыть те три года, которые провел в их доме. Ни в одной крепости во время войны не соблюдалась более жесткая дисциплина. Меня кормили, как канарейку. Все блюда были высочайшего качества и вкусно приготовлены, но их не хватало в количестве на тысячу процентов. Ломтики ветчины, нарезанные моей тетей, были похожи на папиросную бумагу. Когда полковник клал мне на тарелку что-нибудь посущественнее, она выхватывала это у него и взволнованно говорила: “Будь осторожен, Нико очень деликатный”. У меня был ненасытный аппетит, и я страдал, как Тантал.

Но я жил в атмосфере утонченности и художественного вкуса, совершенно необычной для тех времен и условий. Местность была низменной и болотистой, и малярийная лихорадка никогда не покидала меня, несмотря на огромное количество потребляемого мной хинина. Время от времени река поднималась и загоняла в здания армию крыс, пожиравших все, даже пучки свирепой паприки. Эти вредители были для меня желанным развлечением. Я прореживал их ряды всевозможными средствами, что принесло мне незавидную славу крысолова в обществе. Наконец, однако, мой курс обучения был завершен, страдания закончились, и я получил аттестат зрелости, который привел меня на перепутье.

В течение всех этих лет мои родители никогда не колебались в своем решении приобщить меня к духовенству, одна мысль о котором наполняла меня ужасом. Я сильно заинтересовался электричеством под стимулирующим влиянием моего профессора физики, который был изобретательным человеком и часто демонстрировал принципы с помощью приборов своего собственного изобретения. Среди них я вспоминаю устройство в форме свободно вращающейся колбы, покрытой фольгой, которое было сделано для быстрого вращения при подключении к статической машине. Я не могу передать адекватное представление о силе чувств, которые я испытал, наблюдая за его демонстрацией этих таинственных явлений. Каждое впечатление отзывалось тысячью отголосков в моем сознании. Я хотел узнать больше об этой удивительной силе; я жаждал экспериментов и исследований и с болью в сердце смирился с неизбежным.

Как раз в тот момент, когда я готовился к долгому путешествию домой, я получил известие, что мой отец хочет, чтобы я отправился в охотничью экспедицию. Это была странная просьба, поскольку он всегда был категорически против этого вида спорта. Но несколько дней спустя я узнал, что в этом районе свирепствует холера, и, воспользовавшись удобным случаем, вопреки желанию моих родителей, вернулся в Госпич. Невероятно, насколько абсолютно невежественными были люди относительно причин этого бедствия, которое обрушивалось на страну с интервалом в пятнадцать-двадцать лет. Они думали, что смертоносные агенты передаются по воздуху и наполняют его резкими запахами и дымом. Тем временем они пили зараженную воду и умирали кучами. Я заразился ужасной болезнью в самый день своего приезда и, хотя пережил кризис, девять месяцев был прикован к постели, почти не имея возможности двигаться.

Моя энергия была полностью исчерпана, и во второй раз я оказался на пороге смерти. В один из приступов депрессии, который считался последним, мой отец ворвался в комнату. Я до сих пор вижу его бледное лицо, когда он пытался подбодрить меня тоном, противоречащим его уверенности. “Возможно, - сказал я, - я выздоровею, если вы позволите мне изучать инженерное дело”. “Ты поступишь в лучшее техническое учебное заведение в мире”, - торжественно ответил он, и я знал, что он говорит серьезно. Тяжкий груз свалился с моих плеч, но облегчение пришло бы слишком поздно, если бы не чудесное исцеление, вызванное горьким отваром из необычных бобов. Ко всеобщему изумлению, я ожил как второй Лазарь. Мой отец настоял, чтобы я провел год в полезных физических упражнениях на свежем воздухе, на что я неохотно согласился. Большую часть этого семестра я бродил по горам, нагруженный охотничьим снаряжением и связкой книг, и этот контакт с природой сделал меня сильнее как телом, так и разумом. Я думал, планировал и воплощал в жизнь множество идей, как правило, почти иллюзорных. Видение было достаточно ясным, но знание принципов было очень ограниченным. В одном из своих изобретений я предложил перевозить письма и посылки через моря по подводной трубе в сферических контейнерах достаточной прочности, чтобы противостоять гидравлическому давлению. Насосная установка, предназначенная для нагнетания воды по трубе, была точно рассчитана, а все остальные детали тщательно проработаны. Была слегка упущена из виду только одна незначительная деталь, не имеющая значения. Я предположил произвольную скорость воды и, более того, получил удовольствие от того, что увеличил ее, добившись таким образом потрясающих результатов, подтвержденных безошибочными расчетами. Однако последующие размышления о сопротивлении труб потоку жидкости побудили меня сделать это изобретение общественным достоянием.

Еще одним из моих проектов было строительство кольца вокруг экватора, которое, конечно же, свободно плавало бы и могло быть остановлено при вращении реактивными силами, что позволило бы путешествовать со скоростью около тысячи миль в час, что невозможно осуществить по железной дороге. Читатель улыбнется. Признаю, этот план был труден в исполнении, но далеко не так плох, как план известного нью-йоркского профессора, который хотел перекачивать воздух из жарких зон в зоны с умеренным климатом, совершенно забыв о том факте, что Господь предусмотрел гигантскую машину именно для этой цели.

Еще одна схема, гораздо более важная и привлекательная, заключалась в получении энергии из энергии вращения земных тел. Я обнаружил, что объекты на поверхности земли из-за суточного вращения земного шара переносятся одним и тем же движением попеременно в направлении поступательного движения и против него. Это приводит к значительному изменению инерции, которую можно было бы использовать самым простым из мыслимых способов для обеспечения движущей силы в любом пригодном для жизни регионе мира. Я не могу подобрать слов, чтобы описать свое разочарование, когда позже понял, что оказался в затруднительном положении Архимеда, который тщетно искал точную точку во Вселенной.

По окончании моих каникул меня отправили в Политехническую школу в Граце, Штирия, которую мой отец выбрал как одно из старейших и пользующихся самой хорошей репутацией учебных заведений. Это был момент, которого я с нетерпением ждал, и я начал свое обучение под хорошим руководством и твердо решил добиться успеха. Моя предыдущая подготовка была выше среднего уровня благодаря преподаванию моего отца и предоставленным возможностям. Я приобрел знания нескольких языков и проштудировал книги в нескольких библиотеках, собирая более или менее полезную информацию. С другой стороны, впервые я мог выбирать сюжеты по своему усмотрению, и рисование от руки меня больше не беспокоило. Я решил преподнести родителям сюрприз и в течение всего первого года регулярно начинал свою работу в три часа утра и продолжал до одиннадцати вечера, без исключения по воскресеньям или праздникам. Поскольку большинство моих сокурсников воспринимали все легко, я, естественно, побил все рекорды. В течение того года я сдал девять экзаменов, и профессора решили, что я заслуживаю большего, чем самая высокая квалификация. Вооруженный их свидетельствами о побоях, я отправился домой ненадолго отдохнуть, ожидая триумфа, и был огорчен, когда мой отец легкомысленно отнесся к этим с таким трудом завоеванным почестям. Это почти убило мои амбиции; но позже, после его смерти, я с горечью обнаружил пачку писем, которые профессора написали ему о том, что, если он не заберет меня из Института, я умру от переутомления. После этого я посвятил себя в основном физике, механике и математическим исследованиям, проводя часы досуга в библиотеках. У меня была настоящая мания доводить начатое до конца, что часто приводило меня к трудностям. Однажды я начал читать труды Вольтера, когда, к своему ужасу, узнал, что существует около сотни больших томов мелким шрифтом, которые этот монстр написал, выпивая семьдесят две чашки черного кофе в день. Это должно было быть сделано, но когда я отложил в сторону последнюю книгу, я был очень рад и сказал: “Никогда больше!”

Мое первое годичное выступление принесло мне признательность и дружбу нескольких профессоров. Среди них были проф. Рогнер, который преподавал арифметику и геометрию; проф. Дж. Пешль, заведовавший кафедрой теоретической и экспериментальной физики; и доктор Алле, преподававший интегральное исчисление и специализировавшийся на дифференциальных уравнениях. Этот ученый был самым блестящим лектором, которого я когда-либо слушал. Он проявлял особый интерес к моим успехам и часто оставался на час или два в лекционном зале, задавая мне задачи для решения, от которых я получал удовольствие. Я объяснил ему, что задумал летательный аппарат, не иллюзорное изобретение, а основанное на надежных научных принципах, которое стало возможным благодаря моей турбине и вскоре будет подарено миру. И профессора Рогнер, и Пешль были любознательными людьми. У первого были своеобразные способы самовыражения, и всякий раз, когда он это делал, начинался бунт, за которым следовала долгая и неловкая пауза. Проф. Пешль был методичным и основательным немцем. У него были огромные ступни и руки, похожие на лапы медведя, но все его эксперименты были искусно выполнены с точностью часов и без промаха.

Это было на втором году моего обучения, когда мы получили динамо-машину Gramme'а из Парижа, имеющую подковообразную форму многослойного магнитного поля и обмотанный проволокой якорь с коллектором. Он был подключен, и были показаны различные эффекты токов. В то время как проф. Пешл проводил демонстрации, запускал машину как мотор, щетки давали сбои, сильно искрили, и я заметил, что, возможно, можно было бы управлять двигателем без этих приспособлений. Но он заявил, что это невозможно, и оказал мне честь, прочитав лекцию на эту тему, в конце которой он заметил: “Мистер Тесла может совершить великие дела, но он, конечно, никогда этого не сделает. Это было бы равносильно преобразованию постоянной силы притяжения, подобной силе тяжести, во вращательное усилие. Это схема вечного двигателя, невозможная идея ”. Но инстинкт - это нечто такое, что превосходит знания. Несомненно, у нас есть определенные более тонкие волокна, которые позволяют нам воспринимать истины, когда логические умозаключения или любые другие волевые усилия мозга бесполезны. Какое-то время я колебался, впечатленный авторитетом профессора, но вскоре убедился в своей правоте и взялся за дело со всем пылом и безграничной уверенностью юности.


Первый асинхронный двигатель Теслы. Эта историческая модель - одна из двух, впервые представленных Американскому институту инженеров-электриков.

ЧТО ТАКОЕ АСИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ?

Асинхронный двигатель работает на переменном токе. У него нет ни коллектора, как у двигателя постоянного тока, ни контактных колец, как у двигателя переменного тока. В отличие от двух только что упомянутых типов, ток “возбуждения” не является постоянным, но сам ток постоянно вращается, увлекая за собой — за счет индукции — единственную движущуюся часть двигателя — ротор или якорь. Не имея ни якоря, ни контактных колец, асинхронный двигатель никогда не искрит. Следовательно, он не знает проблем со “щеткой”. Он не требует особого внимания из-за своей прочности. Изнашиваются только подшипники. Его КПД также выше. Из-за всего этого асинхронный двигатель используется в подавляющем большинстве в трамваях, электропоездах, на заводах и т.д.

Я начал с того, что сначала представил в своем воображении машину постоянного тока, запустил ее и проследил за изменением тока в якоре. Затем я представлял генератор переменного тока и исследовал процессы, происходящие аналогичным образом. Затем я визуализировал системы, состоящие из двигателей и генераторов, и приводил их в действие различными способами. Изображения, которые я видел, были для меня совершенно реальными и осязаемыми. Весь мой оставшийся срок в Граце прошел в интенсивных, но бесплодных усилиях такого рода, и я почти пришел к выводу, что проблема неразрешима.

В 1880 году я отправился в Прагу, Богемия, выполняя желание моего отца завершить свое образование в тамошнем университете. Именно в этом городе я предпринял решительный шаг вперед, который заключался в отсоединении коммутатора от машины и изучении явлений в этом новом аспекте, но по-прежнему безрезультатно. В следующем году мои взгляды на жизнь внезапно изменились. Я понял, что мои родители шли на слишком большие жертвы из-за меня, и решил освободить их от этого бремени. Волна американской телефонной связи только что достигла европейского континента, и систему должны были установить в Будапеште, Венгрия. Это оказалось идеальной возможностью, тем более что во главе предприятия стоял друг нашей семьи. Именно здесь у меня произошел полный нервный срыв, о котором я говорил. То, что я пережил в период этой болезни, превосходит всякое представление. Мои зрение и слух всегда были необыкновенными. Я мог ясно различать предметы на расстоянии, когда другие не видели от них и следа. В детстве я несколько раз спасал дома наших соседей от пожара, слыша слабый треск, который не нарушал их сна, и звал на помощь.

В 1899 году, когда мне было за сорок и я проводил свои эксперименты в Колорадо, я очень отчетливо слышал раскаты грома на расстоянии 550 миль. Предел слышимости для моих юных ассистентов составлял едва ли более 150 миль. Таким образом, мое ухо стало более чем в тринадцать раз чувствительнее. Однако в то время я был, так сказать, совершенно глух по сравнению с остротой моего слуха, когда находился в состоянии нервного перенапряжения. В Будапеште я мог слышать тиканье часов, между которыми и часовым механизмом было три номера. Муха, садящаяся на стол в комнате, вызывала у меня глухой стук в ухе. Вагон, проезжавший на расстоянии нескольких миль, сотрясал все мое тело. Свисток локомотива, проезжавшего в двадцати или тридцати милях от меня, заставлял скамейку или стул, на котором я сидел, вибрировать так сильно, что боль была невыносимой. Земля у меня под ногами непрерывно дрожала. Мне приходилось поддерживать свою кровать резиновыми подушками, чтобы хоть как-то отдохнуть. Ревущие звуки вблизи и издалека часто производили эффект произносимых слов, которые напугали бы меня, если бы я не был способен разложить их на случайные составляющие. Солнечные лучи, периодически перехваченные, наносили бы по моему мозгу удары такой силы, что оглушали бы меня. Мне пришлось собрать всю свою силу воли, чтобы пройти под мостом или другим сооружением, когда я почувствовал сокрушительное давление на череп. В темноте у меня было чутье летучей мыши, и я мог определить присутствие предмета на расстоянии двенадцати футов по особому мурашковатому ощущению на лбу. Мой пульс колебался от нескольких до двухсот шестидесяти ударов, а все ткани тела подергивались и дрожали, что было, пожалуй, труднее всего переносить. Известный врач, который ежедневно давал мне большие дозы бромида калия, объявил мою болезнь уникальной и неизлечимой. Я бесконечно сожалею, что в то время я не находился под наблюдением специалистов по физиологии и психологии. Я отчаянно цеплялся за жизнь, но никогда не надеялся выздороветь.

Может ли кто-нибудь поверить, что столь безнадежная физическая развалина могла когда-либо превратиться в человека поразительной силы и упорства, способного работать тридцать восемь лет почти без перерыва и обнаружить, что он все еще силен и свеж телом и умом? Таков мой случай. Сильное желание жить и продолжать работу, а также помощь преданного друга и спортсмена совершили чудо. Мое здоровье вернулось, а вместе с ним и бодрость духа. Снова приступая к решению проблемы, я почти пожалел, что борьба скоро закончится. У меня было так много лишней энергии. Когда я взялся за задачу, это было не с такой решимостью, как это часто бывает у мужчин. Для меня это была священная клятва, вопрос жизни и смерти. Я знал, что погибну, если потерплю неудачу. Теперь я чувствовал, что битва выиграна.

Где-то в глубоких тайниках мозга таилось решение, но я пока не мог придать ему внешнего выражения. Однажды днем, который навсегда запечатлелся в моих воспоминаниях, я наслаждался прогулкой со своим другом по городскому парку и читал стихи. В том возрасте я знал целые книги наизусть, слово в слово. Одним из них был "Фауст” Гете. Солнце как раз садилось и напомнило мне о великолепном отрывке:

“Sic rückt and weicht, der Tag ist iiberlebt,

Dort eilt sic hin und fördert neues Leben.

Oh, dass kein Flügel mich vom Boden hebt

Ihr nach und immer nach zu streben!*

Ein schöner Traum indessen sic entweicht.

Ach, zit des Geistes Flügeln wird so leicht

Kein körperlicher Flügel sich gesellen!”†

Когда я произнес эти вдохновляющие слова, идея пришла ко мне подобно вспышке молнии, и в одно мгновение открылась истина. Я нарисовал палочкой на песке схемы, показанные шесть лет спустя в моем выступлении перед Американским институтом инженеров-электриков, и мой собеседник прекрасно их понял. Изображения, которые я видел, были удивительно четкими и обладали твердостью металла и камня, настолько, что я сказал ему: “Посмотри на мой мотор здесь; смотри, как я даю задний ход”. Я не могу начать описывать свои эмоции. Пигмалион, видевший, как оживает его статуя, не мог быть более глубоко тронут. Тысячу тайн природы, на которые я мог бы случайно наткнуться, я бы отдал за ту, которую вырвал у нее вопреки всему и с риском для своего существования.

* * * * *

ТЕСЛА НА ВЫСОКОЧАСТОТНЫХ ГЕНЕРАТОРАХ

Редактор, экспериментатор-электрик:

Вызывает сожаление, что письмо, адресованное мне мистером Дж. Харрисом Роджерсом, находящимся на вашем попечении, было опубликовано в мартовском номере журнала Electrical Experimenter, хотя совпадение наших взглядов на некоторые функции беспроводной связи могло бы сделать это желательным для такого бдительного и предприимчивого периодического издания, как ваше.


Цель этого аналога - как можно точнее изобразить явления вращающегося магнитного поля Теслы, чтобы сделать их легко понятными обычному читателю. Два чередующихся потока представлены потоками воды, имеющими одинаковое соотношение по фазе, амплитуде и направлению. Магнитная полярность ротора имитируется использованием корпуса такой формы, чтобы вести себя по отношению к потокам точно так же, как ротор по отношению к полюсам. Более того, соответствующие вращающаяся и неподвижная части имеют сходный внешний вид и расположены сходным образом. Для полноты аналогии можно дополнительно предположить, что жидкость является сжимаемой, так что между давлением и потоком будет такое же фазовое смещение, как между электродвижущей силой и током.

Мистер Роджерс, по-видимому, очень благодарный джентльмен, и мне не хотелось бы умалять его заслуги, но в отдельном материале, который я надеюсь подготовить для вашего следующего выпуска, я выскажусь по этому вопросу без предубеждения и в интересах истины. Однако статья вашего сотрудника Мистера Х. Уинфилда “Величайшее военное изобретение Америки: подземная беспроводная связь Роджерса” содержит ссылку на "новый и оригинальный высокочастотный генератор” изобретения мистера Роджерса. Могу ли я не — пользуясь элегантным выражением Президента — привлекать внимание к тому факту, что это устройство было описано мной много лет назад, как будет видно из следующего отрывка сообщения, появившегося в "Электрикал Ревью" от 15 марта 1899 года. Говоря о схемных контроллерах, я сказал: “Я могу упомянуть здесь о другом принципе, который несравненно эффективнее, производительнее, а также проще в целом. Он содержит тонкую струю проводящей жидкости, которая предназначена для выхода с любой желаемой скоростью из отверстия, соединенного с одним полюсом генератора, через первичную обмотку индукционной катушки к другому выводу генератора, расположенному на небольшом расстоянии. Это устройство дает разряды поразительной внезапности, а частоту можно довести в разумных пределах, практически до любой желаемой. Я долгое время использовал это устройство в сочетании с обычными катушками и в виде моей собственной катушки с результатами, значительно превосходящими во всех отношениях те, которые можно получить с помощью формы вашего письма, сделайте несколько заявлений, касающихся таких устройств ”сделай сам" в целом и различных форм, основанных на этом новом принципе ".

Я могу добавить, что очень многие формы этого аппарата были сконструированы и использовались мной в течение длительного времени, оказавшись очень удобными и полезными. Вода не дает особенно хороших результатов, поскольку не способна вызывать очень резких изменений, но электролиты обладают свойством значительно снижать сопротивление при нагревании, и воздействие оказывается гораздо более интенсивным. Особенно эффективны соли лития.

—Никола Тесла

Нью-Йорк, 20 февраля 1919 г.

* * * * *

________________

* “Сияние отступает, день тяжелого труда завершен; / Оно вон там спешит, исследуя новые поля жизни; / Ах, если бы никакое крыло не смогло поднять меня с земли, / По его следу следовать, следовать паря!”

† “Чудесный сон! хотя теперь слава померкла. / Увы! крылья, которые поднимают разум, никакая помощь / крыльев, которые поднимают тело, не может быть мне завещана”.

ЧАСТЬ IV

МАЙ 1919 ГОДА

_______________

ОТКРЫТИЕ

КАТУШКА ТЕСЛЫ И ТРАНСФОРМАТОР

Пресловутые испытания и невзгоды, известные каждому изобретателю, не обошли стороной Теслу, величайшего изобретателя всех времен. в этой статье мы видим его, достигшего зрелости, борющегося в холодном мире. Его слава уже распространилась повсюду, и его гений признан. Но перевод гениальности и славы в доллары и центы - это совсем другое дело, а мир полон неблагодарных и беспринципных людей. Тесла, идеалист, мало заботился о деньгах, и поэтому им быстро воспользовались. Но позвольте самому Тесле рассказать вам в его собственном неподражаемом стиле. Это замечательная история.

В выпуске этого месяца Тесла также рассказывает нам, как он сделал одно из своих самых важных и сенсационных открытий — катушку Теслы. Немногие изобретения вызвали такую сенсацию, как это, кульминацией которого стала единственная в истории рукотворная молния. Катушка Тесла имеет так много применений и была изготовлена в таком количестве стилей, что потребовался бы целый каталог, чтобы перечислить их все. От эффектных высокочастотных трюков на сцене до “фиолетового” лучевого аппарата в вашем доме: все это катушки Tesla в той или иной форме. Беспроводная связь без катушки Tesla сегодня была бы невозможна. Без колебательного трансформатора, искрового промежутка и конденсатора, представляющего собой катушку Теслы, передающая станция была бы выведена из строя.

Но именно в промышленных целях катушка Тесла будет сиять ярче всего в будущем. Производство озона, извлечение азота из воздуха в огромных количествах — все это порождения плодовитого мозга Теслы. Его катушка - ключ ко всему этому.

—РЕДАКТОР

На какое-то время я полностью отдался интенсивному наслаждению от изображения машин и изобретения новых форм. Это было самое полное душевное счастье, какое я когда-либо испытывал в жизни. Идеи приходили непрерывным потоком, и единственная трудность, с которой я сталкивался, заключалась в том, чтобы быстро их удерживать. Части устройства, которые я задумал, были для меня абсолютно реальными и осязаемыми в каждой детали, даже до мельчайших отметин и признаков износа. Мне доставляло удовольствие представлять себе постоянно работающие моторы, ибо таким образом они представляли мысленному взору более завораживающее зрелище. Когда естественная склонность перерастает в страстное желание, человек продвигается к своей цели в семимильных ботинках. Менее чем за два месяца я разработал практически все типы двигателей и модификации системы, которые теперь ассоциируются с моим именем. Возможно, было провидением, что жизненная необходимость повелела временно прекратить эту всепоглощающую деятельность разума. Я приехал в Будапешт, вызванный преждевременным сообщением о телефонном предприятии, и, по иронии судьбы, мне пришлось согласиться на должность чертежника в Центральном телеграфном управлении венгерского правительства с зарплатой, которую я считаю своей привилегией не разглашать! К счастью, я вскоре заинтересовал Главного инспектора и после этого был нанят для расчетов, проектирования и сметной документации в связи с новыми установками, пока не была запущена Телефонная станция, когда я взял на себя ее руководство. Знания и практический опыт, которые я приобрел в ходе этой работы, были очень ценными, и работа давала мне широкие возможности для проявления моих изобретательских способностей. Я внес несколько усовершенствований в аппаратуру Центральной станции и усовершенствовал телефонный ретранслятор или усилитель, который никогда не был запатентован или публично описан, но может быть достоин моей похвалы даже сегодня. В знак признания моей эффективной помощи организатор предприятия мистер Пушкаш, завершив свой бизнес в Будапеште, предложил мне должность в Париже, которую я с радостью принял.

Я никогда не смогу забыть то глубокое впечатление, которое произвел на меня волшебный город. В течение нескольких дней после моего приезда я бродил по улицам в полном недоумении от нового зрелища. Аттракционов было много, и перед ними невозможно было устоять, но, увы, доход был потрачен так же быстро, как получен. Когда мистер Пушкаш спросил меня, как у меня идут дела в новой сфере, я точно описал ситуацию, сказав, что “последние двадцать девять дней месяца - самые тяжелые!” Я вел довольно напряженную жизнь в том, что сейчас назвали бы “рузвельтовской манерой”. Каждое утро, независимо от погоды, я шел с бульвара Сен-Марсель, где я жил, в купальню на берегу Сены, погружался в воду, делал круг двадцать семь раз, а затем час шел пешком, чтобы добраться до Иври, где располагался завод Компании. Там я завтракал, как дровосек в половине восьмого, а затем с нетерпением ждал обеда, тем временем раскалывая твердые орехи для руководителя Завода, мистера Чарльза Батчеллора, который был близким другом и помощником Эдисона. Здесь я познакомился с несколькими американцами, которые по-настоящему влюбились в меня из-за моего мастерства в бильярде.


РИС. 1. Трансформатор колебаний Теслы (катушка Теслы), представленный лордом Кельвином перед Британской ассоциацией в августе 1897 года. Этот небольшой и компактной прибор, высотой всего 8 дюймов, вырабатывал два квадратных фута стримеров мощностью двадцать пять Ватт от сети постоянного тока напряжением 110 Вольт. Прибор содержит первичную и вторичную обмотки Тесла, конденсатор и контроллер цепи.

Этим людям я объяснил свое изобретение, и один из них, мистер Д. Каннингем, мастер механического отдела, предложил создать акционерное общество. Предложение показалось мне в высшей степени комичным. У меня не было ни малейшего представления о том, что это означало, за исключением того, что это был американский способ ведения дел. Однако из этого ничего не вышло, и в течение следующих нескольких месяцев мне пришлось путешествовать из одного места во Франции и Германии в другое, чтобы вылечить недуги электростанций. По возвращении в Париж я представил одному из администраторов Компании, мистеру Рау, план улучшения их динамо-машин, и мне предоставили такую возможность.


Это революционное усовершенствование было впервые продемонстрировано и объяснено Теслой в его лекции перед Американским институтом инженеров-электриков 20 мая 1891 года. Это позволило генерировать автоматически затухающие или незатухающие колебания любой желаемой частоты и, что не менее важно, с абсолютно постоянным периодом. Это сыграло важную роль во многих великих достижениях, и его использование стало универсальным. Основополагающий принцип может быть кратко сформулирован следующим образом: источник электричества предназначен для зарядки конденсатора, и когда разность потенциалов на выводах последнего достигает заданного значения, воздушный зазор перекрывается, позволяя накопленной энергии разряжаться по контуру в резонансных условиях, что приводит к длинной серии изохронных импульсов. Они либо используются непосредственно, либо преобразуются в любой желаемый объем или давление с помощью второго контура, индуктивно связанного с первым и настроенного на тот же уровень. Приведенная выше схема взята из лекции Теслы перед Институтом Франклина и Национальной ассоциацией электрического освещения в 1893 году и показывает более сложные схемы, теперь уже вполне знакомые, для преобразования обычного постоянного или переменного тока в высокочастотные колебания этим общим методом. В проиллюстрированном механическом устройстве предпринята попытка передать представление об электрических операциях настолько близко, насколько это практически возможно. Поршневой и центробежный насосы, соответственно, представляют собой генератор переменного и постоянного тока. Вода заменяет электрическую жидкость. Цилиндр с упруго удерживаемым поршнем представляет собой конденсатор. Инерция движущихся частей соответствует самоиндукции электрической цепи, а широкие отверстия вокруг цилиндра, через которые может выходить жидкость, выполняют функцию воздушного зазора. Теперь вам будет легко понять принцип действия этого устройства. Предположим сначала, что вода поступает в цилиндр из центробежного насоса, что соответствует действию генератора постоянного тока. Когда жидкость нагнетается в цилиндр, поршень движется вверх до тех пор, пока отверстия не будут открыты, когда большое количество жидкости вырывается наружу, внезапно снижая давление, так что сила сжатой пружины усиливается и опускает поршень вниз, закрывая отверстия, после чего эти операции повторяются в такой быстрой последовательности, какая может быть желательна. Каждый раз, когда система, состоящая из поршня, штока, гирь и регулируемой пружины, получает удар, она колеблется со своей собственной скоростью, которая определяется инерцией движущихся частей и надежностью пружины, точно так же, как в электрической системе период замыкания определяется самоиндукцией и емкостью. При наилучших условиях собственный период упругой системы будет таким же, как и период первичных колебаний, и тогда энергия движения будет наибольшей. Если вместо центробежного насоса используется поршневой насос, то принцип работы в принципе тот же, за исключением того, что периодические импульсы насоса накладывают определенные ограничения. Наилучшие результаты опять же достигаются, когда поддерживается синхронность между ними и собственными колебаниями системы.

Мой успех был полным, и обрадованные директора предоставили мне привилегию разработать автоматические регуляторы, которые были столь востребованы. Вскоре после этого возникли некоторые проблемы с осветительной установкой, которая была установлена на новом железнодорожном вокзале в Страсбурге, Эльзас. Проводка была неисправна, и по случаю церемонии открытия большая часть стены была взорвана в результате короткого замыкания прямо в присутствии старого императора Вильгельма I. Правительство Германии отказалось забрать завод, и французская компания понесла серьезные убытки. Благодаря моему знанию немецкого языка и прошлому опыту мне была поручена трудная задача уладить дело, и в начале 1883 года я отправился с этой миссией в Страсбург.

ПОСТРОЕН ПЕРВЫЙ АСИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

Некоторые происшествия в этом городе оставили неизгладимый след в моей памяти. По любопытному совпадению, примерно в то время там проживало несколько человек, впоследствии прославившихся. Позже я часто говорил: “В том старом городе были бактерии величия. Другие подхватили эту болезнь, но я избежал ее!” Практическая работа, переписка и совещания с официальными лицами занимали меня день и ночь, но, как только я смог справиться, я взялся за конструирование простого двигателя в механической мастерской напротив железнодорожного вокзала, привезя с собой из Парижа кое-какие материалы для этой цели. Завершение эксперимента, однако, было отложено до лета того же года, когда я, наконец, с удовлетворением увидел вращение, осуществляемое переменными токами разной фазы и без скользящих контактов или коммутатора, как я предполагал годом ранее. Это было изысканное удовольствие, но не шло ни в какое сравнение с безумной радостью, последовавшей за первым откровением.

Среди моих новых друзей был бывший мэр города мистер Баузин, которого я уже в некоторой степени ознакомил с этим и другими моими изобретениями и заручился поддержкой которого. Он был искренне предан мне и представил мой проект нескольким богатым людям, но, к моему огорчению, не нашел отклика. Он хотел помочь мне всеми возможными способами, и приближение первого июля 1919 года случайно напомнило мне о той форме “помощи”, которую я получил от этого очаровательного человека, которая не была финансовой, но тем не менее была оценена по достоинству. В 1870 году, когда немцы вторглись в страну, мистер Баузен закопал приличных размеров участок Сент-Эстефа 1801 года постройки и пришел к выводу, что не знает более достойного человека, чем я, для употребления этого драгоценного напитка. Могу сказать, что это один из незабываемых случаев, о которых я упоминал. Мой друг убеждал меня как можно скорее вернуться в Париж и искать там поддержки. Мне очень хотелось это сделать, но моя работа и переговоры затянулись из-за всевозможных мелких препятствий, с которыми я сталкивался, так что временами ситуация казалась безнадежной.

НЕМЕЦКАЯ “ЭФФЕКТИВНОСТЬ”

Просто чтобы дать представление о немецкой тороности и "эффективности”, я могу упомянуть здесь довольно забавный опыт. Лампа накаливания мощностью 16 л.с. должна была быть установлена в коридоре, и, выбрав подходящее место, я приказал монтеру протянуть провода. Поработав некоторое время, он пришел к выводу, что необходимо проконсультироваться с инженером, и это было сделано. Последний высказал несколько возражений, но в конце концов согласился с тем, что лампу следует разместить на расстоянии двух дюймов от указанного мной места, после чего работа продолжилась.

Тогда инженер забеспокоился и сказал мне, что следует уведомить инспектора Авердека. Этот важный человек позвонил, провел расследование, обсудил и решил, что лампу следует сдвинуть на два дюйма назад, как раз в то место, которое я отметил. Однако прошло совсем немного времени, прежде чем Авердек сам струсил и сообщил мне, что он проинформировал обер-инспектора Иеронимуса об этом вопросе и что мне следует дождаться его решения. Прошло несколько дней, прежде чем обер-инспектор смог освободиться от других неотложных обязанностей, но наконец он прибыл, и последовали двухчасовые дебаты, в результате которых он решил передвинуть лампу на два дюйма дальше. Мои надежды на то, что это был заключительный акт, разбились вдребезги, когда обер-инспектор вернулся и сказал мне: “Реги-рунгсрат Функе настолько разборчив, что я бы не осмелился отдать приказ о размещении этой лампы без его явного одобрения”. Соответственно, были приняты меры к визиту этого великого человека. Мы начали убираться и полировать рано утром. Все привели себя в порядок. Я надел перчатки, и когда Функе пришел со своей свитой, его торжественно приняли. После двухчасового размышления он вдруг воскликнул: “Мне пора”, - и, указав на место на потолке, приказал мне поставить туда лампу. Это было именно то место, которое я изначально выбрал.

Так шел день за днем с различными вариациями, но я был полон решимости добиться успеха любой ценой, и в конце концов мои усилия были вознаграждены. К весне 1884 года все различия были устранены, завод официально принят, и я вернулся в Париж с приятными предвкушениями. Один из администраторов пообещал мне щедрую компенсацию в случае моего успеха, а также справедливое рассмотрение улучшений, которые я внес в их динамо-машины, и я надеялся получить значительную сумму. Было три администратора, которых я обозначу как A, B и C для удобства. Когда я позвонил A, он сказал мне, что B имеет право голоса. Этот джентльмен считал, что только C может принимать решения, а последний был совершенно уверен, что только A обладает властью действовать. После нескольких кругов этого кругового вициоза до меня дошло, что моей наградой был замок в Испании. Полный провал моих попыток привлечь капитал для развития стал еще одним разочарованием, и когда мистер Батчеллор предложил мне отправиться в Америку с целью модернизации машин Эдисона, я решил попытать счастья в Стране Золотого Обетования. Но шанс был почти упущен. Я сжег свои скромные активы, снял жилье и оказался на железнодорожной станции, когда поезд отходил. В этот момент я обнаружил, что мои деньги и билеты пропали. Вопрос заключался в том, что делать. У Геркулеса было достаточно времени, чтобы все обдумать, но мне пришлось принимать решение, пока я бежал рядом с поездом с противоположными чувствами, бушевавшими в моем мозгу подобно колебаниям конденсатора. Решимость, подкрепленная ловкостью, победила в самый последний момент, и, пройдя через обычные испытания, столь же тривиальные, сколь и неприятные, мне удалось отправиться в Нью-Йорк с остатками моих вещей, несколькими стихотворениями и статьями, которые я написал, и пакетом вычислений, относящихся к решениям неразрешимого интеграла и к моему летательному аппарату. Во время плавания я большую часть времени сидел на корме корабля, высматривая возможность спасти кого-нибудь из водной могилы, без малейшей мысли об опасности. Позже, когда я немного проникся практическим американским чутьем, я содрогнулся при воспоминании об этом и подивился своей прежней глупости.


РИС. 2. Это иллюстрирует испытания с искровыми разрядами от шара радиусом сорок сантиметров на беспроводной установке Теслы, построенной в Колорадо-Спрингс в 1899 году. Шар подсоединен к свободному концу заземленного резонансного контура диаметром семнадцать метров. Разрушающий потенциал шара, согласно Тесле, выражен в вольтах приблизительно V = 75 400r (r выражено в сантиметрах), то есть в данном случае 75 400 x 40 = 3 016 000 вольт. Гигантская катушка Тесла, которая производила эти болты Тора, была способна подавать ток в 1100 ампер во вторичную обмотку высокого напряжения. Диаметр первичной обмотки составлял 51 фут! Эта катушка Теслы производила разряды, которые были самым близким подобием молнии, когда-либо созданной человеком.

ТЕСЛА В АМЕРИКЕ

Я хотел бы выразить словами свои первые впечатления об этой стране. В арабских сказках я читал, как гении переносили людей в страну грез, где они переживали восхитительные приключения. В моем случае все было как раз наоборот. Гении перенесли меня из мира грез в мир реальности. То, что я оставил, было красивым, художественным и завораживающим во всех отношениях; то, что я увидел здесь, было обработано, грубо и непривлекательно. Дородный полицейский крутил в руках свою трость, которая показалась мне огромной, как бревно. Я вежливо подошел к нему с просьбой указать мне дорогу. “Шесть кварталов вниз, потом налево”, - сказал он с убийственным блеском в глазах. “Это Америка?” Я спросил себя с болезненным удивлением. “Мы на столетие отстаем от Европы в развитии цивилизации”.

Когда я отправился за границу в 1889 году — с момента моего приезда сюда прошло пять лет — я убедился, что она более чем на сто лет опередила Европу, и по сей день не произошло ничего, что могло бы изменить мое мнение.

ТЕСЛА ВСТРЕЧАЕТ ЭДИСОНА

Встреча с Эдисоном была запоминающимся событием в моей жизни. Я был поражен этим замечательным человеком, который, не имея ранних преимуществ и научной подготовки, так многого достиг. Я изучил дюжину языков, углубился в литературу и искусство и провел свои лучшие годы в библиотеках, читая всевозможные материалы, которые попадали мне в руки, от "Принципов Ньютона" до романов Поля де Кока, и чувствовал, что большая часть моей жизни была растрачена впустую. Но прошло совсем немного времени, прежде чем я понял, что это лучшее, что я мог бы сделать. В течение нескольких недель я завоевал доверие Эдисона, и вот каким образом это произошло.

На пароходе "Орегон", самом быстром пассажирском пароходе того времени, были отключены обе осветительные машины, и его отплытие было отложено. Поскольку надстройка была построена после их установки, извлечь их из трюма было невозможно. Затруднительное положение было серьезным, и Эдисон был очень раздосадован. Вечером я взял с собой необходимые инструменты и поднялся на борт судна, где и остался на ночь. Динамо-машины были в плохом состоянии, с несколькими короткими замыканиями и поломками, но с помощью команды мне удалось привести их в хорошую форму. В пять часов утра, проходя по Пятой авеню по пути в магазин, я встретил Эдисона с Батчеллором и еще несколькими людьми, которые возвращались домой на пенсию. “А вот и наш парижанин, бегающий по ночам”, - сказал он. Когда я сказал ему, что еду из Орегона и отремонтировал обе машины, он молча посмотрел на меня и ушел, не сказав больше ни слова. Но когда он отошел на некоторое расстояние, я услышал, как он заметил: “Батчеллор, это чертовски хороший человек”, и с этого времени у меня была полная свобода в руководстве работой.

Почти год мои обычные часы были с 10:30 утра до 5 часов следующего утра без исключения. Эдисон сказал мне: “У меня было много трудолюбивых помощников, но ты забираешь пирог”. За этот период я разработал двадцать четыре различных типа стандартных станков с короткими сердечниками и однородным рисунком, которые заменили старые. Менеджер пообещал мне пятьдесят тысяч долларов за выполнение этого задания, но оказалось, что это был розыгрыш. Это вызвало у меня болезненный шок, и я подал в отставку.

Сразу же после этого несколько человек обратились ко мне с предложением создать компанию по производству дуговых ламп под моим именем, на что я согласился. Наконец-то появилась возможность разработать двигатель, но когда я заговорил об этом со своими новыми коллегами, они сказали: “Нет, нам нужна дуговая лампа. Нас не интересует этот ваш переменный ток”. В 1886 году моя система дугового освещения была усовершенствована и адаптирована для заводского и муниципального освещения, и я был свободен, но у меня не было ничего, кроме красиво выгравированного сертификата на акции гипотетической стоимости. Затем последовал период борьбы в новой среде, для которой я не был приспособлен, но в конце концов награда пришла, и в апреле 1887 года была организована Tesla Electric Company, предоставившая лабораторию и оборудование. Двигатели, которые я там построил, были именно такими, какими я их себе представлял. Я не пытался улучшить дизайн, а просто воспроизводил изображения такими, какими они представлялись моему зрению, и работа всегда проходила так, как я ожидал.

В начале 1888 года была достигнута договоренность с компанией Westinghouse о крупномасштабном производстве двигателей. Но еще предстояло преодолеть большие трудности. Моя система была основана на использовании токов низкой частоты, и эксперты Westinghouse применили 133 цикла с целью обеспечения преимуществ при преобразовании. Они не хотели отходить от своих стандартных форм устройства, и мои усилия должны были быть сосредоточены на адаптации двигателя к этим условиям. Другой необходимостью было создать двигатель, способный эффективно работать на этой частоте по двум проводам, что было непросто сделать.


РИС. 3. Схема соединений цепи в колебательном трансформаторе Теслы, показанная на рис. 1. Вторичная цепь, которая подключается к первичной, опущена.

Однако в конце 1889 года, поскольку мои услуги в Питтсбурге были больше не нужны, я вернулся в Нью-Йорк и возобновил экспериментальную работу в лаборатории на Гранд-стрит, где сразу же приступил к проектированию высокочастотных машин. Проблемы конструирования в этой неизведанной области были новыми и довольно своеобразными, и я столкнулся со многими трудностями. Я отказался от индуктора, опасаясь, что он может не давать идеальных синусоидальных волн, которые были так важны для резонансного воздействия. Если бы не это, я мог бы сэкономить себе много труда. Другой обескураживающей особенностью высокочастотного генератора переменного тока, по-видимому, было непостоянство частоты вращения, которое угрожало наложить серьезные ограничения на его использование. Я уже отмечал во время своих демонстраций перед Американским институтом инженеров-электриков, что несколько раз настройка сбивалась, что требовало перенастройки, и еще не предвидел того, что я обнаружил много лет спустя, средства управления машиной такого типа с постоянной частотой вращения до такой степени, чтобы не изменяться более чем на малую долю одного оборота между крайними значениями нагрузки.

ИЗОБРЕТЕНИЕ КАТУШКИ ТЕСЛЫ

Из многих других соображений показалось желательным изобрести более простое устройство для создания электрических колебаний. В 1856 году лорд Кельвин раскрыл теорию конденсаторного разряда, но практического применения этого важного знания сделано не было. Я увидел возможности и взялся за разработку индукционного аппарата на этом принципе. Мой прогресс был настолько быстрым, что позволил мне продемонстрировать на своей лекции в 1891 году катушку, дающую искры длиной в пять дюймов. В тот раз я откровенно рассказал инженерам о дефекте, связанном с преобразованием новым методом, а именно о потере искрового промежутка. Последующие исследования показали, что независимо от того, какая среда используется, будь то воздух, водород, пары ртути, масло или поток электронов, эффективность остается одинаковой. Это закон, очень похожий на тот, который управляет преобразованием механической энергии. Мы можем сбросить груз с определенной высоты вертикально вниз или перенести его на более низкий уровень по любому извилистому пути, это не имеет значения с точки зрения объема работы. Однако, к счастью, этот недостаток не является фатальным, поскольку при правильном распределении резонансных контуров достигается КПД в 85 процентов. С тех пор, как я впервые объявил об изобретении, оно получило всеобщее применение и произвело революцию во многих областях. Но его ждет еще большее будущее. Когда в 1900 году я добился мощных разрядов на расстоянии 100 футов и пустил электрический ток по всему земному шару, мне вспомнилась первая крошечная искра, которую я наблюдал в своей лаборатории на Гранд-стрит, и я был взволнован ощущениями, сходными с теми, которые я испытал, когда обнаружил вращающееся магнитное поле.


На этой фотографии изображена знаменитая башня Теслы, возведенная в Шорхэме, Лос-Анджелес, штат Нью-Йорк. Башню разобрали в начале войны. Ее высота составляла 187 футов. Сферический верх был 68 футов в диаметре. Обратите внимание на огромные размеры сооружения, сравнив двухэтажную электростанцию в задней части. Башня, которую Тесла должен был использовать в своем проекте “Всемирная беспроводная связь”, так и не была достроена.

ЧАСТЬ V

ИЮНЬ 1919 г.

_______________

УВЕЛИЧИТЕЛЬНЫЙ ПЕРЕДАТЧИК

Представьте себе человека столетней давности, достаточно смелого, чтобы спроектировать и фактически построить огромную башню, с помощью которой можно передавать человеческий голос, музыку, фотографии, новости прессы и даже электричество через землю на любое расстояние без проводов! Его, вероятно, повесили бы или сожгли на костре. Итак, когда Тесла построил свою знаменитую башню на Лонг-Айленде, он на сто лет опередил свое время. И глупые насмешки наших современных кабинетных “ученых” ни в малейшей степени не приближают величие Теслы. Титанический мозг Теслы едва ли создал более удивительное чудо, чем этот “увеличивающий передатчик”. Вопреки распространенному мнению, его башня была построена не для того, чтобы излучать волны Герца в эфир. Система Теслы посылает через землю тысячи лошадиных сил; он экспериментально показал, как энергия может передаваться без проводов на большие расстояния от центральной точки. Также нет никакой тайны в том, как он достигает результата. Его исторические патенты и статьи в США описывают используемый метод. Увеличительный передатчик Теслы - это действительно современная лампа Аладдина.

—РЕДАКТОР

Перебирая события своей прошлой жизни, я осознаю, насколько тонки влияния, формирующие наши судьбы. Примером может служить случай из моей юности. Однажды зимним днем мне удалось взобраться на крутую гору в компании других мальчиков. Снег был довольно глубоким, а теплый южный ветер делал его как раз подходящим для нашей цели. Мы развлекались тем, что бросали мячи, которые скатывались на определенное расстояние, собирая больше или меньше снега, и старались превзойти друг друга в этом захватывающем виде спорта. Внезапно было видно, как шар вышел за пределы дозволенного, раздувшись до огромных размеров, пока не стал размером с дом, и с грохотом рухнул в долину внизу с силой, от которой задрожала земля. Я завороженно наблюдал, не в силах понять, что произошло. В течение нескольких недель после этого картина схода лавины стояла у меня перед глазами, и я удивлялся, как что-то такое маленькое могло вырасти до таких огромных размеров. С тех пор меня завораживало увеличение слабых воздействий, и когда много лет спустя я занялся экспериментальным изучением механического и электрического резонанса, я с самого начала был сильно заинтересован. Возможно, если бы не это раннее сильное впечатление, я, возможно, не последовал бы за маленькой искрой, которую я получил с помощью своей катушки, и никогда не разработал бы свое лучшее изобретение, истинную историю которого я расскажу здесь впервые.


Эта фотография модели показывает, как башня Теслы, построенная на Лонг-Айленде восемнадцать лет назад, выглядела бы завершенной. По его внешнему виду никто бы не сделал вывод, что он предназначался для великих целей, которые изложены в его сопроводительной статье.

УТИЛИЗАЦИЯ МИРОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

“Охотники на львов” часто спрашивали меня, какое из моих открытий я ценю больше всего. Это зависит от точки зрения. Немало технических специалистов, очень способных в своих специальных областях, но одержимых педантичной близорукостью, утверждали, что, за исключением асинхронного двигателя, я дал миру мало практического применения. Это серьезная ошибка. О новой идее нельзя судить по ее непосредственным результатам. Моя переменная система передачи электроэнергии появилась в психологический момент, как долгожданный ответ на насущные промышленные вопросы, и, хотя пришлось преодолеть значительное сопротивление и примирить противоположные интересы, как обычно, коммерческое внедрение не могло быть отложено надолго. Теперь сравните эту ситуацию, например, с той, с которой столкнулась моя турбина. Следует думать, что столь простое и красивое изобретение, обладающее многими свойствами идеального двигателя, должно быть принято на вооружение сразу и, несомненно, было бы принято при аналогичных условиях. Но предполагаемый эффект вращающегося поля заключался не в том, чтобы привести в негодность существующее оборудование; напротив, он должен был придать ему дополнительную ценность. Система позволяла создавать новые предприятия, а также улучшать старые. Моя турбина - это достижение совершенно иного характера. Это радикальный отход в том смысле, что ее успех означал бы отказ от устаревших типов первичных двигателей, на которые были потрачены миллиарды долларов. При таких обстоятельствах прогресс должен быть медленным, и, возможно, самым большим препятствием являются предвзятые мнения, сформированные в умах экспертов организованной оппозицией. Буквально на днях у меня был обескураживающий опыт, когда я встретил своего друга и бывшего ассистента Чарльза Ф. Скотта, ныне профессора электротехники в Йельском университете. Я давно его не видел и был рад возможности немного поболтать в моем офисе. Наш разговор, естественно, задел меня за живое, и я разгорячился до высокой степени. “Скотт, ” воскликнул я, увлеченный видением великолепного будущего, “ моя турбина уничтожит все тепловые двигатели в мире”. Скотт погладил подбородок и задумчиво отвел взгляд, словно производя в уме подсчеты. “Это будет целая куча металлолома”, - сказал он и ушел, не сказав больше ни слова!

“ЛАМПА АЛАДДИНА”

Однако эти и другие мои изобретения были не более чем шагами вперед в определенных направлениях. Разрабатывая их, я просто следовал врожденному инстинкту совершенствовать существующие устройства, не задумываясь особо о наших гораздо более насущных потребностях. “Увеличивающий передатчик” был результатом многолетнего труда, главной целью которого было решение проблем, бесконечно более важных для человечества, чем простое промышленное развитие.

Если мне не изменяет память, в ноябре 1891 года я провел лабораторный эксперимент, который был одним из самых необычных и зрелищных, когда-либо зарегистрированных в анналах науки. Исследуя поведение токов высокой частоты, я убедился, что в помещении можно создать электрическое поле достаточной интенсивности, чтобы зажечь безэлектродные вакуумные трубки. Соответственно, для проверки теории был построен трансформатор, и тестовое испытание прошло с потрясающим успехом. Трудно понять, что означали эти странные явления в то время. Мы жаждем новых ощущений, но вскоре становимся к ним равнодушными. Вчерашние чудеса сегодня стали обычным явлением. Когда мои трубки впервые были выставлены на всеобщее обозрение, на них смотрели с неописуемым изумлением. Со всех концов света я получал срочные приглашения, мне предлагались многочисленные почести и другие лестные поощрения, от которых я отказался.

В КРЕСЛЕ ФАРАДЕЯ

Но в 1892 году требования стали непреодолимыми, и я отправился в Лондон, где прочитал лекцию в институте инженеров-электриков. Я намеревался немедленно отправиться в Париж в соответствии с аналогичным обязательством, но сэр Джеймс Дьюар настоял на том, чтобы я предстал перед Королевским учреждением. Я был человеком твердой решимости, но легко поддался убедительным доводам великого шотландца. Он усадил меня в кресло и налил полстакана чудесной коричневой жидкости, которая переливалась всевозможными радужными цветами и на вкус напоминала нектар. “Теперь, ” сказал он, “ вы сидите в кресле Фарадея и наслаждаетесь виски, которое он пил раньше”. В обоих аспектах это был завидный опыт. На следующий вечер я провел демонстрацию перед этим учреждением, по окончании которой лорд Рэлей обратился к аудитории, и его щедрое согласие дало мне первый толчок в этих начинаниях. Я бежал из Лондона, а позже и из Парижа, спасаясь от осыпавших меня милостей, и отправился домой, где прошел через самое болезненное испытание и болезнь. Восстановив свое здоровье, я начал разрабатывать планы возобновления работы в Америке. До того времени я никогда не осознавал, что обладаю каким-то особым даром открытия, но лорд Рэлей, которого я всегда считал идеальным человеком науки, сказал так, и если это было так, я чувствовал, что мне следует сосредоточиться на какой-то большой идее.

ПРИРОДНЫЙ СПУСКОВОЙ МЕХАНИЗМ

Однажды, бродя по горам, я искал укрытия от надвигающейся бури. Небо затянули тяжелые тучи, но каким-то образом дождь откладывался до тех пор, пока внезапно не сверкнула молния, а через несколько мгновений начался потоп. Это наблюдение заставило меня задуматься. Было очевидно, что эти два явления тесно связаны, как причина и следствие, и небольшое размышление привело меня к выводу, что электрическая энергия, задействованная в выпадении осадков из воды, была незначительной, поскольку функция молнии во многом подобна функции чувствительного спускового крючка. Здесь была колоссальная возможность достижения. Если бы мы могли производить электрические эффекты требуемого качества, вся эта планета и условия существования на ней могли бы быть преобразованы. Солнце поднимает воду в океанах, а ветры уносят ее в отдаленные регионы, где она остается в состоянии самого хрупкого равновесия. Если бы в наших силах было нарушать его, когда и где угодно, этот могучий жизнеобеспечивающий поток можно было бы контролировать по своему желанию. Мы могли бы орошать засушливые пустыни, создавать озера и реки и обеспечивать движущую силу в неограниченных количествах. Это был бы наиболее эффективный способ использовать солнце в интересах человека. Завершение зависело от нашей способности развивать электрические силы того же порядка, что и в природе. Это казалось безнадежным предприятием, но я решил попробовать, и сразу же по возвращении в Соединенные Штаты, летом 1892 года, была начата работа, которая показалась мне тем более привлекательной, что средство такого же рода было необходимо для успешной передачи энергии без проводов.

ЧЕТЫРЕ МИЛЛИОНА ВОЛЬТ

Первый приятный результат был получен весной следующего года, когда я достиг напряжения около 1 000 000 вольт с помощью своей конической катушки. Это было не так уж много в свете современного искусства, но тогда это считалось подвигом. Был достигнут устойчивый прогресс, пока моя лаборатория не была уничтожена пожаром в 1895 году, о чем можно судить по статье Т. К. Мартина, появившейся в апрельском номере журнала "Сенчури". Это бедствие во многом отбросило меня назад, и большую часть того года пришлось посвятить планированию и реконструкции.

Однако, как только позволили обстоятельства, я вернулся к выполнению задания. Хотя я знал, что более высокие электродвижущие силы достижимы с помощью аппаратов больших размеров, у меня было инстинктивное ощущение, что эта цель может быть достигнута с помощью надлежащей конструкции сравнительно небольшого и компактного трансформатора. При проведении испытаний с вторичной обмоткой в виде плоской спирали, как показано в моих патентах, отсутствие стримеров удивило меня, и вскоре я обнаружил, что это связано с положением витков и их взаимным действием. Воспользовавшись этим наблюдением, я прибегнул к использованию высоковольтного провода с витками значительного диаметра, достаточно разделенными, чтобы снизить распределенную мощность и в то же время предотвратить чрезмерное накопление заряда в любой точке. Применение этого принципа позволило мне создать давление в 4 000 000 вольт, что было примерно пределом, достижимым в моей новой лаборатории на Хьюстон-стрит, поскольку разряды распространялись на расстояние 10 футов. Фотография этого передатчика была опубликована в журнале Electrical Review за ноябрь 1898 года. Чтобы продвинуться дальше в этом направлении, мне пришлось действовать открыто, и весной 1899 года, завершив подготовку к возведению станции беспроводной связи, я отправился в Колорадо, где оставался более одного года. Здесь я представил другие усовершенствования, которые позволили генерировать ток любого напряжения, которое может быть желательным. Те, кому интересно, найдут некоторую информацию об эксперименте, который я провел там, в моей статье “Проблема увеличения энергии человека” в журнале "Сенчури Мэгэзин" за июнь 1900 года, на которую я уже ссылался ранее.

УВЕЛИЧИТЕЛЬНЫЙ ПЕРЕДАТЧИК

Экспериментатор-Электрик попросил меня быть достаточно откровенным по этому вопросу, чтобы мои юные друзья из числа читателей журнала четко понимали конструкцию и работу моего “Увеличительного передатчика" и цели, для которых он предназначен. Что ж, тогда, во-первых, это резонансный трансформатор со вторичной обмоткой, в котором части, заряженные до высокого потенциала, имеют значительную площадь и расположены в пространстве вдоль идеальных охватывающих поверхностей с очень большими радиусами кривизны и на соответствующих расстояниях друг от друга, тем самым обеспечивая повсюду небольшую поверхностную плотность электричества, так что утечка не может произойти, даже если проводник оголен. Он подходит для любой частоты, от нескольких до многих тысяч циклов в секунду, и может использоваться для получения тока огромного объема и умеренного давления или меньшей силы тока и огромной электродвижущей силы. Максимальное электрическое напряжение зависит просто от кривизны поверхностей, на которых расположены заряженные элементы, и площади последних.

ВОЗМОЖНО НАПРЯЖЕНИЕ 100 МИЛЛИОНОВ ВОЛЬТ

Судя по моему прошлому опыту, вполне осуществимо напряжение до 100 000 000 вольт. С другой стороны, в антенне могут быть получены токи во многие тысячи ампер. Для таких работ требуется установка очень умеренных размеров. Теоретически, клеммы диаметром менее 90 футов достаточно для создания электродвижущей силы такой величины, в то время как для антенных токов от 2000 до 4000 ампер на обычных частотах ее диаметр не должен превышать 30 футов.

В более ограниченном смысле этот беспроводной передатчик представляет собой передатчик, в котором излучение в волне Герца представляет собой совершенно незначительную величину по сравнению со всей энергией, при этом условии коэффициент затухания чрезвычайно мал, а в увеличенной емкости накапливается огромный заряд. Затем такую схему можно возбуждать импульсами любого рода, даже низкой частоты, и она будет производить синусоидальные и непрерывные колебания, подобные колебаниям генератора переменного тока.

Однако, взятый в самом узком значении этого термина, это резонансный трансформатор, который, помимо того, что обладает этими качествами, точно подобран в соответствии с земным шаром и его электрическими постоянными и свойствами, благодаря такой конструкции он становится высокоэффективным при беспроводной передаче энергии. Затем случай полностью устраняется, при этом интенсивность передаваемых импульсов не уменьшается. Можно даже увеличить количество действий с удалением от завода в соответствии с точным математическим законом.

Это изобретение было одним из ряда, включенных в мою “Мировую систему” беспроводной передачи данных, которую я взялся коммерциализировать по возвращении в Нью-Йорк в 1900 году. Что касается непосредственных целей моего предприятия, то они были четко изложены в техническом заявлении того периода, из которого я цитирую:

“Мировая система” возникла в результате сочетания нескольких оригинальных открытий, сделанных изобретателем в ходе длительных исследований и экспериментов. Это делает возможной не только мгновенную и точную беспроводную передачу любых сигналов, сообщений или символов. со всеми частями света, но также и для соединения существующих телеграфных, телефонных и других сигнальных станций без каких-либо изменений в их нынешнем оборудовании. С его помощью, например, местный телефонный абонент может позвонить и поговорить с любым другим абонентом в любой точке Земного шара. Недорогой приемник размером не больше часов позволит ему слушать в любом месте, на суше или на море, произносимую речь или музыку, звучащую в каком-либо другом месте, каким бы отдаленным оно ни было. Эти примеры приведены просто для того, чтобы дать представление о возможностях этого великого научного прогресса, который устраняет расстояния и делает этот совершенный естественный проводник, Землю, доступной для всех бесчисленных целей, которые человеческая изобретательность нашла для линейного провода. Одним из далеко идущих результатов этого является то, что любое устройство, способное работать по одному или нескольким проводам (на явно ограниченном расстоянии), может аналогичным образом приводиться в действие без искусственных проводников и с той же легкостью и точностью на расстояниях, для которых нет ограничений, кроме тех, которые налагаются физическими размерами Земного шара. Таким образом, этот идеальный метод передачи не только откроет совершенно новые месторождения для коммерческой разработки, но и значительно расширит старые. “Мир-система” основана на применении следующих важных изобретений и открытий:

1. “Трансформатор Теслы”. Это устройство является в производстве электрических колебаний таким же революционным, каким был порох в военном деле. Токи во много раз сильнее, чем когда-либо создавались обычными способами, и искры длиной более ста футов были получены изобретателем с помощью инструмента такого типа.

2. “Увеличивающий передатчик”. Это лучшее изобретение Теслы — своеобразный трансформатор, специально приспособленный для возбуждения Земли, который в передаче электрической энергии является тем же, чем телескоп является в астрономических наблюдениях. Используя это чудесное устройство, он уже установил электрические колебания большей интенсивности, чем при ударе молнии, и пропустил ток, достаточный для зажигания более двухсот ламп накаливания по всему Земному шару.

3. “Беспроводная система Tesla”. Эта система включает в себя ряд усовершенствований и является единственным известным средством экономичной передачи электрической энергии на расстояние без проводов. Тщательные испытания и измерения, проведенные на экспериментальной станции большой активности, возведенной изобретателем в Колорадо, продемонстрировали, что энергию в любом желаемом количестве можно передавать по всему земному шару, если это необходимо, с потерями, не превышающими нескольких процентов.

4. “Искусство индивидуализации". Это изобретение Теслы для примитивной “настройки” подобно тому, как изысканный язык для невыразительного выражения. Это делает возможной передачу сигналов или сообщений абсолютно секретной и эксклюзивной как в активном, так и в пассивном аспекте, то есть без помех, а также без возможности создания помех. Каждый сигнал подобен индивидууму с безошибочно узнаваемой личностью, и практически нет ограничений на количество станций или приборов, которые могут работать одновременно без малейших взаимных помех.

5. “Земные стоячие волны”. Это замечательное открытие, популярно объяснимое, означает, что Земля реагирует на электрические колебания определенной высоты точно так же, как камертон на определенные звуковые волны. Эти особые электрические вибрации, способные мощно возбуждать Земной шар, находят бесчисленное количество применений, имеющих большое значение в коммерческих целях и во многих других отношениях.

Первая электростанция "Мировой системы” может быть введена в эксплуатацию через девять месяцев. С помощью этой силовой установки будет практически возможно развивать электрическую мощность до десяти миллионов лошадиных сил, и она рассчитана на то, чтобы обеспечить как можно больше технических достижений без должных затрат. Среди них можно упомянуть следующие:

(1) Взаимосвязь существующих телеграфных станций или отделений по всему миру;

(2) Создание секретной правительственной телеграфной службы, не допускающей помех;

(3) взаимная связь всех существующих телефонных станций или офисов на Земном шаре;

(4) повсеместное распространение новостей общего характера по телеграфу или телефону в связи с прессой;

(5) создание такой “Мировой системы” передачи разведданных исключительно для частного использования;

(6) Взаимосвязь и функционирование всех биржевых тикеров мира;

(7) Создание Мировой системы распространения музыки и т.д.;

(8) Всеобщая регистрация времени с помощью дешевых часов, показывающих время с астрономической точностью и не требующих никакого внимания;

(9) передача по всему миру напечатанных на машинке или написанных от руки символов, писем, чеков и т.д.;

(10) Создание универсальной морской службы, позволяющей штурманам всех судов безошибочно управлять судном без компаса, определять точное местоположение, час и скорость, предотвращать столкновения и катастрофы и т.д.;

(11) Открытие системы мирового книгопечатания на суше и на море;

(12) Всемирное воспроизведение фотографических изображений и всевозможных рисунков или записей.

Я также предложил продемонстрировать беспроводную передачу энергии в небольшом масштабе, но достаточном для убедительности. Помимо этого, я упомянул о других, несравненно более важных приложениях моих открытий, которые будут раскрыты в будущем.

На Лонг-Айленде была построена электростанция с башней высотой 187 футов и сферическим терминалом диаметром около 68 футов. Этих размеров было достаточно для передачи практически любого количества энергии. Первоначально обеспечивалось только от 200 до 300 К.В., но позже я намеревался задействовать несколько тысяч лошадиных сил. Передатчик должен был излучать комплекс волн с особыми характеристиками, и я разработал уникальный метод телефонного контроля любого количества энергии.

Башня была разрушена два года назад, но мои проекты находятся в стадии разработки, и будет построена еще одна, улучшенная в некоторых функциях. В данном случае я хотел бы опровергнуть широко распространенное сообщение о том, что здание было снесено правительством, которое из-за военных условий могло создать предубеждение в умах тех, кто, возможно, не знает, что документы, которые тридцать лет назад даровали мне честь американского гражданства, всегда хранятся в сейфе, в то время как мои ордена, дипломы, степени, золотые медали и другие отличия упакованы в старые сундуки. Если бы этот отчет имел под собой основание, мне бы вернули крупную сумму денег, которую я потратил на строительство башни. Напротив, в интересах правительства было сохранить его, особенно потому, что это сделало бы возможным — упомяну лишь один ценный результат — определить местонахождение подводной лодки в любой части мира. Моя установка, услуги и все мои усовершенствования всегда были в распоряжении официальных лиц, и с момента начала европейского конфликта я жертвенно работал над несколькими моими изобретениями, касающимися воздушной навигации, судовых двигателей и беспроводной передачи данных, которые имеют величайшее значение для страны. Те, кто хорошо информирован, знают, что мои идеи произвели революцию в промышленности Соединенных Штатов, и я не знаю, что на свете есть изобретатель, которому в этом отношении повезло так же, как мне, особенно в том, что касается использования его усовершенствований на войне. Я воздерживался от публичных высказываний на эту тему раньше, поскольку мне казалось неприличным зацикливаться на личных вопросах, когда весь мир находится в ужасной беде. Я хотел бы добавить далее, принимая во внимание различные слухи, которые дошли до меня, что мистер Дж. Пирпонт Морган интересовался мной не в деловом плане, а в том же широком духе, в котором он помогал многим другим пионерам. Он точно выполнил свое великодушное обещание, и было бы крайне неразумно ожидать от него чего-то большего. Он с величайшим уважением относился к моим достижениям и предоставил мне все доказательства своей полной веры в мою способность в конечном итоге достичь того, что я задумал. Я не желаю доставлять некоторым недалеким и завистливым личностям удовольствие от того, что они сорвали мои усилия. Эти люди для меня не более чем микробы отвратительной болезни. Мой проект тормозился законами природы. Мир не был готов к этому. Он слишком опередил время. Но в конце концов те же законы восторжествуют и приведут к триумфальному успеху.

ЧАСТЬ VI

ОКТЯБРЬ 1919 г.

_______________

ИСКУССТВО ТЕЛЕАВТОМАТИКИ

В этой статье доктор Тесла подробно останавливается на будущих возможностях своего увеличительного передатчика, особенно в связи с искусством телеавтоматики, которое было впервые задумано им и, несомненно, представляет собой один из его самых блестящих подарков миру.

Тесла был первым, кто построил и успешно эксплуатировал автоматы в виде лодок, управляемых с помощью настроенных беспроводных цепей и агентов, обеспечивающих надежное действие, несмотря на все попытки вмешательства.

Но это был только первый шаг в эволюции его изобретения. Чего он хотел, так это создать машины, способные действовать так, как если бы они обладали интеллектом. Легко понять, что если доктор Тесла практически осуществит свою концепцию, мир станет свидетелем революции во всех областях деятельности. В частности, повлияют ли его изобретения на военное искусство и мир во всем мире.

Доктор Тесла красноречиво останавливается на ряде тем, будоражащих общественное сознание, и эта его статья, пожалуй, самая блестящая и увлекательная из всех, что он написал.

КАК ВОССТАНАВЛИВАЕТСЯ РАЗУМ ТЕСЛЫ

Ни один предмет, которому я когда-либо посвящал себя, не требовал такой концентрации ума и не напрягал до такой опасной степени тончайшие волокна моего мозга, как система, основой которой является Увеличительный передатчик. Я вложил всю интенсивность и энергию молодости в разработку открытий вращающегося поля, но те первые труды носили другой характер. Несмотря на чрезвычайную напряженность, они не требовали той острой и изнуряющей проницательности, которую приходилось проявлять при решении многих головоломных проблем беспроводной связи. Несмотря на мою редкую в тот период физическую выносливость, истерзанные нервы в конце концов взбунтовались, и я потерпел полный крах, как раз в тот момент, когда завершение долгой и трудной задачи было почти на виду. Без сомнения, позже я заплатил бы больший штраф, и, весьма вероятно, моя карьера была бы преждевременно прервана, если бы провидение не снабдило меня предохранительным устройством, которое, казалось, улучшалось с годами и неизменно вступало в игру, когда мои силы были на исходе. Пока он работает, я в безопасности от переутомления, которое угрожает другим изобретателям, и, между прочим, мне не нужен отпуск, который необходим большинству людей. Когда я почти выбиваюсь из сил, я просто поступаю как негры, которые “естественно засыпают, пока белые волнуются”. Рискну высказать теорию, выходящую за рамки моей компетенции— организм, вероятно, понемногу накапливает определенное количество какого-то токсичного вещества, и я впадаю в почти летаргическое состояние, которое длится с точностью до получаса. При пробуждении у меня возникает ощущение, как будто события, непосредственно предшествующие этому, произошли очень давно, и если я пытаюсь продолжить прерванный ход мыслей, я чувствую настоящую ментальную тошноту. Затем я невольно переключаюсь на другую работу и удивляюсь свежести ума и легкости, с которой преодолеваю препятствия, которые раньше ставили меня в тупик.

Спустя недели или месяцы моя страсть к временно заброшенному изобретению возвращается, и я неизменно нахожу ответы на все волнующие вопросы, практически не прилагая усилий. В этой связи я расскажу об экстраординарном опыте, который может представлять интерес для студентов-психологов. Я произвел поразительное явление с помощью своего заземленного передатчика и пытался установить его истинное значение по отношению к токам, распространяющимся по земле. Это казалось безнадежным предприятием, и больше года я работал не покладая рук, но тщетно. Это глубокое изучение настолько всецело поглотило меня, что я забыл обо всем остальном, даже о своем подорванном здоровье. Наконец, когда я был на грани срыва, природа применила консервант, вызывающий смертельный сон. Придя в себя, я с ужасом осознал, что не могу представить себе сцен из своей жизни, кроме сцен младенчества, самых первых, которые вошли в мое сознание. Как ни странно, они предстали перед моим взором с поразительной отчетливостью и принесли мне долгожданное облегчение. Ночь за ночью, отходя ко сну, я думал о них, и все больше и больше открывалось о моем предыдущем существовании. Образ моей матери всегда был главной фигурой в медленно разворачивающемся спектакле, и всепоглощающее желание увидеть ее снова постепенно овладело мной.

Это чувство стало настолько сильным, что я решил бросить всю работу и удовлетворить свое страстное желание. Но мне было слишком трудно оторваться от лаборатории, и прошло несколько месяцев, в течение которых мне удалось восстановить в памяти все впечатления моей прошлой жизни вплоть до весны 1892 года. На следующей картинке, выплывшей из тумана забытья, я увидел себя в парижском отеле "Де ла Пэ", только что приходящего в себя после одного из моих специфических приступов сна, вызванного длительным напряжением мозга. Представьте себе боль и огорчение, которые я испытал, когда мне пришло в голову, что в этот самый момент мне вручили депешу с печальным известием о смерти моей матери; я вспомнил, как проделал долгий путь домой, не отдохнув ни часа, и как она скончалась после нескольких недель мучений! Было особенно примечательно, что в течение всего этого периода частично стертой памяти я был полностью восприимчив ко всему, что касалось предмета моего исследования. Я мог вспомнить мельчайшие детали и малозначащие наблюдения в своих экспериментах и даже процитировать страницы текста и сложные математические формулы.

Я твердо верю в закон вознаграждения. Истинное вознаграждение всегда пропорционально труду и принесенным жертвам. Это одна из причин, почему я уверен, что из всех моих изобретений Увеличительный передатчик окажется самым важным и ценным для будущих поколений. Меня подтолкнули к этому предсказанию не столько мысли о коммерческой и промышленной революции, к которой это, несомненно, приведет, сколько о гуманитарных последствиях многих достижений, которые это делает возможными. Соображения простой полезности мало что весят на чаше весов по сравнению с высшими благами цивилизации. Мы сталкиваемся с серьезными проблемами, которые нельзя решить, просто обеспечивая наше материальное существование, каким бы изобильным оно ни было. Напротив, прогресс в этом направлении сопряжен с опасностями, не менее грозными, чем те, которые порождены нуждой и страданием. Если бы мы высвободили энергию атомов или открыли какой-либо другой способ получения дешевой и неограниченной энергии в любой точке земного шара, это достижение, вместо того чтобы быть благословением, могло бы принести человечеству катастрофу, породив раздоры и анархию, которые в конечном итоге привели бы к воцарению ненавистного режима силы. Величайшее благо принесет техническое совершенствование, направленное на объединение и гармонию, и мой беспроводной передатчик в высшей степени таков. С его помощью человеческий голос и внешнее сходство будут воспроизводиться повсюду, а фабрики, расположенные за тысячи миль от водопадов, будут обеспечивать электроэнергией; воздушные машины будут безостановочно перемещаться по земле, а энергия солнца будет управляться для создания озер и рек в транспортных целях и превращения засушливых пустынь в плодородные земли. Его внедрение для телеграфных, телефонных и аналогичных целей автоматически устранит статику и все другие помехи, которые в настоящее время накладывают узкие ограничения на применение беспроводной связи. Это актуальная тема, по которой не лишним будет сказать несколько слов.


Одна из телеавтоматических лодок (подводных), построенных Теслой и выставленных им в 1898 году. Управляется по беспроводной сети без антенн.

ТЕСЛА ЭНЕРГИЧНО СТУЧИТ ПО “СТАТИЧНЫМ” МУЖЧИНАМ

В течение последнего десятилетия ряд людей высокомерно заявляли, что им удалось устранить это препятствие. Я тщательно изучил все описанные механизмы и протестировал большинство из них задолго до того, как они были обнародованы, но результат был неизменно отрицательным. Недавнее официальное заявление военно-морского флота США, возможно, научило некоторых легковерных редакторов новостей оценивать эти объявления по их реальной стоимости. Как правило, эти попытки основаны на теориях, настолько ошибочных, что всякий раз, когда они попадают в поле моего зрения, я не могу удержаться от мыслей в более легком ключе. Совсем недавно оглушительным ревом труб было объявлено о новом открытии, но оно доказало еще один случай, когда гора произвела на свет мышь. Это напоминает мне об одном захватывающем случае, произошедшем много лет назад, когда я проводил свои эксперименты с токами высокой частоты. Стив Броуди только что спрыгнул с Бруклинского моста. С тех пор подражатели опошлили этот подвиг, но первый репортаж наэлектризовал Нью-Йорк. Тогда я был очень впечатлительным и часто говорил об отважном печатнике. Жарким днем я почувствовал необходимость освежиться и зашел в одно из тридцати тысяч популярных заведений этого огромного города, где подавали восхитительный двенадцатипроцентный напиток, который сейчас можно попробовать, только совершив поездку в бедные и разоренные страны Европы. Присутствующие были большими и не слишком выдающимися, и обсуждался вопрос, который дал мне замечательную возможность для небрежного замечания: “Это то, что я сказал, когда прыгал с моста”. Не успел я произнести эти слова, как почувствовал себя товарищем Тимофея из поэмы Шиллера. В одно мгновение поднялось столпотворение, и дюжина голосов закричала: “Это Броуди!” Я бросил четвертак на стойку и бросился к двери, но толпа преследовала меня по пятам с криками: “Стой, Стив!”, которые, должно быть, были неправильно поняты, потому что многие пытались удержать меня, когда я отчаянно бежал в свое убежище. Петляя по углам, я, к счастью, сумел — с помощью пожарной лестницы — добраться до лаборатории, где сбросил пальто, замаскировался под трудолюбивого кузнеца и открыл кузницу. Но эти предосторожности оказались излишними; я ускользнул от своих преследователей. Много лет спустя, по ночам, когда воображение превращает в призраки пустяковые дневные неприятности, я часто думал, ворочаясь в постели, какой была бы моя судьба, если бы эта толпа поймала меня и узнала, что я не Стив Броуди!

Теперь инженер, который недавно выступил перед техническим органом с отчетом о новом средстве борьбы со статикой, основанном на “доселе неизвестном законе природы”, похоже, был таким же безрассудным, как и я, когда утверждал, что эти возмущения распространяются вверх и вниз, в то время как возмущения передатчика распространяются вдоль земли. Это означало бы, что конденсатор, подобный этому глобусу с его газовой оболочкой, мог заряжаться и разряжаться способом, совершенно противоречащим фундаментальным учениям, изложенным в каждом элементарном учебнике физики. Такое предположение было бы осуждено как ошибочное даже во времена Франклина, поскольку факты, имеющие к этому отношение, были тогда хорошо известны и тождество между атмосферным электричеством и электричеством, вырабатываемым машинами, было полностью установлено. Очевидно, что естественные и искусственные возмущения распространяются по земле и воздуху совершенно одинаковым образом, и оба создают электродвижущие силы как в горизонтальном, так и в вертикальном смысле. Помехи не могут быть преодолены никакими из тех методов, которые были предложены. Истина заключается в следующем: в воздухе напряжение возрастает со скоростью около пятидесяти вольт на фут высоты, вследствие чего может возникнуть разница в давлении, составляющая двадцать или даже сорок тысяч вольт между верхним и нижним концами антенны. Массы заряженной атмосферы постоянно находятся в движении и отдают электричество проводнику, но не непрерывно, а скорее прерывисто, что создает скрежещущий шум в чувствительном телефонном приемнике. Чем выше клемма и чем большее пространство занимают провода, тем более выражен эффект, но следует понимать, что он носит чисто локальный характер и имеет мало общего с реальной проблемой. В 1900 году, когда я совершенствовал свою беспроводную систему, одна из форм устройства состояла из четырех антенн. Они были тщательно откалиброваны на одну и ту же частоту и многократно подключены с целью увеличения эффекта при приеме с любого направления.

Когда я захотел установить происхождение передаваемых импульсов, каждая пара, расположенная по диагонали, была подключена последовательно к первичной катушке, питающей цепь детектора. В первом случае звук в телефоне был громким; во втором он прекратился, как и ожидалось, две антенны нейтрализовали друг друга, но истинная статика проявилась в обоих случаях, и мне пришлось разработать специальные превентивные меры, воплощающие разные принципы.

СРЕДСТВО ОТ СТАТИЧЕСКОГО ЭЛЕКТРИЧЕСТВА

При использовании приемников, подключенных к двум точкам заземления, как было предложено мной давным-давно, эта проблема, вызванная заряженным воздухом, которая очень серьезна в сооружениях, построенных в настоящее время, сводится к нулю, и, кроме того, вероятность возникновения всех видов помех снижается примерно наполовину из-за направленного характера схемы. Это было совершенно очевидно, но стало откровением для некоторых простодушных радистов, чей опыт ограничивался устройствами, которые можно было улучшить с помощью топора, и они избавлялись от шкуры медведя, прежде чем убить его. Если бы это было правдой, что бродячие собаки совершают подобные выходки, от них было бы легко избавиться, приняв сигнал без антенн. Но, на самом деле, провод, зарытый в землю, который, согласно этой точке зрения, должен быть абсолютно невосприимчив, более восприимчив к определенным посторонним импульсам, чем провод, размещенный вертикально в воздухе. Честно говоря, был достигнут небольшой прогресс, но не благодаря какому-то конкретному методу или устройству. Этого удалось достичь просто за счет отказа от огромных конструкций, которые достаточно плохи для передачи, но совершенно непригодны для приема, и принятия более подходящего типа приемника. Как я указывал в предыдущей статье, чтобы навсегда избавиться от этой трудности, в системе необходимо внести радикальные изменения, и чем скорее это будет сделано, тем лучше.


Новый самоходный воздушный тел-автомат Tesla. Без пропеллера, поддерживающих крыльев и всех других средств внешнего управления. Может развивать скорость 350 миль в час и достигнет заранее определенной точки на расстоянии тысячи миль с точностью до нескольких футов.

ПРАВИТЕЛЬСТВЕННЫЙ КОНТРОЛЬ НАД РАДИО НЕЖЕЛАТЕЛЕН

Действительно, было бы катастрофой, если бы в это время, когда искусство находится в зачаточном состоянии и подавляющее большинство, не исключая даже экспертов, не имеют представления о его конечных возможностях, законодательный орган поспешил принять меры, делающие его государственной монополией. Это было предложено несколько недель назад госсекретарем Дэниэлсом, и, без сомнения, этот уважаемый чиновник обратился к Сенату и Палате представителей с искренним убеждением. Но универсальные данные безошибочно показывают, что наилучшие результаты всегда достигаются в здоровой коммерческой конкуренции. Однако существуют исключительные причины, по которым беспроводной связи следует предоставить полную свободу развития. Во-первых, это открывает перспективы неизмеримо большие и более жизненно важные для улучшения человеческой жизни, чем любое другое изобретение или открытие в истории человечества. С другой стороны, следует понимать, что это замечательное искусство во всей своей полноте развилось здесь и может быть названо “американским” с большим правом, чем телефон, лампа накаливания или самолет. Предприимчивые агенты прессы и биржевые маклеры были настолько успешны в распространении дезинформации, что даже такое превосходное периодическое издание, как Scientific American, приписывает главную заслугу иностранной стране. Немцы, конечно, передали нам волны Герца, и российские, английские, французские и итальянские специалисты быстро использовали их для передачи сигналов. Это было очевидное применение нового агента, выполненное с использованием старой классической и не усовершенствованной индукционной катушки — едва ли что-то большее, чем еще один вид гелиографии. Радиус передачи был очень ограничен, достигнутые результаты не имели большой ценности, и колебания Герца как средство передачи информации могли бы быть с успехом заменены звуковыми волнами, что я и отстаивал в 1891 году.

Более того, все эти попытки были предприняты через три года после того, как основные принципы беспроводной системы, которая сегодня используется повсеместно, и ее мощные инструменты были четко описаны и разработаны в Америке. Сегодня от этих приборов и методов Герца не осталось и следа. Мы двигались в прямо противоположном направлении, и то, что было сделано, является продуктом ума и усилий граждан этой страны. Срок действия основных патентов истек, и возможности открыты для всех. Главный аргумент Госсекретаря основан на вмешательстве. Согласно его заявлению, опубликованному в New York Herald от 29 июля, сигналы от мощной станции могут быть перехвачены в каждой деревне мира. Ввиду этого факта, который был продемонстрирован в моих экспериментах 1900 года, было бы мало смысла вводить ограничения в Соединенных Штатах.

АМЕРИКА ПРЕЖДЕ ВСЕГО

Чтобы пролить свет на этот вопрос, я могу упомянуть, что совсем недавно ко мне обратился странного вида джентльмен с целью заручиться моими услугами по строительству мировых передатчиков в какой-то далекой стране. “У нас нет денег, ” сказал он, - но есть вагоны чистого золота, и мы дадим вам щедрую сумму”. Я сказал ему, что хотел бы сначала посмотреть, что будут делать с моими изобретениями в Америке, и на этом интервью закончилось. Но я убежден, что здесь действуют какие-то темные силы, и со временем поддерживать непрерывную связь будет все труднее. Единственное средство - это система, защищенная от прерываний. Он был усовершенствован, он существует, и все, что необходимо, - это ввести его в действие.

Ужасный конфликт все еще занимает главное место в умах, и, возможно, наибольшее значение будет придаваться Увеличивающему передатчику как машине для нападения и защиты, особенно в связи с телеавтоматикой. Это изобретение является логическим итогом наблюдений, начатых в моем детстве и продолжавшихся на протяжении всей моей жизни. Когда были опубликованы первые результаты, издание Electrical Review в редакционной статье заявило, что это станет одним из “наиболее мощных факторов прогресса и цивилизации человечества”. Недалек тот момент, когда это предсказание сбудется. В 1898 и 1900 годах это предлагалось правительству и могло бы быть принято, если бы я был одним из тех, кто пошел бы в Alexander's shepherd, когда им нужна была услуга от Александра. В то время я действительно думал, что это положит конец войне из-за ее неограниченной разрушительности и исключения личного элемента боя. Но хотя я не потерял веру в его потенциальные возможности, с тех пор мои взгляды изменились.

ПУТЬ К ПОСТОЯННОМУ МИРУ

Войны нельзя избежать до тех пор, пока не будет устранена физическая причина ее повторения, а это, в конечном счете, огромные размеры планеты, на которой мы живем. Только благодаря уничтожению расстояний во всех отношениях, таких как передача разведданных, перевозка пассажиров и припасов, а также передача энергии, когда-нибудь будут созданы условия, обеспечивающие постоянство дружеских отношений. Чего мы сейчас хотим больше всего, так это более тесного контакта и лучшего понимания между отдельными людьми и сообществами по всей земле, а также устранения той фанатичной преданности возвышенным идеалам национального эгоизма и гордыни, которые всегда склонны ввергать мир в первобытное варварство и раздоры. Никакая лига или парламентский акт любого рода никогда не предотвратят такого бедствия. Это всего лишь новые приемы для того, чтобы отдать слабых на милость сильных. Я высказывался в этой связи четырнадцать лет назад, когда за объединение нескольких ведущих правительств — своего рода Священный союз — выступал покойный Эндрю Карнеги, которого можно справедливо считать отцом этой идеи, придав ей больше гласности и импульса, чем кто-либо другой до усилий президента. Хотя нельзя отрицать, что такой пакт мог бы принести материальную выгоду некоторым менее удачливым народам, он не может достичь главной цели, к которой стремились. Мир может наступить только как естественное следствие всеобщего просветления и слияния рас, и мы все еще далеки от этого блаженного осознания. Когда я смотрю на сегодняшний мир в свете гигантской борьбы, свидетелями которой мы стали, я преисполнен убеждения, что интересам человечества наилучшим образом отвечало бы, если бы Соединенные Штаты оставались верны своим традициям и держались подальше от “запутывающих союзов”. Расположенная географически, вдали от театров надвигающихся конфликтов, без стимула к территориальному расширению, с неисчерпаемыми ресурсами и огромным населением, глубоко проникнутая духом свободы и права, эта страна находится в уникальном и привилегированном положении. Таким образом, она способна самостоятельно применять свою колоссальную мощь и моральную мощь на благо всех, более разумно и эффективно, чем в качестве члена лиги.

МЕХАНИСТИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ ЖИЗНИ

В одном из этих биографических очерков, опубликованных в журнале Electrical Experimenter, я подробно остановился на обстоятельствах своей юности и рассказал о несчастье, которое вынудило меня неустанно упражнять воображение и заниматься самонаблюдением. Эта умственная деятельность, поначалу непроизвольная под давлением болезни и страданий, постепенно стала моей второй натурой и в конце концов привела меня к осознанию того, что я всего лишь автомат, лишенный свободы воли в мыслях и действиях и просто реагирующий на силы окружающей среды. Наши тела имеют такую сложную структуру, движения, которые мы выполняем, настолько многочисленны и запутанны, а внешние впечатления, воздействующие на наши органы чувств, до такой степени деликатны и неуловимы, что обычному человеку трудно осознать этот факт. И все же ничто не является более убедительным для опытного исследователя, чем механистическая теория жизни, которая была в какой-то мере понята и предложена Декартом триста лет назад. Но в его время многие важные функции нашего организма были неизвестны, и, особенно в отношении природы света, устройства и работы глаза, философы пребывали в неведении. В последние годы прогресс научных исследований в этих областях был таков, что не оставлял места для сомнений в отношении этой точки зрения, по которой было опубликовано множество работ. Возможно, одним из самых способных и красноречивых ее представителей является Феликс Ле Дантек, бывший ассистент Пастера. Проф. Жак Леб провел замечательные эксперименты по гелиотропизму, четко установив контролирующую силу света в низших формах организмов, и его последняя книга "Вынужденные движения" является откровением. Но в то время как люди науки принимают эту теорию просто как любую другую общепризнанную, для меня это истина, которую я ежечасно демонстрирую каждым своим поступком и мыслью. Сознание внешнего впечатления, побуждающего меня к любому виду напряжения, физического или умственного, всегда присутствует в моем уме. Только в очень редких случаях, когда я находился в состоянии исключительной концентрации, я испытывал трудности с локализацией первоначальных импульсов.

НЕДОСТАТОК НАБЛЮДАТЕЛЬНОСТИ - ФОРМА НЕВЕЖЕСТВА

Гораздо большее число людей никогда не осознают, что происходит вокруг и внутри них, и миллионы становятся жертвами болезней и преждевременно умирают именно по этой причине. Самые обычные, повседневные события кажутся им таинственными и необъяснимыми. Человек может почувствовать внезапную волну печали и напрячь свой мозг в поисках объяснения, хотя он, возможно, заметил, что это было вызвано облаком, закрывающим лучи солнца. Он может увидеть образ дорогого ему друга в условиях, которые он истолковывает как очень необычные, хотя незадолго до этого проходил мимо него на улице или видел где-то его фотографию. Потеряв пуговицу от воротника, он целый час суетится и ругается, будучи не в состоянии визуализировать свои предыдущие действия и непосредственно определить местонахождение предмета. Недостаточная наблюдательность - это всего лишь форма невежества, которая ответственна за многие преобладающие болезненные представления и глупые идеи.

Не более одного из каждых десяти человек не верит в телепатию и другие психические проявления, спиритизм и общение с умершими, и кто отказался бы слушать вольных или невольных обманщиков. Просто чтобы проиллюстрировать, насколько глубоко укоренилась эта тенденция даже среди здравомыслящего американского населения, я могу упомянуть комичный случай.


Доктор Тесла стремительно молодеет. Судите сами по его последней фотографии.

ПСИХИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ

ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ

Незадолго до войны, когда выставка моих турбин в этом городе вызвала широкий резонанс в технических газетах, я ожидал, что среди производителей начнется борьба за обладание изобретением, и у меня были особые планы на этого человека из Детройта, обладающего сверхъестественной способностью накапливать миллионы. Я был настолько уверен в том, что он когда-нибудь появится, что заявил об этом своему секретарю и помощникам как о несомненном факте. И действительно, в одно прекрасное утро группа инженеров из Ford Motor Company обратилась ко мне с просьбой обсудить со мной важный проект. “Разве я тебе не говорил?” Я торжествующе обратился к своим сотрудникам, и один из них сказал: “Вы удивительны, мистер Тесла; все происходит именно так, как вы предсказываете”. Как только эти твердолобые люди сели, я, конечно, сразу же начал превозносить замечательные характеристики моей турбины, когда представители прервали меня и сказали: “Мы все знаем об этом, но мы выполняем особое поручение. Мы создали психологическое общество для исследования психических явлений и хотим, чтобы вы присоединились к нам в этом начинании ”. Я полагаю, эти инженеры никогда не подозревали, как близки они были к тому, чтобы быть уволенными из моего офиса.

ОПРОВЕРЖЕНИЕ СПИРИТИЗМА

С тех пор, как некоторые из величайших людей того времени, лидеры науки, чьи имена бессмертны, сказали мне, что я обладаю необычным умом, я направил все свои мыслительные способности на решение великих проблем, невзирая на жертвы. В течение многих лет я пытался разгадать загадку смерти и жадно следил за любыми духовными проявлениями. Но только однажды за все время моего существования у меня было переживание, которое на мгновение произвело на меня впечатление сверхъестественного. Это было во время смерти моей матери. Я был совершенно измучен болью и долгим бдением, и однажды ночью меня перенесли в здание примерно в двух кварталах от нашего дома. Лежа там беспомощный, я думал, что если моя мать умрет, пока меня не будет рядом с ее кроватью, она наверняка подаст мне знак. За два илитри месяца до этого я был в Лондоне в компании моего покойного друга сэра Уильяма Крукса, когда обсуждался спиритуализм, и я был полностью во власти этих мыслей. Я мог бы не обращать внимания на других мужчин, но был восприимчив к его аргументам, поскольку именно его эпохальная работа по излучающей материи, которую я прочитал еще студентом, побудила меня выбрать профессию электрика. Я размышлял о том, что условия для взгляда в запредельное были самыми благоприятными, поскольку моя мать была гениальной женщиной, особенно выдающейся по силе интуиции. В течение всей ночи каждая клеточка моего мозга была напряжена в ожидании, но ничего не происходило до раннего утра, когда я заснула или, возможно, потеряла сознание и увидела облако, несущее ангельские фигуры изумительной красоты, одна из которых смотрела на меня с любовью и постепенно приобрела черты моей матери. Видение медленно проплыло по комнате и исчезло, и я проснулся от неописуемо сладкой многоголосой песни. В этот момент на меня снизошла уверенность, которую невозможно выразить никакими словами, что моя мать только что умерла. И это было правдой. Я был не в состоянии осознать огромную тяжесть болезненного знания, которое получил заранее, и написал письмо сэру Уильяму Круксу, все еще находясь под влиянием этих впечатлений и имея слабое физическое здоровье. Когда я выздоровел, я долго искал внешнюю причину этого странного проявления и, к моему великому облегчению, мне это удалось после многих месяцев бесплодных усилий. Я видел картину знаменитого художника, аллегорически изображавшую одно из времен года в виде облака с группой ангелов, которые, казалось, действительно парили в воздухе, и это сильно поразило меня. Это было точно то же самое, что появилось в моем сне, за исключением сходства с моей матерью. Музыка звучала из хора в церкви неподалеку во время ранней пасхальной утренней мессы, удовлетворительно объясняя все в соответствии с научными фактами.

Это произошло давным-давно, и с тех пор у меня не было ни малейшей причины менять свои взгляды на психические и духовные явления, для которых нет абсолютно никаких оснований. Вера в них является естественным результатом интеллектуального развития. Религиозные догмы больше не принимаются в их ортодоксальном значении, но каждый человек цепляется за веру в какую-либо высшую силу. У всех нас должен быть идеал, который руководил бы нашим поведением и обеспечивал удовлетворенность, но неважно, будь то идеал веры, искусства, науки или чего-либо еще, при условии, что он выполняет функцию дематериализующей силы. Для мирного существования человечества в целом крайне важно, чтобы возобладала одна общая концепция.

ПОРАЗИТЕЛЬНОЕ ОТКРЫТИЕ ТЕСЛЫ

Хотя мне не удалось получить никаких доказательств в поддержку утверждений психологов и спиритуалистов, я, к своему полному удовлетворению, доказал автоматизм жизни не только путем постоянных наблюдений за индивидуальными действиями, но и с еще большей убедительностью посредством определенных обобщений. Все это равносильно открытию, которое я считаю величайшим событием для человеческого общества и на котором я кратко остановлюсь. Я впервые осознал эту поразительную истину, когда был еще очень молод, но в течение многих лет я интерпретировал то, что заметил, просто как совпадения. А именно, всякий раз, когда мне или человеку, к которому я был привязан, или делу, которому я был предан, причиняли боль другие особым образом, что в народе можно было бы охарактеризовать как самую несправедливую, какую только можно вообразить, я испытывал странную и неопределимую боль, которую, за неимением лучшего термина, я квалифицировал как “космическую”, и вскоре после этого, и неизменно, те, кто причинил ее, приходили в отчаяние. После многих подобных случаев я поделился этим с несколькими друзьями, у которых была возможность убедиться в истинности теории, которую я постепенно сформулировал и которую можно изложить в следующих нескольких словах: наши тела имеют схожую конструкцию и подвергаются одинаковым внешним воздействиям.

Это приводит к подобию реакции и согласованности общих действий, на которых основаны все наши социальные и другие правила и закономерности. Мы - автоматы, полностью контролируемые силами среды, нас швыряет, как пробки на поверхности воды, но мы ошибочно принимаем результирующую импульсов извне за свободную волю. Движения и другие действия, которые мы совершаем, всегда спасают нам жизнь, и, хотя они кажутся совершенно независимыми друг от друга, мы связаны невидимыми узами. Пока организм находится в идеальном порядке, он точно реагирует на побуждающие его факторы, но в тот момент, когда у любого индивидуума возникает какое-то расстройство, его способность к самосохранению ослабевает. Конечно, все понимают, что если человек становится глухим, у него ослабевает зрение или повреждаются конечности, шансы на его дальнейшее существование уменьшаются. Но это также верно, и, возможно, в большей степени, в отношении определенных дефектов мозга, которые в большей или меньшей степени лишают автомат этого жизненно важного качества и заставляют его устремляться к разрушению. Очень чувствительное и наблюдательное существо, с полностью неповрежденным высокоразвитым механизмом, действующее с точностью, подчиняющейся изменяющимся условиям окружающей среды, наделено превосходящим механическим чувством, позволяющим ему избегать опасностей, слишком тонких, чтобы быть непосредственно воспринятыми. Когда он вступает в контакт с другими, чьи контролирующие органы радикально неисправны, это чувство заявляет о себе, и он ощущает "космическую” боль. Истина этого подтверждалась сотнями примеров, и я приглашаю других изучающих природу уделить внимание этому предмету, веря, что благодаря совместным и систематическим усилиям будут достигнуты результаты, имеющие неисчислимую ценность для мира.

ПЕРВЫЙ АВТОМАТ ДОКТОРА ТЕСЛЫ

Идея сконструировать автомат, подтверждающий мою теорию, возникла у меня рано, но я не приступал к активной работе до 1893 года, когда начал свои исследования беспроводной связи. В последующие два или три года я сконструировал ряд автоматических механизмов, приводимых в действие на расстоянии, и выставил их посетителям в своей лаборатории. Однако в 1896 году я сконструировал полноценную машину, способную выполнять множество операций, но завершение моих трудов было отложено до конца 1897 года. Эта машина была проиллюстрирована и описана в моей статье в журнале "Сенчури" за июнь 1900 года и в других периодических изданиях того времени, и, когда ее впервые показали в начале 1898 года, она произвела такую сенсацию, какой не производило ни одно другое мое изобретение. В ноябре 1898 года мне был выдан базовый патент на романное искусство, но только после того, как главный эксперт приехал в Нью-Йорк и стал свидетелем представления, поскольку то, что я утверждал, казалось невероятным. Я помню, что когда позже я посетил чиновника в Вашингтоне с целью предложить это изобретение правительству, он разразился смехом, когда я рассказал ему, чего я достиг. Тогда никто не думал, что существует хоть малейшая перспектива усовершенствовать такое устройство. К сожалению, в этом патенте, следуя совету моих адвокатов, я указал, что контроль осуществляется с помощью одной цепи и детектора хорошо известной формы, по той причине, что я еще не обеспечил защиту своих методов и устройств для индивидуализации. На самом деле, мои лодки управлялись с помощью совместного действия нескольких контуров, и помехи любого рода были исключены. Чаще всего я использовал приемные цепи в виде контуров, включая конденсаторы, потому что разряды моего высоковольтного передатчика ионизировали воздух в зале, так что даже очень маленькая антенна могла часами черпать электричество из окружающей атмосферы. Просто чтобы дать представление, я обнаружил, например, что лампочка диаметром 12 дюймов, сильно разряженная и с одним-единственным выводом, к которому был присоединен короткий провод, могла бы обеспечить тысячу последовательных вспышек, прежде чем весь заряд воздуха в лаборатории был бы нейтрализован. Петлевая форма приемника не была чувствительна к таким помехам, и любопытно отметить, что в последнее время она становится популярной. На самом деле он собирает гораздо меньше энергии, чем антенны или длинный заземленный провод, но так получилось, что он устраняет ряд дефектов, присущих современным беспроводным устройствам. При демонстрации моего изобретения перед аудиторией посетителей просили задавать любые вопросы, какими бы сложными они ни были, и автомат отвечал на них знаками. В то время это считалось волшебством, но было чрезвычайно просто, поскольку ответы с помощью устройства давал я сам.

В тот же период была построена еще одна телеавтоматическая лодка большего размера, фотография которой приведена в этом номере журнала Electrical Experimenter. Он управлялся с помощью петель, имевших несколько витков, размещенных в корпусе, который был сделан полностью водонепроницаемым и способным к погружению. Устройство было аналогично тому, что использовалось в первом, за исключением некоторых специальных функций, которые я ввел, таких как, например, лампы накаливания, которые давали видимое доказательство надлежащего функционирования машины.

ТЕЛЕАВТОМАТИКА БУДУЩЕГО

Эти автоматы, управляемые в пределах видимости оператора, были, однако, первыми и довольно грубыми шагами в эволюции Искусства телеавтоматики в том виде, в каком я ее себе представлял. Следующим логичным усовершенствованием было его применение к автоматическим механизмам за пределами видимости и на большом расстоянии от центра управления, и с тех пор я всегда выступал за их использование в качестве инструментов ведения войны, отдавая предпочтение оружию. Важность этого сейчас, кажется, признана, если судить по случайным сообщениям в прессе о достижениях, которые считаются экстраординарными, но не содержат в себе никаких достоинств новизны, какими бы они ни были. С существующими беспроводными установками практически невозможно запустить самолет, заставить его следовать определенным приблизительным курсом и выполнить некоторую операцию на расстоянии многих сотен миль. Машиной такого типа также можно механически управлять несколькими способами, и я не сомневаюсь, что она может оказаться полезной на войне. Но, насколько мне известно, сегодня не существует инструментов, с помощью которых такая цель могла бы быть достигнута точным образом. Я посвятил годы изучению этого вопроса и разработал средства, позволяющие легко реализовать такие и более великие чудеса. Как уже говорилось в предыдущем случае, когда я был студентом колледжа, я задумал летательный аппарат, совершенно непохожий на нынешние. Лежащий в основе принцип был здравым, но не мог быть реализован на практике из-за отсутствия первопроходца с достаточно большой активностью. В последние годы я успешно решил эту проблему и сейчас проектирую воздушные машины, лишенные опорных плоскостей, элеронов, пропеллеров и другого внешнего навесного оборудования, которые будут способны развивать огромные скорости и, весьма вероятно, станут весомыми аргументами в пользу мира в ближайшем будущем. Такая машина, работающая исключительно за счет реакции, показана на одной из страниц и, как предполагается, управляется либо механически, либо с помощью беспроводной энергии. Установив соответствующие установки, станет практически возможным запустить ракету такого типа в воздух и сбросить ее почти в том самом указанном месте, которое может находиться за тысячи миль от нас. Но мы не собираемся останавливаться на этом. В конечном счете будут созданы телеавтоматы, способные действовать так, как будто обладают собственным интеллектом, и их появление произведет революцию. Еще в 1898 году я предложил представителям крупного производственного концерна сконструировать и выставить на всеобщее обозрение автомобильную повозку, которая, предоставленная самой себе, выполняла бы большое разнообразие операций, связанных с чем-то сродни суждению. Но в то время мое предложение сочли химерическим, и из него ничего не вышло.

В настоящее время многие из самых способных умов пытаются разработать способы предотвращения повторения ужасного конфликта, который только теоретически закончился и продолжительность и основные проблемы которого я правильно предсказал в статье, напечатанной в Sun от 20 декабря 1914 года. Предлагаемая Лига не является средством правовой защиты, но, напротив, по мнению ряда компетентных людей, может привести к прямо противоположным результатам. Особенно прискорбно, что при определении условий мира была принята карательная политика, потому что через несколько лет страны смогут воевать без армий, кораблей или пушек, гораздо более страшным оружием, разрушительному действию и дальности действия которого практически нет предела. Любой город, находящийся на каком бы то ни было расстоянии от врага, может быть разрушен им, и никакая сила на земле не сможет помешать ему сделать это. Если мы хотим предотвратить надвигающееся бедствие и такое положение вещей, которое может превратить этот земной шар в ад, мы должны без промедления продвигать разработку летательных аппаратов и беспроводной передачи энергии, используя всю мощь и ресурсы нации.

Другие Статьи

ИЗ ЖУРНАЛА ELECTRICAL EXPERIMENTER

ЗНАМЕНИТЫЕ НАУЧНЫЕ ИЛЛЮЗИИ

ФЕВРАЛЬ 1919 г.

_______________

В этой оригинальной и революционизирующей дискуссии Никола Тесла дает нам действительно новую пищу для размышлений. Первое — Вращается ли Луна вокруг своей оси? Второй — корректен ли заостренный громоотвод Франклина с точки зрения теории и эксплуатации? В—третьих, распространяются ли беспроводные сигналы в космосе посредством так называемых волн Герца в эфире, или они распространяются через землю с огромной скоростью посредством колебаний, связанных с землей? Всемирно известные головоломки — это вопросы, на которые по-разному отвечали некоторые из величайших ученых. Доктор Тесла виртуозно объясняет эти три преобладающих научных заблуждения, так что каждый может их понять.

Более полутора столетий весь мир, образованный и не очень, думал, что Луна вращается вокруг своей оси. Никола Тесла в настоящей весьма поучительной статье опровергает эту теорию и убедит ученых и всех остальных в том, что Луна ничего подобного не делает.

В течение тысячелетий считалось, что солнце и звезды вращаются вокруг земли, и для подтверждения этой теории были предоставлены всевозможные экспериментальные доказательства. Знаменитый Галилей думал иначе, и сегодня каждый знает, что земля вращается вокруг Солнца.

Так же обстоит дело и с открытием Теслы. Тесла также во второй части настоящей статьи показывает нам, что древняя и проверенная временем теория, выдвинутая Бенджамином Франклином относительно громоотвода, по существу не верна с точки зрения современной науки. Даже для наших профессоров будет шоком, что громоотвод на самом деле помогает молнии попасть в здание. Причина в том, что громоотвод способствует ионизации (приданию проводимости) окружающему воздуху. Мистер Тесла изобрел громоотвод без наконечников, и нет никаких сомнений в том, что его теория верна. Ученые всего мира очень скоро это признают. В третьем разделе той же статьи Тесла разоблачает еще одно популярное заблуждение, а именно, что беспроводные волны следуют за изгибом земли, когда передаются сообщения, скажем, из точки в Соединенных Штатах в точку в Европе. В своих революционных аргументах, подкрепленных как фактами, так и логикой, Тесла показывает, почему токи проходят не вокруг земли, а непосредственно через нее. Другими словами, Тесла утверждает, что беспроводная связь осуществляется только через посредство самой земли. Его утверждение кажется очень обоснованным. Если бы это было не так, пусть каждая беспроводная станция, коммерческая или иная, откажется от подключения к земле. Ни одна из них не могла бы тогда работать, как хорошо известно, за исключением, возможно, очень ограниченных расстояний.

Настоящая статья мистера Теслы вызовет широкий резонанс во всем мире благодаря содержащейся в ней революционной философии. Мы уверены, что наши читатели по достоинству оценят самую своевременную и содержательную статью мистера Теслы на эту, но малоизученную тему.

Человеческий мозг, при всех его замечательных возможностях и мощи, далек от того, чтобы быть безупречным аппаратом. Большинство его частей могут находиться в идеальном рабочем состоянии, но некоторые из них атрофированы, неразвиты или вообще отсутствуют. Великие люди всех классов и профессий — ученые, изобретатели и трезвомыслящие финансисты — прославили себя невероятными теориями, неработоспособными устройствами и неосуществимыми схемами. Сомнительно, что можно было бы найти хоть одну работу какого-либо человека, свободную от ошибок. Не существует такой вещи, как безошибочный мозг. Неизменно некоторые клетки или волокна испытывают недостаток или не реагируют, что является результатом нарушения суждений, чувства меры или какой-либо другой способности. Гениальный и в высшей степени практичный человек, чье имя стало нарицательным, потратил лучшие годы своей жизни на дальновидное начинание. Знаменитый физик был неспособен проследить направление электрического тока в соответствии с по-детски простым правилом. Писатель, который, как известно, читал наизусть целые тома, никогда не был способен удержать в памяти и пересказать в надлежащем порядке слова, обозначающие цвета радуги, и может установить их только после долгих и кропотливых размышлений, как это ни странно.

Наши органы восприятия тоже несовершенны и обманчивы. Как подобие жизни создается быстрой сменой неодушевленных картинок, так и многие из наших восприятий являются всего лишь обманом чувств, лишенным реальности. Величайшими триумфами человека были те, в которых его разум должен был освободиться от влияния обманчивых видимостей. Таково было откровение Будды о том, что самость - это иллюзия, вызванная постоянством и непрерывностью ментальных образов: открытие Коперника о том, что, вопреки всем наблюдениям, эта планета вращается вокруг солнца; признание Декарта о том, что человек - это автомат, управляемый внешним воздействием, и идея о том, что земля сферическая, которая привела Колумба к открытию этого континента. И хотя умы людей дополняют друг друга, а наука и опыт постоянно устраняют ошибки и заблуждения, большая часть наших нынешних знаний все еще неполна и ненадежна. В математике есть софизмы, которые невозможно опровергнуть. Даже в чистом рассуждении, свободном от недостатков символических процессов, арку часто сковывают сомнения, которые не в состоянии развеять самый сильный интеллект. Экспериментальная наука сама по себе, самая позитивная из всех, не является неизменной. Далее я рассмотрю три исключительно интересные ошибки в интерпретации и применении физических явлений, которые на протяжении многих лет доминировали в умах экспертов и людей науки.

I. ИЛЛЮЗИЯ ОСЕВОГО

ВРАЩЕНИЕ ЛУНЫ

Со времен открытия Галилея хорошо известно, что Луна, путешествуя в космосе, всегда поворачивается к земле одной и той же стороной. Это объясняется тем, что, проходя один раз вокруг своей материнской планеты, лунный шар совершает всего один оборот вокруг своей оси. Вращательное движение небесного тела с течением времени обязательно должно претерпевать изменения, будучи либо замедленным из-за внутренних или внешних сопротивлений, либо ускоренным из-за усадки и других причин. Очевидно, что неизменная скорость вращения на всех этапах эволюции планеты невозможна. Тогда стоит ли удивляться, что в этот самый момент своего долгого существования наш спутник вращается именно так, а не быстрее или медленнее. Но многие астрономы приняли как физический факт, что такое вращение имеет место. Это не так, а только кажется таковым; это иллюзия, к тому же весьма удивительная. Я попытаюсь прояснить это, обратившись к рис. 1, на котором E представляет землю, а M - Луну. Движение в пространстве таково, что стрелка, прочно прикрепленная к последнему, всегда занимает положение, указанное относительно земли. Если кто-то вообразит, что он смотрит вниз на орбитальную плоскость и следит за движением, он убедится, что Луна действительно вращается вокруг своей оси во время своего движения. Но в этом самом действии наблюдатель обманет себя. Чтобы иллюзия была полной, пусть он возьмет шайбу с аналогичной маркировкой и, поддерживая ее с возможностью вращения в центре, пронесет ее вокруг неподвижного объекта, постоянно держа стрелку направленной в сторону последнего. Хотя для его телесного зрения диск будет вращаться вокруг своей оси, такого движения не существует. Он может сразу развеять иллюзию, крепко держа шайбу во время обхода. Теперь он легко увидит, что предполагаемое осевое вращение только кажущееся, впечатление создается последовательными изменениями положения в пространстве.


РИС. 1. Хорошо известно, что луна, M, всегда обращена одной и той же стороной к земле, E, как показано черными стрелками. Параллельные лучи солнца освещают Луну в ее последовательных орбитальных положениях, как показано незатененными полукругами. Имея это в виду, верите ли вы, что Луна вращается вокруг своей оси?

Но можно привести более убедительные доказательства того, что Луна не вращается и не может вращаться вокруг своей оси. Имея в виду этот объект, обращаем внимание на рис. 2, на котором и спутник M, и земля E показаны встроенными в твердую массу M1 (обозначена штриховой линией) и, как предполагается, вращаются так, чтобы передавать Луне ее нормальную скорость перемещения. Очевидно, что если бы лунный шар мог вращаться, как принято считать, это было бы в равной степени верно для любой другой части массы M1, такой как сфера M2, показанная пунктирными линиями, и тогда часть, общая для обоих тел, должна была бы вращаться одновременно в противоположных направлениях. Это можно экспериментально проиллюстрировать предложенным способом, используя вместо одной две перекрывающиеся поворотные шайбы, которые могут быть удобно представлены окружностями M и M2, и перенося их вокруг центра в виде E, так что простые и пунктирные стрелки всегда указывают на один и тот же центр. Не требуется дополнительных аргументов, чтобы продемонстрировать, что эти два вращения не могут сосуществовать или даже быть представлены в воображении и согласованы в чисто абстрактном смысле.


РИС. 2. Концепция Теслы о вращении луны, M, вокруг земли, E; Луна в этой демонстрационной гипотезе рассматривается как заключенная в твердую массу, M1. Если, как принято считать, луна вращается, это было бы в равной степени верно для части массы M1, а часть, общая для обоих тел, вращалась бы одновременно в “противоположных” направлениях.

Правда в том, что так называемое “осевое вращение” Луны - явление, обманчивое как для глаз, так и для разума и лишенное физического смысла. Это не имеет ничего общего с реальной массовой революцией, характеризующейся положительными и безошибочными эффектами. На эту тему написаны тома, и в поддержку этой идеи выдвинуто множество ошибочных аргументов. Таким образом, утверждается, что если бы планета не вращалась вокруг своей оси, то с земли была бы видна вся поверхность; поскольку видна только половина, она должна вращаться. Первое утверждение верно, но логика второго несовершенна, поскольку оно допускает только одну альтернативу. Вывод не оправдан, поскольку тот же внешний вид может быть получен и другим способом. Луна действительно вращается, но не сама по себе, а вокруг оси, проходящей через центр Земли, истинной и единственной.

Однако неизменным критерием вращения массы является наличие энергии движения. Луна не обладает такой видимостью. Если бы это было так, то вращающееся тело типа M1 содержало бы механическую энергию, отличную от той, о которой у нас есть экспериментальные доказательства. Независимо от этого, столь точное совпадение осевого и орбитального периодов само по себе крайне маловероятно, поскольку это не является постоянным состоянием, к которому стремится система. Любое осевое вращение массы, предоставленной самой себе, замедляемое внешними или внутренними силами, должно прекратиться. Даже если допустить, что она полностью контролируется приливами, совпадение все равно было бы чудесным. Но когда мы вспоминаем, что большинство спутников проявляют эту особенность, вероятность становится бесконечно малой.

Были выдвинуты три теории происхождения Луны. Согласно старейшей теории, предложенной великим немецким философом Кантом и развитой Лаплаком в его монументальном трактате “Механика Селеста”, планеты были оторваны от более крупных центральных масс центробежной силой. Почти сорок лет назад профессор. Джордж Х. Дарвин в мастерском эссе о приливном трении представил математические доказательства, которые считались неопровержимыми, того, что Луна отделилась от Земли. Недавно эта устоявшаяся теория подверглась нападкам профессора Т. Дж. Дж. Си в замечательной работе “Эволюция звездных систем”, в которой он выдвигает точку зрения, что центробежной силы было совершенно недостаточно, чтобы вызвать разделение, и что все планеты, включая Луну, прибыли из глубин космоса и были захвачены. Существует еще третья гипотеза неизвестного происхождения, которая была рассмотрена и прокомментирована профессором У. Х. Пикерингом в “Популярной астрономии 1907 года”, и согласно которой Луна была оторвана от земли, когда последняя частично затвердела, что объясняет образование континентов, которые иначе не могли бы образоваться. Несомненно, планеты и спутники возникли обоими путями, и, на мой взгляд, нетрудно установить характер их рождения. Можно смело сделать следующие выводы:

1. Небесное тело, оттолкнутое от более крупного, не может вращаться вокруг своей оси. Масса, ставшая текучей под совместным действием тепла и давления, при уменьшении последнего немедленно застывает, будучи в то же время деформированной под действием силы тяжести. Форма становится постоянной после охлаждения и затвердевания, и меньшая масса продолжает двигаться вокруг большей, как если бы она была жестко связана с ней, за исключением маятниковых колебаний или либраций из-за изменения орбитальной скорости. Такое движение исключает возможность осевого вращения в строго физическом смысле. Луна никогда не вращалась, о чем хорошо свидетельствует тот факт, что самые точные измерения не показали какого-либо заметного уплощения формы.

2. Если планетарное тело при своем орбитальном движении поворачивается той же стороной к центральной массе, это является положительным доказательством того, что оно было отделено от последней и является истинным спутником.

3. Планета, вращающаяся вокруг своей оси при прохождении вокруг другой, не может быть сброшена с нее, но должна быть захвачена.

II. ОШИБОЧНОСТЬ ЗАОСТРЕННОГО ГРОМООТВОДА ФРАНКЛИНА

Проявление атмосферного электричества с незапамятных времен было одним из самых удивительных зрелищ, доступных взору человека. Его величие и мощь наполнили его страхом и суевериями. На протяжении веков он приписывал молнию богоподобным и сверхъестественным агентам, и ее назначение в схеме этой вселенной оставалось ему неизвестным. Теперь мы узнали, что воды океана поднимаются солнцем и поддерживаются в атмосфере в тонком взвешенном состоянии, что они уносятся в отдаленные регионы земного шара, где электрические силы проявляют себя, нарушая чувствительный баланс и вызывая выпадение осадков, поддерживая таким образом всю органическую жизнь. Есть все основания надеяться, что человек вскоре сможет контролировать этот животворящий поток воды и тем самым решить многие насущные проблемы своего существования.

Атмосферное электричество приобрело особый научный интерес во времена Франклина. Фарадей еще не объявил о своих эпохальных открытиях в области магнитной индукции, но статические машины трения уже широко использовались в физических лабораториях. Мощный ум Франклина сразу же пришел к выводу, что электричество трения и атмосферное электричество идентичны. На наш нынешний взгляд, этот вывод кажется очевидным, но в его время сама мысль об этом была чуть ли не богохульством. Он исследовал эти явления и утверждал, что если бы они имели одинаковую природу, то облака можно было бы разрядить точно так же, как шар статической машины, и в 1749 году он указал в опубликованных мемуарах, как это можно сделать с помощью заостренных металлических стержней.

Самые ранние испытания были проведены Далибрандом во Франции, но сам Франклин был первым, кто добыл искру с помощью воздушного змея в июне 1752 года. Когда эти атмосферные разряды проявляются сегодня на нашей радиостанции, мы чувствуем раздражение и желаем, чтобы они прекратились, но у человека, который их обнаружил, они вызвали слезы радости.

Громоотвод в его классической форме был изобретен Бенджамином Франклином в 1755 году и сразу же после принятия на вооружение оказался в определенной степени успешным. Однако, как обычно, его достоинства часто преувеличивались. Так, например, всерьез утверждалось, что в городе Пятермарицбург (столица штата Натал, Южная Африка) после установки заостренных стержней не произошло ударов молнии, хотя штормы были такими же частыми, как и раньше. Опыт показывает, что верно как раз обратное. Современный город, такой как Нью-Йорк, имеющий бесчисленное количество острых точек и выступов, хорошо соприкасающихся с землей, подвергается ударам гораздо чаще, чем эквивалентная площадь суши. Статистические отчеты, тщательно собираемые и время от времени публикуемые, демонстрируют, что опасность от молнии для имущества и жизни была снижена до небольшого процента благодаря изобретению Франклина, но ущерб от пожаров, тем не менее, составляет несколько миллионов долларов ежегодно. Удивительно, что это устройство, которое используется повсеместно уже более полутора столетий, как оказалось, содержит грубую ошибку в проектировании и конструкции, которая снижает его полезность и может даже сделать его использование опасным при определенных условиях.

Для объяснения этого любопытного факта я могу сначала обратиться к рис. 3, на котором s представляет собой металлическую сферу радиуса r, такую как клемма емкости статической машины, снабженную заостренным штырем длиной h, как указано. Хорошо известно, что последний обладает свойством быстро рассеивать накопленный заряд в воздухе. Чтобы изучить это действие в свете современных знаний, мы можем сравнить электрический потенциал с температурой. Представьте , что сфера s нагрета до T градусов и что штырь или металлический стержень является идеальным проводником тепла , так что его крайний конец имеет ту же температуру T. Затем, если вокруг первой нарисовать другую сферу большего радиуса, v1, и температура вдоль этой границы будет равна T1, очевидно, что между концом стержня и окружающей его средой будет разница температур T – T1, которая будет определять отток тепла. Очевидно, что если бы горячая сфера не воздействовала на соседнюю среду, эта разница температур была бы больше и выделялось бы больше тепла. Точно так же обстоит дело и с электрической системой. Пусть q — величина заряда, тогда сфера — и из-за ее большой проводимости также штырь - будут иметь потенциал q / r. Среда вокруг острия штыря будет иметь потенциал q/r2 = q/(r+h) и, следовательно, разность q/r - q/(r+h) = qh/r(r+h). Предположим теперь, что используется сфера s гораздо большего радиуса R = nr, содержащая заряд Q, эта разность потенциалов будет аналогично Qh/ R(R+ h). Согласно элементарным принципам электростатики, потенциалы двух сфер s и S будут равны, если Q = nq, и в этом случае Qh/R(R+h) = nqh/nr(nr+h) = qh/r(nr+h).


РИС. 3. Схема, используемая для объяснения ошибочности заостренного громоотвода Франклина, и аналогия, по которой автор ясно показывает, как заряженную сферу можно для иллюстрации рассматривать как нагретую до высокой степени, и теплу позволено выходить с известной скоростью.

Таким образом, разница потенциалов между острием штыря и окружающей средой будет меньше в соотношении (r+ h) / (nr + h) при использовании большой сферы. Во многих научных тестах и экспериментах это важное наблюдение игнорировалось, что приводило к серьезным ошибкам. Его значение заключается в том, что поведение заостренного стержня полностью зависит от линейных размеров наэлектризованного тела. Его способность выделять заряд может быть полностью утрачена, если последний будет очень большим. По этой причине все точки или выступы на поверхности проводника таких огромных размеров, как земля, были бы совершенно неэффективны, если бы не другие воздействия. Это будет разъяснено со ссылкой на рис. 4, на котором наш художник школы импрессионизма подчеркнул идею Франклина о том, что его стержень извлекал электричество из облаков.


РИС. 4. Тесла объясняет ошибочность заостренного громоотвода Франклина, проиллюстрированного здесь, и показывает, что обычно такой стержень не мог вырабатывать электричество в одном облаке в течение многих лет. Плотность точек указывает на интенсивность зарядов.

Если бы земля не была окружена атмосферой, которая обычно заряжена противоположно, она вела бы себя, несмотря на все свои неровности поверхности, как полированная сфера. Но из-за наэлектризованных масс воздуха и облаков распределение сильно изменяется. Таким образом, на рис. 4 положительный заряд облака индуцирует на земле эквивалентный противоположный заряд, причем плотность на поверхности последнего уменьшается пропорционально кубу расстояния от статического центра облака. Затем на конце стержня образуется щеточный разряд, и происходит действие, которое ожидал Франклин. Кроме того, окружающий воздух ионизируется и становится проводящим, и, в конечном итоге, разряд может попасть в здание или какой-либо другой объект, находящийся поблизости. Однако способность заостренного конца рассеивать заряд, которая была главной в сознании Франклина, бесконечно мала. Тщательные измерения показывают, что пройдет много лет, прежде чем электричество, накопленное в одном облаке среднего размера, будет отведено или нейтрализовано через такой громоотвод. Заземленный стержень обладает свойством обезвреживать большую часть ударов, которые он получает, хотя иногда заряд отводится с разрушительными результатами. Но, что очень важно отметить, это сопряжено с опасностью из-за ошибочности, заложенной в его конструкцию. Острый наконечник, который считался полезным и незаменимым для его работы, на самом деле является дефектом, значительно снижающим практическую ценность устройства. Я разработал значительно улучшенную форму молниезащиты, характеризующуюся использованием клеммы значительной площади и большого радиуса кривизны, что делает невозможными чрезмерную плотность заряда и ионизацию воздуха. Эти защитные средства действуют как квазиотталкивающие средства, и до сих пор ни разу не подвергались ударам, хотя и подвергались длительному воздействию. Экспериментально продемонстрировано, что их безопасность значительно превосходит ту, которую изобрел Франклин. С их помощью можно спасти имущество стоимостью в миллионы долларов, которое сейчас ежегодно теряется.

III. СТРАННОЕ НЕПРАВИЛЬНОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ О БЕСПРОВОДНОЙ СВЯЗИ

В массовом сознании это сенсационное достижение производит впечатление единственного изобретения, но на самом деле это искусство, успешная практика которого предполагает использование огромного количества открытий и усовершенствований. Я рассматривал его именно так, когда взялся за решение проблем беспроводной связи, и именно благодаря этому факту мое понимание его основополагающих принципов было ясным с самого начала.

В ходе разработки моих асинхронных двигателей стало желательным эксплуатировать их на высоких оборотах, и для этой цели я сконструировал генераторы переменного тока относительно высоких частот. Поразительное поведение токов вскоре привлекло мое внимание, и в 1889 году я начал систематическое исследование их свойств и возможностей практического применения. Первым отрадным результатом моих усилий в этом направлении стала передача электрической энергии по одному проводу без возврата, которую я демонстрировал в своих лекциях и выступлениях перед несколькими научными организациями здесь и за рубежом в 1891 и 1892 годах. В течение того периода, когда я работал со своими колебательными трансформаторами и динамо-машинами с частотой до 200 000 циклов в секунду, мной постепенно овладела идея, что вместо провода можно использовать землю, таким образом, полностью отказавшись от искусственных проводников. Необъятность земного шара казалась непреодолимым препятствием, но после длительного изучения предмета я убедился, что начинание было рациональным, и в своих лекциях перед Институтом Франклина и Национальной ассоциацией электрического освещения в начале 1893 года я в общих чертах изложил задуманную мной систему. Во второй половине того же года на Всемирной выставке в Чикаго мне посчастливилось встретиться с профессором. Гельмгольцем, которому я объяснил свой план, иллюстрируя его экспериментами. По этому случаю я попросил знаменитого физика высказать мнение о осуществимости этой схемы. Он без колебаний заявил, что это практически осуществимо, при условии, что я смогу усовершенствовать аппарат, способный привести это в действие, но это, как он предвидел, будет чрезвычайно трудно осуществить.

Я возобновил работу, очень воодушевленный, и с этой даты до 1896 года продвигался медленно, но неуклонно, внося ряд улучшений, главным из которых была моя система связанных настроенных цепей и метод регулирования, ныне принятый повсеместно. Летом 1897 года лорд Кельвин случайно проезжал через Нью-Йорк и оказал мне честь посещением моей лаборатории, где я развлек его демонстрациями в поддержку моей теории беспроводной связи. Он был изрядно увлечен увиденным, но, тем не менее, решительно осудил мой проект, назвав его чем-то невозможным, “иллюзией и ловушкой”. Я ожидал его одобрения и был огорчен и удивлен. Но на следующий день он вернулся и предоставил мне лучшую возможность для объяснения моих достижений и истинных принципов, лежащих в основе разработанной мной системы. Внезапно он заметил с явным удивлением: “Значит, вы не используете волны Герца?” “Конечно, нет, ” ответил я, “ это излучения. Никакая энергия не могла бы быть экономично передана на расстояние каким-либо подобным средством. В моей системе это процесс истинной проводимости, который, теоретически, может быть осуществлен на самом большом расстоянии без заметных потерь. ” Я никогда не смогу забыть волшебную перемену, произошедшую с прославленным философом в тот момент, когда он освободился от этого ошибочного впечатления. Скептик, который не хотел верить, внезапно превратился в самого горячего сторонника. Он расстался со мной не только полностью убежденным в научной обоснованности этой идеи, но и решительно выразил свою уверенность в ее успехе. В своем изложении я прибегнул к следующим механическим аналогам моей собственной системы и волновой системы Герца.

Представьте, что земля - это резиновый мешок, наполненный водой, небольшое количество которой периодически нагнетается в него и выпускается из него с помощью поршневого насоса, как показано на рисунке. Если удары последнего производятся с интервалом более одного часа и сорока восьми минут, достаточным для передачи импульса по всей массе, весь мешок будет расширяться и сжиматься, и соответствующие движения будут сообщаться манометрам или подвижным поршням с одинаковой интенсивностью, независимо от расстояния. При более быстрой работе насоса будут создаваться более короткие волны, которые, достигнув противоположного конца мешка, могут отражаться и создавать неподвижные узлы и петли, но в любом случае, поскольку жидкость несжимаема, ее окружающая среда идеально эластична, а частота колебаний не очень высока, энергия будет передаваться экономично и потребляться очень мало энергии, пока в приемниках не выполняется никакой работы. Это грубое, но правильное представление моей беспроводной системы, в котором, однако, я прибегаю к различным усовершенствованиям. Так, например, насос становится частью резонансной системы с большой инерцией, что значительно увеличивает силу поступающих импульсов. Приемные устройства оснащены аналогичным образом, и таким образом количество собираемой в них энергии значительно увеличилось.

Волновая система Герца во многих отношениях прямо противоположна этой. Чтобы объяснить это по аналогии, предполагается, что поршень насоса вибрирует взад-вперед с огромной скоростью, а отверстие, через которое жидкость поступает в цилиндр и выходит из него, уменьшено до небольшого отверстия. Движение жидкости практически отсутствует, и почти вся выполняемая работа приводит к выделению лучистого тепла, бесконечно малая часть которого извлекается в отдаленной местности. Каким бы невероятным это ни было, это правда, что умы некоторых из самых способных экспертов с самого начала были и остаются одержимыми этой чудовищной идеей, и так получилось, что настоящее искусство беспроводной связи, основу которого я заложил в 1893 году, затормозилось в своем развитии на двадцать лет. Это причина, по которой “статика” оказалась непобедимой, почему акции wireless имеют небольшую ценность и почему правительство было вынуждено вмешаться.

Мы живем на планете почти невообразимых размеров, окруженной слоем изолирующего воздуха, над которым находится разреженная и проводящая атмосфера (рис. 5). Это провиденциально, поскольку, если бы весь воздух был проводящим, передача электрической энергии через естественные среды была бы невозможна. Мои ранние эксперименты показали, что токи высокой частоты и большого напряжения легко проходят через атмосферу, но умеренно разреженную, так что изолирующий слой уменьшается до небольшой толщины, как будет видно при рассмотрении рис. 6, на котором показана часть земли и ее газовая оболочка в масштабе. Если радиус сферы равен 12½ дюйма, то толщина непроводящего слоя составляет всего 1/64 дюйма, и будет очевидно, что лучи Герца не могут пройти такую тонкую щель между двумя проводящими поверхностями на сколько-нибудь значительное расстояние, не будучи поглощенными. Была серьезно выдвинута теория о том, что эти излучения распространяются по земному шару путем последовательных отражений, но чтобы показать абсурдность этого предположения, сделана ссылка на рис. 7, на котором этот процесс показан схематически. Предполагая, что преломления нет, лучи, как показано справа, будут проходить вдоль сторон многоугольника, очерченного вокруг твердого тела и вписанного в границу проводящего газа, и в этом случае длина стороны составит около 400 миль. Поскольку длина половины окружности земли составляет примерно 12 000 миль, будет примерно тридцать отклонений. Эффективность такого отражателя не может превышать 25 процентов, так что, если бы энергия передатчика не терялась другими способами, восстановленная часть была бы измерена долей (¼) 30. Пусть передатчик излучает волны Герца со скоростью 1000 киловатт. Тогда около ста пятнадцати миллиардных долей от одного ватта - это все, что было бы собрано в идеальном приемнике. По правде говоря, отражений было бы гораздо больше, как показано слева на рисунке, и в силу этой и других причин, на которых нет необходимости останавливаться, восстановленное количество было бы исчезающей величиной.


РИС. 5 и рис. 6. Разрез Земли и ее атмосферной оболочки, нарисованный в масштабе. Очевидно, что лучи Герца не могут пройти такую тонкую щель между двумя проводящими поверхностями на сколько-нибудь значительное расстояние, не будучи поглощенными, говорит доктор Тесла, обсуждая теорию эфирно-пространственных волн.


РИС. 7. Теория была серьезно продвинута и ее преподавали о том, что колебания волн радиоэфира проходят вокруг земли путем последовательных отражений, как показано здесь. КПД такого отражателя не может превышать 25 процентов; количество энергии, извлекаемой при передаче на расстояние 12 000 миль, составляет всего лишь сто пятнадцатимиллиардную часть одного ватта при мощности передатчика в 1000 киловатт.

Рассмотрим теперь процесс, происходящий при передаче с помощью средств и методов моего изобретения. С этой целью обращаем внимание на рис. 8, который дает представление о способе распространения волн тока и в значительной степени не требует пояснений. На рисунке изображено солнечное затмение с тенью Луны, которая только касается поверхности земли в точке, где расположен передатчик. По мере движения тени вниз она будет распространяться по поверхности земли, сначала с бесконечной, а затем постепенно уменьшающейся скоростью, пока на расстоянии около 6000 миль не достигнет своей истинной скорости в космосе. С этого момента он будет двигаться с возрастающей скоростью, достигая бесконечного значения в противоположной точке земного шара. Вряд ли нужно уточнять, что это всего лишь иллюстрация, а не точное представление в астрономическом смысле.


РИС. 8. Эта диаграмма иллюстрирует, как во время солнечного затмения тень луны проходит над землей с изменяющейся скоростью, и ее следует изучать в связи с рисунком 9. Сначала тень движется вниз с бесконечной скоростью. Затем со своей истинной скоростью в пространстве и, наконец, снова с бесконечной скоростью.

Точный закон будет легко понят при обращении к рис. 9, на котором показана схема передачи, подключенная к земле и антенне. При работе передатчика возникают два эффекта: волны Герца проходят через воздух, а ток проходит через землю. Первые распространяются со скоростью света, и их энергия невосполнима в цепи. Последнее происходит со скоростью, изменяющейся как косекансная угла, который образует радиус, проведенный из любой рассматриваемой точки, с осью симметрии волн. В начале координат скорость бесконечна, но постепенно уменьшается до тех пор, пока не будет пройден квадрант, когда скорость равна скорости света. С этого момента она снова увеличивается, становясь бесконечной у антиполя. Теоретически энергия этого тока может быть восстановлена полностью в должным образом настроенных приемниках.


РИС. 9. Теория.


Всемирная беспроводная передача электрических сигналов Теслой, а также света и энергии, здесь проиллюстрирована в теории, аналогии и реализации. Эксперименты Теслы со 100-футовыми разрядами при потенциалах в миллионы вольт продемонстрировали, что волны Герца бесконечно малы по своему действию и не поддаются восстановлению; восстанавливаемые наземные волны Теслы проходят “сквозь землю”. Радиоинженеры постепенно начинают прозревать и понимать, что законы распространения, установленные Теслой более четверти века назад, составляют реальную основу всех современных беспроводных передач.

Некоторые эксперты, которым я приписываю лучшие знания, в течение многих лет утверждали, что мои предложения передавать энергию без проводов - сущая бессмыслица, но я отмечаю, что с каждым днем они становятся все более осторожными. Последнее возражение против моей системы заключается в дешевизне бензина. Эти люди работают под впечатлением, что энергия течет во всех направлениях и что, следовательно, только незначительное количество может быть восстановлено в любом отдельном приемнике. Но это далеко не так. Энергия передается только в одном направлении, от передатчика к приемнику, и нигде больше она не теряется. В любой точке земного шара вполне реально получить энергию, достаточную для управления самолетом, прогулочным катером или для освещения жилища. Я особенно оптимистичен в отношении освещения изолированных мест и считаю, что вряд ли можно придумать более экономичный и удобный метод. Будущее покажет, так ли точны мои предвидения сейчас, как это доказывалось до сих пор.

ЯЙЦО КОЛУМБА ТЕСЛЫ

МАРТ 1919 ГОДА

_______________

КАК ТЕСЛА СОВЕРШИЛ ПОДВИГ

КОЛУМБА БЕЗ РАЗБИВАНИЯ ЯЙЦА

Вероятно, одним из самых далеко идущих и революционных открытий, сделанных мистером Теслой, является так называемое вращающееся магнитное поле. Это новое и удивительное проявление силы — магнитный циклон, производящий поразительные явления— которые поразили мир, когда он впервые показал их. Это является результатом совместного действия двух или более переменных токов, определенно связанных друг с другом и создающих магнитные потоки, которые своим периодическим подъемом и спадом в соответствии с математическим законом вызывают непрерывное смещение силовых линий. Существует огромная разница между обычным электромагнитом и магнитом, изобретенным Теслой. В первом случае линии неподвижны, во втором они вращаются с бешеной скоростью. Первый притягивает кусок железа и крепко удерживает его; второй заставляет его вращаться в любом направлении и с любой желаемой скоростью. Давным-давно, когда Тесла был еще студентом, ему пришла в голову идея вращающегося магнитного поля, и этот замечательный принцип воплощен в его знаменитом асинхронном двигателе и системе передачи энергии, которые сейчас используются повсеместно.

В этом выпуске журнала "Экспериментатор-электрик" мистер Тесла дает замечательный отчет о своих первых усилиях и испытаниях в качестве изобретателя и о своем конечном успехе. В отличие от других технических достижений, достигнутых с помощью обычных методов попадания и промаха и бессистемных экспериментов, вращающееся поле было чисто результатом научного воображения. Тесла разработал и усовершенствовал, полностью в своем воображении, эту великую идею во всех ее деталях и приложениях, не проводя ни единого эксперимента. Не использовалась даже обычная первая модель. Когда различные виды аппаратов, которые он изобрел, были опробованы в первый раз, они работали именно так, как он себе представлял, и он получил около сорока фундаментальных патентов, охватывающих весь обширный регион, который он исследовал. Он получил первые ротации летом 1883 года после пяти лет постоянных и напряженных размышлений на эту тему, а затем взялся за не менее сложную задачу - найти сторонников своего открытия. Переменный ток был понят лишь несовершенно, у него не было доверия ни к инженерам, ни к электрикам, и долгое время Тесла оставался глух к разговорам. Но, в конечном счете, его усилия были вознаграждены, и в начале 1887 года была создана компания, носящая его имя, для коммерческого внедрения изобретения.

Доктор Тесла недавно рассказал редакторам забавный случай в этой связи. Он обратился к капиталисту с Уолл-стрит - известному юристу — с целью получения финансовой поддержки, и этот джентльмен пригласил своего друга, хорошо известного инженера, возглавляющего одну из крупных корпораций в Нью-Йорке, чтобы тот рассказал о достоинствах схемы. Этот человек был экспертом-практиком, который знал о сбоях в промышленной эксплуатации переменного тока и был явно предвзят до такой степени, что не заботился даже о том, чтобы присутствовать при некоторых испытаниях. После нескольких обескураживающих конференций на мистера Теслу снизошло вдохновение. Все слышали о “Яйце Колумба”. Говорят, что на одном из обедов великий исследователь попросил некоторых насмешников над его проектом уравновесить яйцо на конце. Они тщетно пытались это сделать. Затем он взял его и, слегка расколов скорлупу легким ударом, заставил встать вертикально. Возможно, это миф, но факт остается фактом: он получил аудиенцию у Изабеллы, королевы Испании, и заручился ее поддержкой. Есть подозрение, что на нее больше произвела впечатление его дородная осанка, чем перспектива его открытия. Как бы то ни было, королева заложила свои драгоценности, и для него были снаряжены три корабля, и так получилось, что немцы получили все, что им причиталось в этой войне. Но вернемся к воспоминаниям Теслы. Он сказал этим людям: “Вы знаете историю о яйце Колумба?” Конечно, они знали. “Ну, - продолжил он, - что, если бы я мог заставить яйцо стоять на заостренном конце, не раскалывая скорлупу?” “Если бы вы могли это сделать, мы бы признали, что у вас получилось лучше”. “ А ты был бы готов так же стараться изо всех сил, как Изабелла? “У нас нет драгоценностей короны, которые можно было бы заложить, - сказал юрист, который был остроумен, - но в наших кожаных сумках есть несколько дукатов, и мы могли бы вам немного помочь”.

Таким образом, мистеру Тесле удалось привлечь внимание и личный интерес этих очень занятых людей, крайне консервативных и неохотно берущихся за какое-либо новое предприятие, а остальное далось легко. Он организовал демонстрацию на следующий день. Вращающийся полевой магнит был закреплен под верхней доской деревянного стола, и мистер Тесла снабдил его покрытым медью яйцом, несколькими латунными шариками и вращающимися железными дисками, чтобы убедить своих потенциальных партнеров. Он положил яйцо на стол, и, к их удивлению, оно встало дыбом, но когда они обнаружили, что оно быстро вращается, их оцепенение было полным. Латунные шары и вращающиеся железные диски, в свою очередь, быстро вращались вращающимся полем, к изумлению зрителей. Не успели они прийти в себя, как Тесла обрадовался вопросу: “Вам нужны какие-нибудь деньги?” “Колумб никогда не был в худшем затруднительном положении”, - сказал великий изобретатель, который расстался со своим последним портретом Джорджа Вашингтона, чтобы покрыть расходы на подготовку. Перед закрытием заседания у него в кармане лежал чек на солидную сумму, и он был выдан с заверением, что в том же банке можно получить еще больше. С этого все и началось. Асинхронные двигатели Tesla мощностью в десятки миллионов лошадиных сил сейчас используются по всему миру, и их производство растет со скоростью наводнения.

В 1893 году мистер Альберт Шмид, тогдашний управляющий Westinghouse Electric и Mfg. Co., сконструировал мощное вращающееся кольцо с медным яйцом, размером больше страусиного, для личной коллекции доктора Теслы на Всемирной выставке в Чикаго. Это устройство было одной из самых привлекательных новинок, когда-либо демонстрировавшихся публично, и каждый день привлекало огромные толпы. Впоследствии его доставили в лабораторию мистера Теслы и постоянно использовали там для демонстрации феномена вращающегося поля. В его экспериментах было практически возможно использовать до 200 лошадиных сил в течение короткого времени, не перегревая провода, и наблюдать за действием магнитных сил было удивительно увлекательно. Это та самая ступенька, указанная на прилагаемой фотографии (рис. 1), откуда открывается вид на бывшую лабораторию мистера Теслы на Хьюстон-стрит, 46, Нью-Йорк. Это подробно показано на рис. 2, а режим намотки проиллюстрирован на схеме (рис. 3). Первоначально была предусмотрена двухфазная схема, но мистер Тесла при желании преобразовал ее в трех- и четырехфазную. Сверху к кольцу была прикреплена тонкая круглая доска, слегка выдолбленная и снабженная по окружности ограждением для предотвращения отлета предметов.


РИС. 1. Эта неопубликованная фотография чрезвычайно интересна, поскольку на ней изображен не только аппарат “Электрическое яйцо Теслы” в центре фона, но и всеобъемлющий вид на угол его знаменитой лаборатории на Хьюстон-стрит десятилетней давности. Слева можно увидеть ряд генераторов Теслы или высокочастотных генераторов, в то время как сзади можно отметить большой высокочастотный трансформатор спирального типа, диаметр которого составлял немногим более девяти футов. Электрический яйцеварочный аппарат, состоящий из двухфазного переменного тока с кольцевым сердечником и обмоткой, стоит на столе, и при демонстрации эта конкретная модель имела около двух футов в поперечнике. Тесла подавал на катушки возбуждения до 200 л.с. от двухфазного генератора переменного тока, и вращающееся магнитное поле, создаваемое в окружающем пространстве, было настолько интенсивным, что маленькие изящно повернутые железные диски вращались в любой части зала, и от этого магнитного поля при таком возбуждении могло одновременно работать великое множество других устройств. Частота двухфазного переменного тока, питающего катушки, варьировалась от 25 до 300 циклов, наилучшие результаты были получены при токах от 35 до 40 циклов. Эта лаборатория освещалась вакуумными лампами Теслы, несколько из которых можно увидеть на потолке, и каждая из них излучала 50 С.П. Катушка, опирающаяся на три ножки и наблюдаемая непосредственно на переднем плане, является первичной обмоткой резонансного трансформатора Тесла, который собирал энергию из колебательного контура, окружающего лабораторию, независимо от того, в каком положении был размещен трансформатор. Вторичная обмотка низкого напряжения из одного или двух витков толстого кабеля (не видна) была предусмотрена для уменьшения энергии, собираемой за счет “взаимной индукции”, и подавала ток к лампам накаливания, вакуумным лампам, двигателям и другим устройствам. Когда цепь вокруг холла была сильно возбуждена, вторичная обмотка вырабатывала энергию мощностью около трех четвертей лошадиной силы.


РИС. 2. Иллюстрирующий многофазную катушку и вращающееся магнитное поле, которые заставляют медные яйца вращаться.

РИС. 3. Вставка: деталь катушечного устройства, показывающая подключения катушек к различным фазам.


РИС. 4. На этой фотографии представлена коллекция из нескольких беспроводных ламп Теслы, которые он предлагает использовать для освещения изолированных жилищ по всему миру от центральных станций беспроводной связи. Две лампы в обоих углах внизу подсвечены из-за того, что на некотором расстоянии от них работал высокочастотный генератор, когда делалась эта фотография. Эти трубки были заполнены различными газами для проведения экспериментальных исследований по определению того, какой из них наиболее эффективен.


РИС. 5. На этой иллюстрации показан один из генераторов высокочастотных колебаний Теслы и ряд его высокочастотных ламп, освещаемых им. Эти высоковакуумные газонаполненные трубки использовались по-разному. В некоторых случаях они были подключены только к одному проводу; в других случаях к двум проводам, как у обычных ламп накаливания. Однако часто они эксплуатировались вообще без какого-либо подключения к проводам, то есть за счет “беспроводной энергии” на довольно заметных расстояниях, которые можно было бы значительно увеличить при большей мощности. Генератор содержит высокопотенциальный трансформатор Теслы, который возбуждается от конденсатора и контурного контроллера, как описано в его патентах 1896 года. Первичный возбуждающий элемент состоял из мощного электромагнита, приводящего в действие якорь, и к этой цепи было подключено напряжение 110 Вольт, 60 циклов переменного тока или OC. Когда генератор был запущен в работу, прерыватель, приводимый в действие электромагнитом, подключенным к цепи 110 Вольт, стал одновременно искровым промежутком для цепи возбуждения с высоким потенциалом, которая включала этот вибратор, искровой промежуток, конденсатор высокого напряжения и первичную обмотку высокочастотного трансформатора Тесла. Лампы были подключены к вторичной обмотке последней, клеммы которой видны в задней части машины.

Еще более интересным, чем вращающееся яйцо, было демонстрация движения планет. В этом эксперименте обычно использовались один большой и несколько маленьких латунных шариков. Когда поле было заряжено энергией, все шары начинали вращаться, большой оставался в центре, в то время как маленькие вращались вокруг него, как луны вокруг планеты, постепенно удаляясь, пока не достигали внешнего ограждения и не мчались вдоль него.

Но наибольшее впечатление на зрителей произвела демонстрация одновременной работы множества шаров, поворотных дисков и других устройств, размещенных в самых разных положениях и на значительном расстоянии от вращающегося поля. Когда включали ток и все приводилось в движение, это представляло собой незабываемое зрелище. У мистера Теслы было много вакуумных ламп, в которых маленькие легкие металлические диски были шарнирно закреплены на драгоценных камнях, и они вращались в любом месте зала, когда на железное кольцо подавалось напряжение.

Вращающиеся поля мощностью 15 000 лошадиных сил в настоящее время выпускаются ведущими производителями, и весьма вероятно, что в ближайшем будущем мощность в 50 000 лошадиных сил будет использоваться в сталелитейной и других отраслях промышленности, а также в приводе судов с помощью электропривода Tesla, который, согласно заявлению министра ВМС Дэниелса, доказал большой успех.

Но любой студент, заинтересовавшийся этими явлениями, может повторить все классические эксперименты Теслы с помощью недорогого аппарата. Для этой цели необходимо всего лишь выполнить два контактных кольца на обычном небольшом двигателе постоянного тока или динамо-машине и намотать железное кольцо с четырьмя катушками, как показано на схеме рис. 3. Не нужно приводить никаких особых правил для намоток, но можно сказать, что он добьется наилучших результатов, если будет использовать железное кольцо сравнительно небольшого сечения и намотает на него столько витков прочной проволоки, сколько это практически возможно. Он может обильно покрыть яйцо медью, но ему следует иметь в виду, что яйцо Теслы не такое невинное, как яйцо Колумба. Худшее, что может случиться с последним, это то, что оно может быть — э—э ... перезрелым! Но яйцо Теслы может взорваться с катастрофическими последствиями, потому что медное покрытие склонно нагреваться до высокой температуры из-за индуцированных токов. Поэтому разумный экспериментатор сначала высосет содержимое яйца, удовлетворив таким образом свой аппетит и жажду знаний.

Помимо вращающегося полевого аппарата, у мистера Теслы были и другие сюрпризы для своих слушателей, которые были еще более замечательными. Так, например, катушка на трех ножках, видимая на переднем плане, использовалась для управления беспроводными двигателями, лампами и другими устройствами, а спиральная катушка на заднем плане служила для демонстрации феноменов с необычайно высоким потенциалом в виде лент большой длины.

ВРАЩЕНИЕ ЛУНЫ

АПРЕЛЬ 1919 ГОДА

_______________

Мы считаем, что прилагаемые иллюстрации и пояснения к ним развеют все сомнения относительно того, вращается ли Луна вокруг своей оси или нет. Каждый из шаров, обозначенный как m, изображает разное положение и вращается точно так же, как Луна, всегда обращенная одной и той же стороной к центру o, представляющему землю.

Но, изучая эту диаграмму, можете ли вы представить, что какой-либо из шариков вращается вокруг своей оси? Очевидно, что это физически невозможно из-за спиц. Но если вы все еще не уверены, экспериментальное доказательство мистера Теслы, несомненно, удовлетворит вас. Тело, вращающееся вокруг своей оси, должно содержать энергию вращения. Если бы притяжение земли внезапно стерлось и заставило ее отлететь по касательной, у Луны не было бы никакой другой энергии, кроме энергии поступательного движения, и она не вращалась бы подобно шару.

—РЕДАКТОР

С момента появления моей статьи, озаглавленной “Знаменитые научные иллюзии”, в вашем февральском номере я получил ряд писем с критикой взглядов, которые я выражаю относительно "осевого вращения” Луны. Частично на эти вопросы было дано ответ в моем заявлении для "Нью-Йорк Трибюн" от 23 февраля, которое позвольте мне процитировать:

В вашем номере от 2 февраля мистер Чарльз Э. Маньер, комментируя мою статью в "Электрическом экспериментаторе" за февраль, которая появилась в "Трибюн" от 26 января, предлагает, чтобы я дал определение осевого вращения.

Я намеревался уточнить этот момент, о чем можно судить по следующей цитате: “Однако безошибочным критерием вращения массы является наличие энергии движения. Луна не обладает такой яркостью”. Под этим я имел в виду, что “осевое вращение” - это не просто “вращение вокруг оси”, небрежно определенное в словарях, а круговое движение в истинном физическом смысле, то есть такое, при котором половина произведения массы на квадрат скорости является определенной и положительной величиной. Луна представляет собой почти сферическое тело радиусом около 1087,5 миль, исходя из чего я подсчитал, что ее объем составляет приблизительно 5 300 216 300 кубических миль. Поскольку его средняя плотность составляет 3,27, один кубический фут материала, из которого он состоит, весит около 205 фунтов. Соответственно, общий вес спутника составляет около 79 969 000 000 000 000 000 000, а его масса составляет 2 483 500 000 000 000 000 000 земных коротких тонн. Предполагая, что Луна физически вращается вокруг своей оси, она совершает один оборот за 27 дней, 7 часов, 43 минуты и 11 секунд, или 2 360 591 секунду. Если, в соответствии с математическими принципами, мы представим всю массу сосредоточенной на расстоянии от центра, равном двум пятым радиуса, то расчетная скорость вращения составит 3,04 фута в секунду, при которой земной шар будет содержать 11 474 000 000 000 000 000 коротких футтон энергии, достаточной для выработки 1 000 000 000 лошадиных сил в течение 1 323 лет. Теперь я говорю, что на Луне недостаточно этой энергии, чтобы запустить тонкие часы.

В астрономических трактатах обычно выдвигается аргумент, что “если бы лунный шар не вращался вокруг своей оси, то все его части были бы видны с земли. Поскольку видно только чуть больше половины, он должен вращаться ”. Но этот вывод ошибочен, поскольку допускает только одну альтернативу. Существует бесконечное количество осей, помимо ее собственной, вокруг каждой из которых луна могла бы вращаться и при этом демонстрировать те же особенности.

В своей статье я утверждал, что Луна вращается вокруг оси, проходящей через центр Земли, что не совсем верно, но это не отменяет сделанных мной выводов. Конечно, хорошо известно, что два тела вращаются вокруг общего центра тяжести, который находится на расстоянии чуть более 2899 миль от центра Земли.

Еще одна ошибка в книгах по астрономии заключается в том, что это движение считается эквивалентным движению груза, вращающегося на веревке или в праще. Во-первых, существует существенное различие между этими двумя устройствами, хотя и использующими один и тот же механический принцип. Если металлический шарик, прикрепленный к бечевке, раскручивается и последняя разрывается, происходит осевое вращение снаряда, которое определенно связано по величине и направлению с предыдущим движением. В качестве иллюстрации — если шарик вращать на веревочке по часовой стрелке десять раз в секунду, то, когда он отлетит, он будет вращаться вокруг своей оси десять раз в секунду, аналогично ходу часов. Совершенно иными являются условия, когда мяч выбрасывается из пращи. В этом случае ему придается гораздо более быстрое вращение в противоположном смысле. В движении Луны нет настоящей аналогии с ними. Если бы гравитационная струна, так сказать, лопнула, спутник улетел бы по касательной без малейшего отклонения или вращения, поскольку вокруг оси нет момента и, следовательно, нет никакой тенденции к вращательному движению.

Мистер Маньерр ошибается в своих предположениях относительно того, что произошло бы, если бы земля внезапно исчезла. Предположим, что это произошло бы в тот момент, когда луна находится в оппозиции. Тогда она продолжала бы свой эллиптический путь вокруг солнца, постоянно обращая к нему лицо, которое всегда было обращено к земле. Если, с другой стороны, последнее исчезнет в момент соединения, луна постепенно развернется на 180 ° и, после ряда колебаний, снова повернется тем же лицом к солнцу. В любом случае не было бы периодических изменений, но были бы вечные день и ночь, соответственно, по сторонам, обращенным к светилу и от него.

Некоторые аргументы, выдвинутые корреспондентами, остроумны и немало комичны. Однако ни один из них не является обоснованным.

Один из авторов представляет землю в центре круглой орбитальной пластины, к периферической части которой неподвижно прикреплена дискообразная луна, находящаяся в фрикционном или зубчатом зацеплении с другим диском того же диаметра и свободно вращающаяся на оси, выступающей из рычага, полностью независимого от планетной системы. Поскольку рычаг постоянно удерживается параллельно самому себе, поворотный диск, конечно же, поворачивается вокруг своей оси при вращении орбитальной пластины. Это хорошо известный привод, и вращение поворотного диска является таким же ощутимым фактом, как и вращение орбитальной пластины. Но луна в этой модели вращается только вокруг центра системы без малейшего углового смещения вокруг собственной оси. То же самое верно и для колеса телеги, на которое ссылается этот автор. Пока оно движется по поверхности земли, оно вращается вокруг оси в истинном физическом смысле; когда одна из его спиц всегда удерживается в перпендикулярном положении, колесо все еще вращается вокруг центра земли, но осевое вращение прекратилось. Те, кто думает, что тогда она все еще существует, пребывают в иллюзии.

Очевидная ошибочность заключена в следующем абстрактном рассуждении. Предполагается, что орбитальная пластина постепенно сжимается, так что в конечном итоге центры земли и спутника совпадают, когда последний вращается одновременно вокруг своей и земной осей. Мы можем свести Землю к математической точке, а расстояние между двумя планетами - к радиусу Луны, не затрагивая систему в принципе, но дальнейшее уменьшение расстояния явно абсурдно и не имеет отношения к рассматриваемому вопросу.

Во всех полученных мною сообщениях, хотя и отличающихся способом изложения, последовательные изменения положения в пространстве ошибочно принимаются за осевое вращение. Так, например, положительное опровержение моих аргументов содержится в наблюдении о том, что Луна со всех сторон открыта для других планет! Конечно, он вращается, но ни одно из доказательств не является доказательством того, что он вращается вокруг своей оси. Даже хорошо известный эксперимент с маятником Фуко, хотя и демонстрирующий аналогичные явления на нашем земном шаре, просто продемонстрировал бы движение спутника вокруг некоторой оси. Точка зрения, которую я выдвинул, основана не на теории, а на фактах, доказуемых экспериментально. Это не вопрос определения, как хотели бы некоторые. Масса, вращающаяся вокруг своей оси, должна обладать наибольшим импульсом. Если его нет, то осевого вращения нет, несмотря на все признаки обратного.

Несколько простых размышлений, основанных на устоявшихся механических принципах, прояснят это. Рассмотрим сначала случай двух равных гирь w и w1 на рис. 1, вращающихся вокруг центра O на струне s, как показано. Предполагая, что последний сломается в точке a, оба груза отлетят по касательной к своим кругам вращения и, будучи движимыми с разной скоростью, будут вращаться вокруг своего общего центра тяжести o. Если гири вращаются n раз в секунду, то скорость внешней и внутренней гирь будет, соответственно, V = 2 (R + r) n и V1 = 2π(R – r) n, а разница V – V1 = 4 π r n будет длиной кругового движения внешней гири. Поскольку, однако, скорости будут выравниваться до тех пор, пока не будет достигнуто среднее значение, мы будем иметь (V – V1)/2 = 2π rn = 2π rn, N - количество оборотов гирь вокруг их центра тяжести в секунду. Очевидно, что тогда гири продолжают вращаться с первоначальной скоростью и в том же направлении. Я знаю, что это факт из реальных экспериментов. Из этого также следует, что шар, как показано на рисунке, будет вести себя аналогичным образом, поскольку две полусферические массы могут быть сосредоточены в их центрах тяжести, а m и m1, соответственно, будут находиться на расстоянии от o, равном ⅜ r.


РИС. 1. Если вы все еще думаете, что луна вращается вокруг своей оси, посмотрите на диаграмму и внимательно проследите за последовательными позициями, которые занимает один из шариков M, пока он вращается спицей колеса. Замените спицу гравитацией, и аналогия разрешит загадку вращения Луны.

Поняв это, представьте количество шариков M, удерживаемых таким же количеством спиц S, исходящих из ступицы H, как показано на рис. 2, и пусть эта система вращается n раз в секунду вокруг центра O на подшипниках без трения. Потребуется определенный объем работы, чтобы довести конструкцию до этой скорости, и будет обнаружено, что она равна ровно половине произведения масс на квадрат тангенциальной скорости. Теперь, если верно, что луна на самом деле вращается вокруг своей оси, это должно быть справедливо и для каждого из шаров, поскольку он совершает одно и то же движение. Следовательно, при придании системе заданной скорости энергия должна была быть израсходована на осевое вращение шариков. Пусть M - масса одного из них, а R - радиус вращения, тогда энергия вращения будет равна E = ½ M (2 Rn) 2. Поскольку за один полный оборот колеса каждый шарик совершает один оборот вокруг своей оси, согласно преобладающей теории, энергия осевого вращения каждого шарика будет равна e = ½ M (2π r1 n)2, r1 - радиус вращения вокруг оси и равен 0,6325 r. Мы можем использовать сколь угодно большие шары и, таким образом, составлять e в значительном проценте от E, и все же экспериментально положительно установлено, что каждый из вращающихся шаров содержит только энергию E, при предполагаемом осевом вращении не расходуется никакой энергии, что, следовательно, является полностью иллюзорным. Однако можно указать кое-что еще более интересное. Как я показал ранее, отлетающий шарик будет вращаться со скоростью колеса и в том же направлении. Но это вращательное движение, в отличие от движения снаряда, не увеличивает и не уменьшает энергию поступательного движения, которая в точности равна работе, затрачиваемой на придание массе наблюдаемой скорости.


Диаграмма, иллюстрирующая вращение грузов, отбрасываемых центробежной силой.

Из вышесказанного видно, что для того, чтобы совершить один физический оборот вокруг своей оси, луна должна иметь вдвое большую нынешнюю угловую скорость, и тогда она будет содержать количество запасенной энергии, как указано в моем вышеупомянутом письме в New York Tribune, исходя из предположения, что радиус обращения равен ⅖ радиусу рисунка. Это, конечно, неопределенно, поскольку распределение плотности внутри неизвестно. Но из характера движения спутника можно с уверенностью заключить, что он лишен импульса относительно своей оси. Если его разделить пополам плоскостью, касательной к орбите, массы двух половинок обратно пропорциональны расстояниям их центров тяжести от центра Земли, и, следовательно, если бы последний внезапно исчез, никакого осевого вращения, как в случае сброса груза, не последовало бы.

НАСТОЯЩАЯ БЕСПРОВОДНАЯ СВЯЗЬ

МАЙ 1919 ГОДА

_______________

В этой замечательной и полной истории своего открытия "Настоящей беспроводной связи” и принципов, на которых основаны передача и прием даже в современных системах, доктор Никола Тесла показывает нам, что он действительно “Отец беспроводной связи”. Для него волновая теория Герца - заблуждение; с определенных точек зрения она выглядит здравой, но факты, как правило, доказывают, что она пуста. Он убеждает нас, что настоящие волны Герца стираются после того, как они проходят небольшое расстояние от отправителя. Из этого следует, что измеренный ток антенны не является показателем эффекта, поскольку лишь небольшая его часть эффективна на расстоянии. Ограниченная активность передачи и приема чистых волн Герца здесь четко объяснена, помимо того, что определенно показано, что современные радиоинженеры вопреки своим желаниям используют оригинальную колебательную систему, настроенную Теслой. Он показывает на примерах с различными формами arials, что сигналы, улавливаемые приборами, на самом деле должны быть вызваны земными токами, а не эфирными космическими волнами. Тесла также опровергает теорию “слоя Хевисайда” на основе своих личных наблюдений и тестов.

—РЕДАКТОР

С момента объявления электромагнитной теории Максвелла научные исследователи всего мира были сосредоточены на ее экспериментальной проверке. Они были убеждены, что это будет сделано, и жили в атмосфере нетерпеливого ожидания, необычайно благоприятной для получения любых свидетельств с этой целью. Поэтому неудивительно, что публикация результатов доктора Генриха Герца вызвала такой трепет, какого едва ли кто-либо испытывал раньше. В то время я был в разгаре неотложной работы в связи с коммерческим внедрением моей системы передачи электроэнергии, но, тем не менее, загорелся энтузиазмом и изрядно горел желанием узреть чудо собственными глазами. Соответственно, как только я освободился от этих неотложных обязанностей и возобновил исследовательскую работу в своей лаборатории на Гранд-стрит, Нью-Йорк, я начал, параллельно с высокочастотными генераторами переменного тока, конструирование нескольких типов устройств с целью изучения области, открытой доктором Герцем. Признавая ограниченность устройств, которые он использовал, я сосредоточил свое внимание на производстве мощной индукционной катушки, но не добился заметного прогресса, пока счастливое вдохновение не привело меня к изобретению колебательного трансформатора. Во второй половине 1891 года я уже так далеко продвинулся в разработке этого нового принципа, что в моем распоряжении были средства, значительно превосходящие средства немецкого физика. Все мои предыдущие попытки с катушками Rhumkorf не убедили меня, и, чтобы развеять свои сомнения, я еще раз очень тщательно проверил все с помощью этих усовершенствованных приспособлений. Были отмечены аналогичные явления, значительно увеличенные по интенсивности, но они поддавались другому и более правдоподобному объяснению. Я счел это настолько важным, что в 1892 году отправился в Бонн, Германия, чтобы обсудить свои наблюдения с доктором Герцем. Он казался разочарованным до такой степени, что я пожалел о своей поездке и с грустью расстался с ним. В последующие годы я провел множество экспериментов с тем же объектом, но результаты были неизменно отрицательными. Однако в 1900 году, после того как я изобрел беспроводной передатчик, который позволил мне получать электромагнитную активность многих миллионов лошадиных сил, я предпринял последнюю отчаянную попытку доказать, что возмущения, исходящие от генератора, были эфирными колебаниями, подобными колебаниям света, но снова потерпел полную неудачу. Более восемнадцати лет я читал трактаты, отчеты о научных исследованиях и статьи по телеграфии на волне Герца, чтобы быть в курсе событий, но они всегда производили на меня впечатление художественных произведений.

История науки показывает, что теории недолговечны. С каждой открывающейся новой истиной мы лучше понимаем Природу, а наши концепции и взгляды меняются. Доктор Герц не открыл нового принципа. Он просто предоставил материальную поддержку гипотезе, которая была сформулирована давным-давно. Это был совершенно установленный факт, что цепь, по которой проходит периодический ток, излучает какие-то пространственные волны, но мы были в неведении относительно их характера. Очевидно, он дал экспериментальное доказательство того, что это были поперечные колебания в эфире. Большинство людей рассматривают это как его великое достижение. На мой взгляд, его бессмертная заслуга заключалась не столько в этом, сколько в сосредоточении внимания исследователей на процессах, происходящих в окружающей среде. Теория волн Герца, благодаря своей завораживающей власти над воображением, затормозила творческие усилия в области беспроводной связи и задержала их развитие на двадцать пять лет. Но, с другой стороны, невозможно переоценить благотворное воздействие мощного стимула, который он дал во многих направлениях.

Что касается сигнализации без проводов, то применение этих излучений для этой цели было совершенно очевидным. Когда доктора Герца спросили, будет ли такая система иметь практическую ценность, он так не думал, и он был прав в своем прогнозе. Лучшее, чего можно было ожидать, - это метод связи, аналогичный гелиографическому, с теми же или даже большими ограничениями.

Весной 1891 года я провел демонстрацию высокочастотной машины перед Американским институтом инженеров-электриков при Колумбийском колледже, которая заложила основу для нового и гораздо более многообещающего направления. Хотя законы электрического резонанса были хорошо известны в то время и мой оплакиваемый друг, доктор Джон Хопкинсон, даже указал на их конкретное применение к генератору переменного тока в Трудах Института инженеров-электриков, Лондон, 13 ноября 1889 г., ничего не было сделано для практического использования этих знаний, и вполне вероятно, что те мои эксперименты были первой публичной демонстрацией резонансных цепей, особенно высокочастотных. Хотя спонтанный успех моей лекции был обусловлен впечатляющими функциями, ее главный смысл заключался в том, чтобы показать, что всеми видами устройств можно управлять по одному проводу без обратной связи. Это был первый шаг в эволюции моей беспроводной системы. Мне пришла в голову идея, что при соблюдении надлежащих условий резонанса можно было бы передавать электрическую энергию через землю, таким образом, обойдясь без всяких искусственных проводников. Любой, кто, возможно, пожелает беспристрастно оценить достоинства этого раннего предположения, не должен рассматривать его в свете современной науки. Мне только нужно сказать, что еще в 1893 году, когда я подготовил подробную главу о моей беспроводной системе, подробно остановившись на ее различных инструментах и будущих перспективах, мистер Джозеф Ветцлер и другие мои друзья решительно протестовали против ее публикации на том основании, что такие праздные и надуманные спекуляции повредили бы мне в глазах консервативных бизнесменов.

Так получилось, что лишь малая часть того, что я намеревался сказать, была воплощена в моем выступлении того года перед Институтом Франклина и Национальной ассоциацией электрического освещения в главе “Об электрическом резонансе”. Это небольшое спасение с места крушения принесло мне титул “Отца беспроводной связи” от многих доброжелательно настроенных коллег по работе, а не изобретение множества приборов, которые сделали беспроводную передачу доступной каждому молодому любителю и которые в недалеком будущем приведут к начинаниям, затмевающим по масштабу и важности все прошлые достижения инженера.

Распространено мнение, что мои беспроводные работы были начаты в 1893 году, но на самом деле я провел два предыдущих года в исследованиях, используя различные виды аппаратуры, некоторые из которых были почти такими же, как сегодня. С самого начала мне было ясно, что успешного завершения можно добиться только с помощью ряда радикальных усовершенствований. Сначала необходимо было изготовить подходящие высокочастотные генераторы и электрические генераторы колебаний. Энергия этих устройств должна была быть преобразована в эффективных передатчиках и собрана на расстоянии в соответствующих приемниках. Такая система была бы явно ограничена в своей полезности, если бы не предотвращались все посторонние помехи и не обеспечивалась исключительность. Однако со временем я осознал, что устройства такого рода, чтобы быть наиболее эффективными, должны проектироваться с должным учетом физических свойств этой планеты и электрических условий, существующих на ней. Я кратко коснусь существенных успехов, достигнутых в ходе постепенного развития системы.

Высокочастотный генератор переменного тока, использовавшийся в моих первых демонстрациях, показан на рис. 1. Он состоял из кольца возбуждения с 384 полюсными выступами и дискового якоря с катушками, намотанными в один слой, которые были соединены различными способами в соответствии с требованиями. Это была превосходная машина для экспериментальных целей, вырабатывавшая синусоидальные токи со скоростью от 10 000 до 20 000 циклов в секунду. Мощность была сравнительно большой из-за того, что через катушки можно было пропускать до 30 ампер на квадратный миллиметр без повреждений. Схема на рис. На рис. 2 показаны схемы, использованные в моей лекции. Резонансные условия поддерживались с помощью конденсатора, разделенного на небольшие секции, более тонкая регулировка осуществлялась подвижным железным сердечником внутри катушки индуктивности. С последним была слабо связана вторичная обмотка высокого напряжения, которая была настроена на первичную.


РИС. 1. Генератор переменного тока мощностью 10 000 циклов в секунду мощностью 10 кВт, который использовался Теслой при его первых демонстрациях высокочастотных явлений перед Американским институтом инженеров-электриков в колледже Колумбус, 20 мая 1891 г.


Рис. 2. Схема, иллюстрирующая схемы соединений и настройки устройств, использованных Теслой в его экспериментальных демонстрациях перед Американским институтом инженеров-электриков с высокочастотным генератором переменного тока, показанным на рис. 1.

Работа устройств через один провод без возврата поначалу вызывала недоумение из-за своей новизны, но может быть легко объяснена подходящими аналогами. Для этого делается ссылка на рис. 3 и 4.


РИС. 3. Электрическая передача по двум проводам и аналог гидравлической.


РИС. 4. Электрическая передача через однопроводной гидравлический аналог.

Теперь вторая диаграмма не требует пояснений. В соответствии с предельной пропускной способностью электрической системы используется эластичный резервуар, который избавляет от необходимости в обратном трубопроводе. При колебании поршня мешок расширяется и сжимается, и жидкость с большой скоростью выходит через ограниченный канал, что приводит к выделению тепла, как в лампе накаливания. Теоретически считается, что эффективность преобразования энергии должна быть одинаковой в обоих случаях.

В первом случае электрические проводники с низким сопротивлением представлены трубами большого сечения, генератор переменного тока - колеблющимся поршнем, а нить накаливания лампы накаливания - крошечным каналом, соединяющим трубы. При взгляде на диаграмму становится ясно, что очень незначительные отклонения поршня привели бы к тому, что жидкость с высокой скоростью устремилась бы через небольшой канал, и что практически вся энергия движения была бы преобразована в тепло за счет трения, аналогично энергии электрического тока в нити накала лампы.

Таким образом, если допустить, что экономичная система передачи электроэнергии по одному проводу практически осуществима, возникает вопрос, как собирать энергию в приемниках. В связи с этим обращаем внимание на рис. 5, на котором показан проводник, возбуждаемый генератором, присоединенным к нему с одного конца. Очевидно, что по мере прохождения периодических импульсов по проводу в окружающей среде будут создаваться разности потенциалов как вдоль него, так и под прямым углом к нему, и любой из них может быть с пользой применен. Таким образом, в точке а цепь, содержащая индуктивность и емкость, резонансно возбуждается в поперечном направлении, а в точке в - в продольном. В точке c энергия собирается в цепи, параллельной проводнику, но не соприкасающейся с ним, и снова в точке d, в цепи, которая частично погружена в проводник и может быть электрически соединена с ним или нет. Важно помнить об этих типичных диспозициях, поскольку, как бы ни изменялись действия генератора на расстоянии в зависимости от огромной протяженности земного шара, задействованные принципы остаются теми же самыми. Рассмотрим теперь влияние такого проводника огромных размеров на цепь, возбуждающую его. Верхняя схема на рис. 6 иллюстрирует знакомую колебательную систему, содержащую прямой стержень с самоиндукцией 2L с небольшими клеммными емкостями cc и узлом в центре. На нижней диаграмме рисунка большая емкость C прикреплена к стержню на одном конце, что приводит к смещению узла вправо на расстояние, соответствующее самоиндукции X. Поскольку обе части системы по обе стороны от узла вибрируют с одинаковой скоростью, мы, очевидно, имеем (L + X) c = (L - X) C, из которых X = L (C – c) / (C + c).


РИС. 5. Иллюстрация типичных устройств для сбора энергии в системе передачи по одному проводу.


РИС. 6. Диаграмма, поясняющая влияние большой емкости на одном конце.

Когда пропускная способность C становится соизмеримой с пропускной способностью земли, X приближается к L, другими словами, узел находится близко к соединению с землей. Точное определение его положения очень важно при расчете определенных наземных электрических и геодезических данных, и я разработал специальные средства с этой целью.

Мой первоначальный план передачи энергии без проводов показан на верхней схеме рис. 7, в то время как нижняя иллюстрирует его механический аналог, впервые опубликованный в моей статье в журнале Century Magazine за июнь 1900 года. Генератор переменного тока, предпочтительно высокого напряжения, имеет одну из своих клемм, подключенную к земле, а другую - к повышенной мощности и передает свои колебания на землю. В удаленной точке приемный контур, также подключенный к земле и имеющий повышенную мощность, собирает часть энергии и приводит в действие подходящее устройство. Я предложил умножить количество таких единиц, чтобы усилить эффект, и эта идея еще может оказаться ценной. В аналоге предусмотрены два камертона, один на передающей, а другой на приемной станции, каждый из которых имеет прикрепленный к своему нижнему зубцу поршень, вставленный в цилиндр. Два цилиндра сообщаются с большим эластичным резервуаром, заполненным несжимаемой жидкостью. Вибрации, передаваемые на любой из камертонов, возбуждают их за счет резонанса и, посредством электрических контактов или иным образом, приводят к желаемому результату. Могу сказать, что это была не просто механическая иллюстрация, а простое представление моего устройства для подачи сигналов на подводную лодку, усовершенствованного мной в 1892 году, но в то время не оцененного по достоинству, хотя и более эффективного, чем используемые сейчас приборы.


РИС. 7. Передача электрической энергии через землю, как показано на лекциях Теслы перед Институтом Франклина и Ассоциацией электрического освещения в феврале и марте 1893 года, и механический аналог того же.

Электрическая схема на рис. 7, которая была воспроизведена из моей лекции, предназначалась только для изложения принципа. Устройство, как я его подробно описал, показано на рис. 8. В этом случае генератор переменного тока питает первичную обмотку трансформатора, высоковольтная вторичная обмотка которого подключена к земле и имеет повышенную мощность и настроена на наиболее интенсивные колебания. Приемный контур состоит из индуктивности, подключенной к земле и к приподнятой клемме без разрыва и резонансно реагирующей на передаваемые колебания. Конкретная форма приемного устройства не упоминалась, но я имел в виду преобразовать принимаемые токи и таким образом сделать их объем и напряжение пригодными для любых целей. Это, по сути, система сегодняшнего дня, и я не знаю ни одного подтвержденного случая успешной передачи на значительное расстояние с помощью различных средств. Тем, кто внимательно прочитал мое первое описание этих усовершенствований, возможно, будет непонятно, что, помимо создания новых и эффективных типов устройств, я подарил миру беспроводную систему с возможностями, намного превосходящими все, что было задумано ранее. Я сделал четкие и неоднократные заявления о том, что я рассматриваю передачу, абсолютно неограниченную по земному расстоянию и количеству энергии. Но, хотя я преодолел все препятствия, которые вначале казались непреодолимыми, и нашел элегантные решения всех проблем, которые стояли передо мной, тем не менее, даже в этот самый день большинство экспертов по-прежнему слепы к возможностям, которые находятся в пределах легкой досягаемости.


РИС. 8. Система беспроводной передачи данных Теслы через землю в том виде, в каком она была фактически раскрыта в его лекциях перед Институтом Франклина и Ассоциацией электрического освещения в феврале и марте 1893 года.

Моя уверенность в том, что сигнал может быть легко передан по всему земному шару, укрепилась после открытия “вращающейся щетки”, замечательного явления, которое я полностью описал в своем выступлении перед Институтом инженеров-электриков в Лондоне в 1892 году и которое проиллюстрировано на рис. 9. Это, несомненно, самый чувствительный из известных беспроводных детекторов, но долгое время его было трудно производить и поддерживать в чувствительном состоянии. Сейчас этих трудностей не существует, и я ищу полезные применения этому устройству, особенно в связи с предложенным мной методом высокоскоростной фотосъемки, как для беспроводной, так и для проводной передачи данных.


РИС. 9. Предшественник audion — самого чувствительного из известных беспроводных детекторов, описанный Теслой в его лекции в Институте инженеров-электриков, Лондон, февраль 1892 г.

Возможно, наиболее важными достижениями в течение следующих трех-четырех лет были моя система взаимосвязанных настроенных цепей и методы регулирования, которые в настоящее время приняты повсеместно. Непосредственное влияние этих изобретений на развитие техники беспроводной связи будет видно из рис. 10, который иллюстрирует устройство, описанное в моем патенте США № 568178 от 22 сентября 1896 года, и соответствующее расположение беспроводного устройства. Подписи к отдельным диаграммам считаются достаточно четкими, чтобы обойтись без дальнейших комментариев. Я просто замечу, что в этой ранней записи, в дополнение к указанию того, как можно связать и регулировать любое количество резонансных контуров, я показал преимущество правильной синхронизации первичных импульсов и использования гармоник. В фарсовом судебном процессе по поводу беспроводной связи в Лондоне некоторые инженеры, пренебрегая своей репутацией, заявили, что мои схемы вообще не были настроены; фактически они утверждали, что я рассматривал резонанс как своего рода дикого и неукротимого зверя!


РИС. 10. Система соединенных настроенных цепей Теслы, показанная и описанная в патенте США № 568.178 от 22 сентября 1896 г., и соответствующие устройства для беспроводной передачи данных.

Будет интересно сравнить мою систему, впервые описанную в бельгийском патенте 1897 года, с волновой системой Герца того периода. Существенные различия между ними будут заметны с первого взгляда. Первый позволяет нам экономично передавать энергию на любое расстояние и имеет неоценимую ценность; второй способен работать в радиусе всего нескольких миль и ничего не стоит. В первом нет искровых разрядников, и резонанс значительно усиливает действие. Как в передатчике, так и в приемнике токи преобразуются и становятся более эффективными и пригодными для работы любого желаемого устройства. Правильно сконструированная моя система защищена от статических и других помех, а количество энергии, которое может быть передано, в миллиарды раз больше, чем у герциана, который не обладает ни одним из этих достоинств, никогда не использовался успешно и от которого в настоящее время невозможно найти никаких следов.

В 1899 году хорошо разрекламированный эксперт выступил с заявлением, что мой аппарат не работает и что пройдет 200 лет, прежде чем сообщение будет передано через Атлантику, и он даже флегматично принял мои поздравления с предполагаемым великим подвигом. Но последующее изучение записей показало, что мои устройства тайно использовались постоянно, и с тех пор, как я узнал об этом, я относился к методам Борджиа-Медичи с тем презрением, с которым к ним относятся все честные люди. Однако массовое присвоение моих изобретений не всегда обходилось без побочных эффектов. В качестве примера я могу упомянуть свой колебательный трансформатор, работающий с воздушным зазором. Это, в свою очередь, было заменено угольной дугой, гаснущим зазором, атмосферой водорода, аргона или гелия, механическим прерывателем с противоположно вращающимися элементами, ртутным прерывателем или какой-либо разновидностью вакуумной лампы и другими подобными приемами, поскольку было произведено множество новых “систем”. Я говорю об этом, конечно, без малейшего недоброжелательства, давайте продвигаться вперед во что бы то ни стало. Но я не могу не думать, насколько лучше было бы, если бы гениальные люди, создавшие эти “системы”, изобрели что-то свое, вместо того чтобы полностью зависеть от меня.


РИС. 11. Четырехконтурная система настройки Теслы, контрастирующая с современной системой на волне Герца.

До 1900 года были сделаны два наиболее ценных усовершенствования. Одной из них была моя индивидуальная система с передатчиками, излучающими комплекс волн, и приемниками, состоящими из отдельных настроенных элементов, совместно связанных. Лежащий в основе принцип можно объяснить в нескольких словах. Предположим, что существует n простых вибраций, подходящих для использования в беспроводной передаче, вероятность того, что какая-либо одна мелодия будет вызвана посторонними помехами, равна 1 / n. Тогда останется n – 1 вибрация, и вероятность того, что одна из них будет возбуждена, равна 1 / (n – 1). следовательно, вероятность того, что две мелодии прозвучат одновременно, равна 1 / n (n – 1). Аналогично, для комбинации из трех вероятность будет равна 1 / n (n – 1)(n – 2) и так далее. Легко видеть, что таким образом может быть достигнута любая желаемая степень защиты от статики или другого рода помех при условии, что приемное устройство сконструировано таким образом, что его работа возможна только за счет совместного действия всех настроенных элементов. Это была сложная проблема, которую я успешно решил, так что теперь любое желаемое количество одновременных сообщений практически возможно при передаче как по земле, так и по искусственным проводникам.

Другое изобретение, имеющее еще большее значение, - это особый генератор, позволяющий передавать энергию без проводов в любом количестве, которое когда-либо может потребоваться для промышленного использования, на любое расстояние и с очень высокой экономией, что стало результатом многолетних систематических исследований, и с его помощью будут достигнуты чудеса.

Преобладающее неправильное представление о механизме, задействованном в беспроводной передаче, стало причиной различных необоснованных объявлений, которые ввели общественность в заблуждение и нанесли вред. Постоянно помня о том, что передача через землю во всех отношениях идентична передаче по прямому проводу, человек получит четкое представление об этих явлениях и сможет правильно оценить достоинства новой схемы. Не желая умалять ценности любого выдвинутого плана, я могу сказать, что они лишены новизны. Так, например, на рис. 12 показаны схемы передачи и приема, которые я описал в моем патенте США № 613809 от 8 ноября 1898 года на Способ и устройство для управления механизмом движущихся судов или транспортных средств, и которые недавно были представлены как оригинальные открытия. В других патентах и технических публикациях я предлагал проводники в земле в качестве одной из очевидных модификаций, указанных на рис. 5.


РИС. 12. Схема управления цепями, описанная в патенте Теслы США № 613,809 от 8 ноября 1898 г. “Способ и устройство для управления механизмами движущихся судов или транспортных средств”.

По той же причине статика по-прежнему является проклятием беспроводной связи. В недавно предложенных средствах защиты примерно столько же пользы, сколько в средствах для восстановления волос. Было создано небольшое и компактное устройство, которое полностью устраняет эту проблему, по крайней мере, на соответствующим образом реконструированных установках.

На нынешнем этапе развития беспроводной связи нет ничего важнее, чем избавиться от доминирующих ошибочных идей. С этой целью я приведу несколько аргументов, основанных на моих собственных наблюдениях, которые доказывают, что волны Герца имеют мало общего с результатами, получаемыми даже на малых расстояниях.

На рис. 13 показан передатчик, излучающий космические волны значительной частоты. Обычно считается, что эти волны проходят вдоль поверхности Земли и таким образом воздействуют на приемники. Я едва ли могу придумать что-либо более невероятное, чем эта теория "скользящей волны” и концепция ”управляемой беспроводной связи", которые противоречат всем законам действия и противодействия. Почему эти возмущения должны цепляться за проводник, где им противодействуют индуцированные токи, когда они могут беспрепятственно распространяться во всех других направлениях? Дело в том, что излучение передатчика, проходящее вдоль поверхности земли, вскоре гаснет, причем высота неактивной зоны, указанная на диаграмме, является некоторой функцией длины волны, при этом основная масса волн свободно пересекает атмосферу. Земные явления, которые я отметил, убедительно показывают, что слоя Хевисайда нет, а если он и существует, то не оказывает никакого воздействия. Конечно, было бы прискорбно, если бы человеческая раса оказалась таким образом заключенной в тюрьму и навсегда лишилась возможности проникнуть в глубины космоса.


РИС. 13. Диаграмма, демонстрирующая ошибочность теории скользящих волн, изложенной в учебниках по беспроводной связи.

Действия на расстоянии не могут быть пропорциональны высоте антенны и силе тока в ней. Я попытаюсь прояснить это, обратившись к диаграмме на рис. 14. Поднятая клемма, заряженная до высокого потенциала, индуцирует равный и противоположный заряд в земле, и, таким образом, есть Q линий, дающих средний ток I = 4Qn, который циркулирует локально и бесполезен, за исключением того, что он увеличивает импульс. Однако относительно небольшое количество линий Q уходит на большое расстояние, и им соответствует средний ток ie = 4qn, которым обусловлено действие на расстоянии. Таким образом, общий средний ток в антенне равен IM = 4Qn + 4qn, и его интенсивность не является критерием эффективности. Электрическая эффективность антенны равна q/ (Q + q), и это часто очень малая доля.


РИС. 14. Диаграмма, объясняющая соотношение между эффективным и измеряемым током в антенне.

Д-р Л. В. Остин и г-н Дж. Л. Хоган провели количественные измерения, которые ценны, но далеки от поддержки волновой теории Герца, они являются доказательствами, опровергающими ее, что будет легко понять, приняв во внимание приведенные выше факты. Исследования доктора Остина особенно полезны и поучительны, и я сожалею, что не могу согласиться с ним по этому вопросу. Я не думаю, что если бы на его приемник воздействовали волны Герца, он смог бы когда-либо установить такие соотношения, какие он обнаружил, но он, вероятно, достиг бы этих результатов, если бы волны Герца были в значительной степени устранены. На большом расстоянии космические волны и волны тока имеют одинаковую энергию, причем первые являются всего лишь сопутствующим проявлением последних в соответствии с фундаментальными учениями Максвелла. Здесь мне приходит в голову задать вопрос — почему волны Герца были уменьшены с первоначальных частот до тех, которые я отстаивал для своей системы, когда при этом активность передающего устройства была снижена в миллиард раз? Я могу пригласить любого эксперта провести эксперимент, подобный тому, который показан на рис. 15, где показан классический генератор Герца и моя заземленная схема передачи. Я продемонстрировал тот факт, что, хотя мы можем иметь в генераторе Герца активность в тысячи раз большую, воздействие на приемник не идет ни в какое сравнение с воздействием заземленной цепи. Это показывает, что при передаче с самолета мы просто работаем через конденсатор, емкость которого зависит от логарифмического отношения между длиной проводника и расстоянием от земли. Воздействие на приемник осуществляется точно таким же образом, как и от обычного передатчика, с той лишь разницей, что существует определенная модификация действия, которая может быть предопределена электрическими постоянными. Поддерживать связь между самолетом и станцией на земле совсем не сложно, наоборот, этот подвиг очень прост.


РИС. 15. Иллюстрирующий одно из общих свидетельств против передачи пространственных волн.

Чтобы упомянуть еще один эксперимент в поддержку моей точки зрения, я могу сослаться на рис. 16, на котором показаны две заземленные цепи, возбуждаемые колебаниями порядка Герца. Будет обнаружено, что антенны могут быть непараллельны без заметного изменения воздействия на приемник, что доказывает, что это происходит из-за токов, распространяющихся через землю, а не из-за космических волн.


РИС. 16. Показывающая несущественность взаимного расположения передающей и приемной антенн в опровержении волновой теории Герца.

Особенно важными являются результаты, полученные в случаях, проиллюстрированных на рисунках 17 и 18. В первом случае на пути волн показано препятствие, но если приемник не находится в пределах эффективного электростатического воздействия горного хребта, сигналы не ослабляются заметно присутствием последнего, поскольку токи проходят под ним и возбуждают цепь таким же образом, как если бы она была подключена к проводу под напряжением. Если, как показано на рис. 18, второй диапазон окажется за пределами приемника, это может только усилить эффект волны Герца за счет отражения, но на самом деле это сильно снижает интенсивность принимаемых импульсов, потому что электрическая нива между горами повышается, как я объяснил в связи с моим громоотводом в февральском "Экспериментаторе".


РИС. 17. Иллюстрирующий влияние препятствия на пути передачи как доказательство против теории волн Герца.


РИС. 18. Эффект двух холмов в качестве дополнительного доказательства против теории волн Герца.

Снова на рис. 19 показаны две передающие цепи, одна заземленная напрямую, а другая через воздушный зазор. Общеизвестно, что первое гораздо более эффективно, чего не могло быть при передаче с использованием Герц-излучений. Аналогичным образом, если изо дня в день наблюдать за двумя заземленными контурами, эффект значительно возрастает с увеличением влажности грунта, и по той же причине передача через морскую воду становится более эффективной.


РИС. 19. Сравнение действий двух типов передатчиков, подтверждающее ошибочность волновой теории Герца.

Наглядный эксперимент показан на рис. 20, на котором показаны два заземленных передатчика, один с большой, а другой с малой клеммной емкостью. Предположим, что последнее составляет 1/10 от первого, но что оно заряжено в 10 раз больше потенциала, и пусть частота двух цепей и, следовательно, токи в обеих антеннах будут точно такими же. Схема с меньшей емкостью тогда будет иметь в 10 раз больше энергии, чем другая, но воздействие на приемник будет непропорциональным.


РИС. 20. Опровержение волновой теории Герца с помощью двух передатчиков, одного с большой, а другого с малой энергией.

К таким же выводам можно прийти при использовании передающих и приемных цепей с проводами, заглубленными под землю. В каждом случае будет установлено, что действия, тщательно исследованные, вызваны токами заземления. Можно привести множество других доказательств, которые можно легко проверить. Так, например, колебания низкой частоты намного эффективнее при передаче, что противоречит преобладающей идее. Мои наблюдения в 1900 году и недавние передачи сигналов на очень большие расстояния являются еще одним решительным опровержением.

Волновая теория беспроводной передачи данных Герца может сохраняться некоторое время, но я без колебаний заявляю, что вскоре она будет признана одним из самых замечательных и необъяснимых отклонений научного разума, которые когда-либо были зафиксированы в истории.

ВРАЩЕНИЕ ЛУНЫ

ИЮНЬ 1919 г.

_______________

В этой статье доктор Тесла убедительно доказывает с помощью теории и эксперимента, что вся кинетическая энергия вращающейся массы является чисто поступательной и что луна не содержит абсолютно никакой энергии вращения, другими словами, не вращается вокруг своей оси.

—РЕДАКТОР

При пересмотре моей статьи “Вращение Луны”, появившейся в апрельском номере журнала Electrical Experimenter, я добавил несколько замечаний к первоначальному тексту в целях дальнейшей поддержки и разъяснения выдвинутой теории. Из-за ошибки принтера они были утеряны, и, как следствие, я счел необходимым переслать другое сообщение, которое, к сожалению, было получено слишком поздно для публикации в майском номере. Тем временем до меня дошло много писем, в которых определенные явления, связанные с вращающимися телами, такие как колебания долготы Луны, приводятся в качестве доказательств наличия энергии, обусловленной вращательным движением, то есть доказательств осевого вращения спутника в истинном физическом смысле. Я надеюсь, что следующее расширенное заявление удовлетворит все высказанные возражения и обратит к моим взглядам тех, кто все еще не убежден.

Кинетическую энергию вращающейся массы можно определить четырьмя способами, которые проиллюстрированы на диаграммах, рис. 1, 2, 3 и 4 и могут быть признаны более или менее подходящими.


РИС. 1. При определении кинетической энергии вращающейся массы на этом рисунке показан выбор ряда точек, взятых внутри прямого стержня или массы M, на последовательных расстояниях от оси вращения O. Зная эти значения и скорость вращения, легко вычислить кинетическую энергию массы.


РИС. 2. В этом случае масса M, вращающаяся n раз в секунду вокруг оси O, разделяется на множество элементов или мелких частей на различных радиусах от O. Зная кинетическую энергию каждой части, общую кинетическую энергию массы легко определить путем суммирования отдельных величин.


РИС. 3. Другая форма выражения для энергии вращающегося тела может быть получена путем определения его момента инерции. Здесь масса M делится на мельчайшие части M1, M2, M3 ... и т.д. Сумма произведений этих масс на квадраты их расстояний представляет собой момент инерции, который вместе с угловой скоростью дает кинетическую энергию E.


РИС. 4. В этом случае движение разделяется на две отдельные составляющие — одну поступательную относительно O, а другую вращательную относительно C. Общая кинетическая энергия массы равна сумме этих двух энергий.

Ссылаясь на рис. 1, метод заключается в разумном выборе ряда точек, таких как O1, O2, O3 и т.д., В пределах прямого стержня или массы M, соответственно, на расстояниях r1, r2, r3 и т.д. От оси вращения O и вычислении квадратного корня из среднего квадрата этих расстояний. Его значение равно Rg, обозначающему радиус вращения, эффективная скорость массы при n оборотах в секунду будет равна Ve = 2 π Rgn, а ее кинетическая энергия E = ½ M Ve2 = ½ M (2π Rgn) 2.

На рис. 2 масса M, вращающаяся n раз в секунду вокруг оси O под прямым углом к плоскости бумаги, разделена на множество элементов или мелких частей, наиболее удобно очень тонких концентрических пластинок, таких как I1, I2, I3 и т.д., на расстояниях r1, r2, r3 и т.д. От O. Поскольку кинетическая энергия каждой части равна половине произведения ее массы на квадрат скорости, сумма всех этих элементарных энергий E = ½ ∑ m V2 = ½ m1 V12– ½ m2 V22+ ½ m3 V32 + ... ... = ½ m1 (2 π r1 n) 2 + ½ m2 (2 π r2 n)2 + ½ m3 (2 r3 n) 2 + ... ...

Другая форма выражения энергии вращающегося тела может быть получена путем определения его момента инерции. Для этого масса M (на рис. 3), вращающаяся n раз в секунду вокруг оси O, разделяется на мельчайшие части, такие как m1, m2, m3 и т.д., Соответственно, на расстояниях r1, r2, r3 и т.д. От нее. Сумма произведений всех этих малых масс на квадраты их расстояний составляет момент инерции I, и тогда E = ½ I ω2, где ω = 2 πn - угловая скорость.

Очевидно, что во всех этих случаях для обеспечения высокой точности потребуется много точек или элементов, но, как правило, на практике достаточно очень небольшого количества.

Еще один способ вычисления кинетической энергии показан на рис. 4. В этом случае величина I задается в терминах момента инерции Ic относительно другой оси, параллельной O и проходящей через центр тяжести C массы M. В соответствии с этим энергия движения E = ½ M V2 + ½ Ic ω2, в котором уравнение V представляет собой скорость центра тяжести.

Предыдущее считается необходимым, поскольку я отмечаю, что корреспонденты, даже те, кто, кажется, хорошо знаком с механическими принципами, не проводят различия между теоретическими и физическими истинами, что существенно для моей аргументации.

При оценке кинетической энергии вращающейся массы любым из указанных способов мы приходим, с помощью подходящих концепций и методов приближения, к выражениям, которые могут быть сделаны количественно точными до любой желаемой степени, но на самом деле не определяют фактическое состояние тела. Чтобы проиллюстрировать это, действуя в соответствии с планом на рис. 1, мы находим определенную гипотетическую скорость, с которой должна двигаться вся масса, чтобы содержать ту же энергию, состояние полностью воображаемое и несовместимое с реальным. Только тогда, когда все частицы тела имеют одинаковую скорость, произведение ½ М V2 определяет физический факт и является численно и описательно точным. Еще более далеким от очевидной истины является уравнение движения, полученное способом, указанным на рис. 4, в котором первый член представляет кинетическую энергию перемещения тела в целом, а второй - его осевого вращения. Первый потребовал бы движения массы по определенной траектории и направлению, при этом все частицы имели бы одинаковую скорость, второй - одновременного движения по другой траектории и направлению, при этом частицы имели бы разные скорости. Эта абстрактная идея углового движения в основном ответственна за иллюзию осевого вращения Луны, которую я попытаюсь развеять с помощью дополнительных доказательств.

В связи с этим объектом привлекается внимание к рис. 5 показана система, состоящая из восьми шариков M, которые закреплены на спицах S, отходящих от ступицы H и вращающихся вокруг центральной оси O в подшипниках, которые, как предполагается, не имеют трения. Это устройство аналогично ранее проиллюстрированному, за исключением того, что шарики вместо того, чтобы составлять части спиц, опираются на винтовые шарниры, которые обычно ослаблены, но могут быть затянуты так, чтобы обеспечивать как свободный поворот, так и жесткую фиксацию по желанию. Для облегчения наблюдения на спицах нанесены радиальные метки, а нижние стороны шариков заштрихованы. Предположим, во-первых, что на чертеже изображено состояние покоя, при котором шары могут вращаться без трения, и пусть системе передается угловая скорость ω = 2 πn в направлении по часовой стрелке, как указано длинной сплошной стрелкой.


РИС. 5. Эта схема представляет систему, состоящую из 8 шариков M, закрепленных на спицах S и вращающихся вокруг центра O. Шарики могут свободно вращаться на шарнирах, которые можно затянуть. С помощью этой модели можно наглядно продемонстрировать ошибочность вращения луны вокруг своей оси.

Рассматривая шар как M, его последовательные положения 1, 2, 3-8 в пространстве, а также относительно спицы, будут точно такими же, и при просмотре диаграммы становится очевидным, что при движении с угловой скоростью ω относительно O по часовой стрелке мяч поворачивается относительно своей оси с той же угловой скоростью, но в противоположном направлении, что указано пунктирной стрелкой. Совместным результатом этих двух движений является поступательное движение шара таким образом, что все частицы движутся с одинаковой скоростью V, которая соответствует скорости его центра тяжести. В этом случае, при условии абсолютного отсутствия трения, кинетическая энергия каждого шарика будет определяться произведением ½ М на V2 не приблизительно, а с математической строгостью. Если теперь шарниры туго привинчены и шарики жестко прикреплены к спицам, это угловое движение относительно их осей становится физически невозможным, и тогда обнаруживается, что кинетическая энергия каждого шарика увеличивается, причем приращение в точности равно энергии вращения шарика вокруг своей оси. Этот факт, подтверждаемый как теорией, так и экспериментом, является основой общего представления о том, что вращающееся тело — в данном случае шар М - всегда обращенный одной и той же гранью к центру движения, на самом деле вращается вокруг своей оси в том же смысле, как указано короткой стрелкой во всю длину. Но, хотя на первый взгляд так не кажется. Ошибочность станет очевидной при дальнейшем исследовании.

Для начала заметим, что когда масса, скажем, якорь электродвигателя, вращающийся с угловой скоростью ω, меняется на противоположную, его скорость равна –ω, а разность ω - (–ω) = 2 ω. Теперь, при закреплении шарика на спице, изменение угловой скорости составляет всего ω; следовательно, ему необходимо было бы придать дополнительную скорость ω, чтобы вызвать вращение шарика вокруг своей оси по часовой стрелке в истинном значении этого слова. Тогда кинетическая энергия была бы равна сумме энергий поступательного и осевого движений не просто в абстрактном математическом смысле, но и как физический факт. Я хорошо знаю, что, согласно преобладающему мнению, когда шар свободен от шарниров, он вообще не вращается вокруг своей оси, а вращается только с угловой скоростью рамы, когда жестко прикреплен к ней, но истина откроется при более внимательном рассмотрении такого рода движений.

Пусть система вращается, как предполагалось вначале и проиллюстрировано, при этом шарики совершенно свободно вращаются на шарнирах, и представьте, что последние постепенно затягиваются, чтобы вызвать трение, постепенно уменьшающееся и, наконец, предотвращающее скольжение. Вначале все частицы каждого шарика двигались со скоростью его центра тяжести, но по мере того, как сопротивление опоре усиливается все больше и больше, поступательная скорость частиц, находящихся ближе к оси O, будет уменьшаться, в то время как поступательная скорость диаметрально противоположных частиц будет увеличиваться, пока не будут достигнуты максимумы этих изменений при прочном удержании шариков. Таким образом, в этой операции мы лишили те части масс, которые находятся ближе к центру движения, некоторой кинетической энергии перемещения, одновременно добавив к энергии тех, которые находятся дальше, и, очевидно, выигрыш был больше потери, так что эффективная скорость каждого шара в целом была увеличена. Только так мы увеличили кинетическую энергию системы, не вызывая осевого вращения шариков. Энергия E каждого из них равна исключительно энергии поступательного движения с эффективной скоростью Ve, определенной выше таким образом, что E = ½ М Ve2. Осевые вращения шара в любом направлении являются лишь кажущимися; они не имеют никакой реальности и не требуют никаких механических усилий. Энергия вступает в игру просто тогда, когда посторонняя сила действует независимо, поворачивая вращающееся тело вокруг своей оси. Кстати, следует отметить, что при истинном осевом вращении жесткой и однородной массы все симметрично расположенные частицы вносят равный вклад в импульс, чего здесь нет. Однако можно легко установить, что не существует даже малейшей тенденции к такому движению.

Для этой цели я бы сослался на рис. 6, показывающий шар M радиуса r, центр C которого находится на расстоянии R от оси O и который разделен пополам касательной плоскостью pp, как указано, причем нижняя полусфера заштрихована для различения. Кинетическая энергия шара при вращении n раз в секунду вокруг O соответствует первой форме выражения E = ½ M Ve2 = ½ M (2 π Rg n)2, где M - масса, а Rg - радиус вращения. Но, как поясняется в связи с рис. 4, мы также имеем E = ½ M V2 + ½ I ω2, V= 2 π rn, представляющее собой скорость центра тяжести C и, т.е. момент инерции мяча относительно параллельной оси, проходящей через C, и равный ⅖ M I2, так что E = ½ M (2 π rn) 2 + ⅕ M r2 (2 πn) 2. Ни одно из этих двух выражений для E не описывает действительного состояния тела, но первое, безусловно, предпочтительнее, поскольку оно передает идею одного движения вместо двух, одно из которых, к тому же, лишено существования. Сначала я попытаюсь продемонстрировать, что вокруг центра С нет крутящего момента или вращательного усилия и что кинетическая энергия предполагаемого осевого вращения шара математически равна нулю. Это делает необходимым рассматривать две половины, разделенные касательной плоскостью p p, полностью независимыми друг от друга. Пусть C1 и C2 - их центры тяжести, тогда C c1 = C c2 = ⅜ r. Чтобы определить кинетическую энергию полусфер, мы должны найти их радиусы вращения, что можно сделать, определив моменты инерции IC1 и IC2 относительно параллельных осей, проходящих через c1 и c2. Сложных вычислений удастся избежать, если помнить, что момент инерции любой из полусфер вокруг оси, проходящей через C, равен IC = ½ × ⅖ M r2, = ⅕ M r2, а поскольку M = 2 m, IC = ⅖ m r2. Это может быть выражено в терминах моментов IC1 и IC2; а именно IC = IC1 + m (⅜ r) 2 = IC2 + m (⅜ r) 2. Следовательно, IC1 = IC2 = IC – m (⅜ r)2 = ⅖ m r2 – 9/64 m r2 = 83/320 m r2. Следуя тому же правилу, можно найти моменты инерции полусфер относительно оси, проходящей через центр движения O. Обозначая моменты для верхней и нижней половинок мяча, соответственно, IO1 и IO2, мы имеем IO1 = m (R + ⅜ r)2 + IC1 = m (R + ⅜ r)2 + 83/320 m r2. Таким образом, для верхней полусферы радиус вращения Rg1 = -(IO1/m) = -((R + ⅜ r2) + 83/320 r2), а для нижней Rg2 = -(IO2/m) = -((R – ⅜ r)2 – 83/320 r2).


РИС. 6. Диаграмма, показывающая шар массой M, радиусом r, вращающийся вокруг центра O и используемый при теоретическом анализе движения Луны.

Это расстояния от центра O, на которых могут быть сосредоточены массы полусфер, и тогда алгебраическая сумма их энергий — которые являются полностью поступательными, так как энергии осевого вращения равны нулю — будет в точности равна общей кинетической энергии шара как единицы. Значение этого будет понятно при обращении к рис. 7, на котором две массы, сконденсированные в точки, представлены прикрепленными к независимым невесомым нитям длин Rg1 и Rg2, которые намеренно показаны смещенными, но должны представляться совпадающими. Легко увидеть, что если обе струны перерезать в одно и то же мгновение, массы разлетятся по касательной к их круговым орбитам, угловое движение станет прямолинейным без какого-либо преобразования энергии. Давайте теперь выясним, что произойдет, если две массы будут жестко соединены, причем связь предполагается невесомой. Здесь мы подходим к реальной ошибке в обсуждаемом вопросе. Очевидно, что до тех пор, пока продолжается вращательное движение и обе массы имеют точно такую же угловую скорость, это связующее звено не будет иметь никакого эффекта, не будет существовать ни малейшего усилия поворота вокруг общего центра тяжести масс или тенденции к выравниванию энергии между ними. В тот момент, когда струны обрываются и их сбрасывают, они начинают вращаться, но, как указывалось ранее, это движение не увеличивает и не убавляет запасенной энергии. Вращение, однако, происходит не из-за исключительного свойства углового движения, а из-за того факта, что тангенциальные скорости отбрасываемых масс или частей тела различны.


РИС. 7. Здесь две массы m-m рассматриваются как сконденсированные в точки, прикрепленные к невесомым струнам разного радиуса. Если обе струны перерезаны и массы считаются соединенными, то вращения вокруг общего центра тяжести не будет.

Чтобы прояснить это и исследовать производимые эффекты, представьте два ружейных ствола, как показано на рис. 8, расположенных параллельно друг другу с разделением их осей на расстояние Rg1 – Rg2, и предположите, что две пули одинакового диаметра, каждая массой m, выпускаются с начальными скоростями V1 и V2, соответственно равными 2 πn Rg1 и 2 πn Rg2, как в только что рассмотренном случае. Если далее предположить, что в момент выхода из бочек шары соединены жестким, но невесомым звеном, они будут вращаться вокруг своего общего центра тяжести, и в соответствии с утверждением, приведенным выше в моей предыдущей статье, будет существовать соотношение (V1 – V2) / 2 = π n (Rg1 – Rg2), где n - количество оборотов в секунду. При таких обстоятельствах выравнивание скоростей и кинетической энергии шаров будет происходить очень быстро, но для двух небесных тел, связанных гравитационным притяжением, этот процесс может потребовать времени. Теперь, это вращательное движение реально и требует энергии, которая, очевидно, должна быть получена из той, которая была изначально передана, и, следовательно, должна уменьшить скорость шаров в направлении полета на величину, которую можно легко рассчитать. В момент разряда полная кинетическая энергия составляла E = ½ m V12 + ½ m V22, что, очевидно, равно m V32, V3 - эффективная скорость общего центра тяжести, из чего следует, что V3= -(V12 – V22/2). Скорость вращения масс, конечно, равна (V1 – V2/2), а энергия вращения обоих шаров, которые следует рассматривать как точки, равна e = m (V1 – V2)/2. Кинетическая энергия перемещения в направлении полета тогда равна ½ м V12 + ½ м V22 – м ((V1 – V2) / 2) 2 = м ((V1 + V2) / 2) 2 = м V12, V1 - (V1 – V2) / 2 – это скорость общего центра тяжести, так что V2 – V1 - это потеря скорости в направлении полета вследствие вращения двух точек масс. Если бы вместо этого мы имели дело с шарами такими, какие они есть, их энергия вращения e1 = e + i ω2 = m ((V1 + V2) / 2) 2 + i (2 πn) 2, i - момент инерции каждого шара относительно его оси.


РИС. 8. Чтобы сделать задачу, показанную на рис. 7, понятной, представьте два ружейных ствола, параллельных друг другу. Если одновременно выстрелить двумя шариками m-m, соединенными теоретической связью, они будут вращаться вокруг своего общего центра тяжести, доказывая, что луна обладает только кинетической энергией перемещения.

Как будет видно, мы приходим к точно таким же результатам независимо от того, является ли движение прямолинейным или по кругу. В обоих случаях полную кинетическую энергию можно разделить на две части, соответственно имеющие одинаковые числовые значения, но есть существенная разница. При угловом движении осевое вращение - не более чем абстрактная концепция; при прямолинейном движении это положительное событие.

Практически все спутники вращаются подобным образом, и вероятность того, что ускорение или замедление их осевых движений — если они когда—либо существовали - прекратится точно при определенной угловой скорости, бесконечно мала, в то время как почти абсолютно очевидно, что все движения такого рода в конечном итоге прекратятся. Наиболее правдоподобная точка зрения состоит в том, что ни одна настоящая луна никогда не вращалась вокруг своей оси, поскольку в момент ее рождения должна была произойти некоторая деформация и смещение ее центра тяжести из-за силы притяжения материнской планеты, чтобы сделать ее особое положение в пространстве относительно последней, в котором она сохраняется независимо от расстояния, более или менее стабильным. В объяснение этого предположим, что один из шаров, обозначенных как M на рис. 5, сделан не из однородного материала и что он поддерживается аналогичным образом, но на оси, проходящей через его центр тяжести, а не по форме. Тогда, независимо от того, в каком положении шарик закреплен на шарнирах, его кинетическая энергия и центробежное притяжение будут одинаковыми. Тем не менее директивная тенденция будет существовать, поскольку два центра не совпадают и, следовательно, отсутствует динамическое равновесие. Когда разрешено свободно поворачиваться вокруг оси тяжести, тело, какой бы формы оно ни было, будет стремиться расположиться так, чтобы линия, соединяющая два центра, указывала на O, и может быть два положения устойчивости, но, как правило, если центр тяжести смещен не сильно, более тяжелая сторона будет отклоняться наружу. Такое состояние могло бы возникнуть на Луне, если бы она затвердела перед удалением от земли на большое расстояние, когда расположение масс в ее недрах стало подчиняться собственным гравитационным силам, значительно большим, чем земные. Было высказано предположение, что планета имеет яйцевидную или эллипсоидальную форму, но отклонение от сферической формы должно быть незначительным. Это может быть даже идеальная сфера с совпадающими центрами тяжести и симметрии, которая все еще вращается. Каким бы ни было его происхождение и прошлая история, факт остается фактом, что в настоящее время все его части имеют одинаковую угловую скорость, как если бы он был жестко связан с землей. Это состояние должно сохраняться вечно, если силы извне лунно-земной системы не приведут к изменению условий, и, таким образом, надежда звездочетов на то, что когда-нибудь ее другая сторона станет видимой, должна быть отложена на неопределенный срок.

Движение такого характера, как я показал, исключает возможность осевого вращения. Самый простой способ избавиться от этой иллюзии - представить спутник разделенным на мельчайшие и совершенно независимые части, как частицы пыли, которые имеют разные орбитальные, но строго одинаковые угловые скорости. Следует сразу признать, что кинетическая энергия такого скопления является исключительно поступательной, в нем абсолютно отсутствует тенденция к осевому вращению. Это также делает совершенно понятным, почему Луна, при условии, что расстояние до нее не сильно увеличивается, должна всегда поворачиваться к нам одной и той же стороной, даже без какой-либо внутренней направляющей тенденции или даже малейшего усилия с земли.

Что касается либраций долготы, я не вижу, чтобы они имели какое-либо отношение к этому вопросу. В астрономических трактатах осевое вращение Луны принимается как материальный факт, и считается, что ее угловая скорость постоянна, в то время как орбитальное движение - нет, что приводит к очевидному колебанию, открывающему нашему взору большую часть ее поверхности. В какой-то степени это может быть правдой, но я считаю, что простое изменение орбитальной скорости, как будет очевидно из того, что было сказано ранее, не могло вызвать этих явлений, поскольку независимо от того, насколько быстрым или медленным было вращение, положение тела относительно центра притяжения остается неизменным. Истинной причиной этих осевых смещений является изменение расстояния Луны от земли, вследствие чего меняются тангенциальные составляющие скорости ее частей. В апогее, когда планета удаляется, радиальная составляющая скорости уменьшается, в то время как тангенциальная увеличивается, но, поскольку уменьшение первой одинаково для всех частей, это более выражено в регионах, обращенных к земле, чем в тех, которые отвернуты от нее, следствием чего является осевое смещение, обнажающее большую часть восточной стороны. В перигее, напротив, радиальная составляющая увеличивается, и эффект прямо противоположный, в результате чего видна большая часть западной стороны. Луна на самом деле качается на оси, проходящей через ее центр тяжести, на котором она держится, как шарик на веревочке. Силы, задействованные в этих маятниковых движениях, несравнимо меньше тех, которые требуются для изменения орбитальной скорости. Если мы оценим радиус обращения спутника в 600 миль и его среднее расстояние от земли в 240 000 миль, то энергия, необходимая для его вращения один раз в месяц, составит всего (600 / 240,000)2 = 1/160,000 о кинетической энергии орбитального движения.

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ГЕНЕРАТОРЫ

ИЮЛЬ 1919 ГОДА

_______________

Этой статьей мистер Тесла вносит очень важный вклад в электротехническое искусство. Пионер всех высокочастотных устройств раскрывает на этих страницах многое новое и поразительное. Мало кто осознает огромную ценность машин мистера Теслы и множество различных важных применений, для которых они могут быть применены в нашей повседневной жизни. Каждый год этим машинам находят новое и поразительное применение.

Для мистера Теслы характерно, что он разработал и фактически построил поразительную разновидность этих машин, и мы сожалеем, что можем опубликовать лишь очень немногие из наиболее важных моделей. Большинство показанных катушек Теслы никогда ранее не публиковались.

—РЕДАКТОР

Было открыто несколько областей, исследование которых оказалось столь же плодотворным, как исследование токов высокой частоты. Их необычные свойства и впечатляющий характер явлений, которые они представляли, немедленно привлекли всеобщее внимание. Ученые заинтересовались их исследованиями, инженеров привлекли их коммерческие возможности, а врачи признали в них давно разыскиваемое средство для эффективного лечения телесных недугов. С момента публикации моих первых исследований в 1891 году на эту тему были написаны сотни томов, и многие бесценные результаты были получены с помощью этого нового агентства. Тем не менее, искусство находится только в зачаточном состоянии, и будущее сулит несравненно большие свершения.

С самого начала я чувствовал необходимость производства эффективного оборудования для удовлетворения быстро растущего спроса, и в течение восьми лет, последовавших за моими первоначальными объявлениями, я разработал не менее пятидесяти типов этих трансформаторов или электрических генераторов, каждый из которых был завершен до мельчайших деталей и усовершенствован до такой степени, что сегодня я не могу существенно улучшить ни один из них. Если бы я руководствовался практическими соображениями, я мог бы создать огромный и прибыльный бизнес, попутно оказывая важные услуги миру. Но сила обстоятельств и постоянно расширяющаяся перспектива еще больших достижений направили мои усилия в другое русло. И вот так получается, что вскоре на рынок поступят инструменты, которые, как ни странно, были усовершенствованы двадцать лет назад!

Эти генераторы специально предназначены для работы в цепях постоянного и переменного освещения и генерирования затухающих и незатухающих колебаний или токов любой частоты, громкости и напряжения в самых широких пределах. Они компактны, автономны, не требуют ухода в течение длительного периода времени и будут сочтены очень удобными и полезными для различных целей, таких как беспроводная телеграфия и телефония; преобразование электрической энергии; образование химических соединений путем плавления и комбинирования; синтез газов; производство озона; освещение; сварка; муниципальная, больничная и бытовая санитария и стерилизация, а также множество других применений в научных лабораториях и промышленных учреждениях.

Хотя эти трансформаторы никогда не были описаны ранее, общие принципы, лежащие в их основе, были полностью изложены в моих опубликованных статьях и патентах, в частности, от 22 сентября 1896 г., и поэтому считается, что прилагаемые фотографии нескольких типов вместе с кратким пояснением передадут всю информацию, которая может потребоваться.

Основными частями такого генератора являются: конденсатор, катушка самоиндукции для зарядки его до высокого потенциала, контроллер цепи и трансформатор, который питается от колебательных разрядов конденсатора. Настроено по меньшей мере три, но обычно четыре, пять или шесть контуров, и регулирование осуществляется несколькими способами, чаще всего просто с помощью регулировочного винта. При благоприятных условиях достигается КПД до 85%, то есть этот процент подаваемой энергии может быть восстановлен во вторичной обмотке трансформатора. В то время как главное достоинство такого рода устройств, очевидно, связано с замечательной мощностью конденсатора, особые качества являются результатом объединения контуров при соблюдении точных гармонических соотношений и минимизации потерь на трение и других потерь, что было одной из основных задач конструкции.

В широком смысле приборы можно разделить на два класса: в одном схема контроллера состоит из сплошных контактов, а в другом включение и размыкание осуществляется ртутью. Цифры с 1 по 8 включительно относятся к первому, а остальные - ко второму классу. Первые способны обеспечить значительно более высокую эффективность за счет того факта, что потери, связанные с вводом в эксплуатацию, сведены к минимуму, а составляющая сопротивления коэффициента демпфирования очень мала. Последние предпочтительнее для целей, требующих большей производительности и большого количества перерывов в секунду. Работа двигателя и схемы управления, конечно, потребляет определенное количество энергии, которое, однако, тем менее существенно, чем больше мощность машины.

На рис. 1 показана одна из самых ранних форм генератора, сконструированного для экспериментальных целей. Конденсатор содержится в квадратном ящике из красного дерева, на котором установлена катушка самоиндукции или зарядки, намотанная, как будет отмечено, на две секции, соединенные несколькими или последовательно, в зависимости от того, составляет ли напряжение питающей цепи 110 или 220 Вольт. Из коробки выступают четыре латунные стойки, на которых закреплена пластина с пружинными контактами и регулировочными винтами, а также две массивные клеммы для подключения первичной обмотки трансформатора. Две колонки служат соединениями конденсатора, в то время как другая пара используется для соединения соединительных стоек переключателя спереди с самоиндуктивностью и конденсатором. Первичная катушка состоит из нескольких витков медной ленты, к концам которой припаяны короткие стержни, вставляемые в упомянутые клеммы. Вторичная обмотка состоит из двух частей, намотанных таким образом, чтобы максимально снизить распределяемую мощность и в то же время позволить катушке выдерживать очень высокое давление между ее клеммами в центре, которые соединены с крепежными стойками на двух резиновых столбах, выступающих из первичной обмотки. Подключения схемы могут немного отличаться, но обычно они таковы, как схематически показано в журнале Electrical Experimenter за май на странице 89, относящейся к моей фотографии колебательного трансформатора, которая появилась на странице 16 того же номера. Принцип действия следующий: когда выключатель включен, ток из цепи питания проходит через катушку самоиндукции, намагничивая железный сердечник внутри и разъединяя контакты контроллера. Затем индуцированный ток высокого напряжения заряжает конденсатор, и при замыкании контактов накопленная энергия высвобождается через первичную обмотку, вызывая длинную серию колебаний, которые возбуждают настроенную вторичную цепь.


Это устройство отлично зарекомендовало себя при проведении всевозможных лабораторных экспериментов. Например, при изучении явления полного сопротивления трансформатор был снят, а в клеммы вставлен изогнутый медный стержень. Последний часто заменялся большим кольцевым контуром для проявления индуктивных эффектов на расстоянии или для возбуждения резонансных контуров, используемых в различных исследованиях и измерениях. Трансформатор, подходящий для любой желаемой производительности, можно было легко изготовить импровизационно и прикрепить к клеммам, и таким образом было сэкономлено много времени и рабочей силы. Вопреки тому, что можно было бы естественно ожидать, с контактами возникло мало проблем, хотя токи через них были большими, а именно, существовали надлежащие условия резонанса, большой поток возникает только тогда, когда цепь замкнута и не может образоваться разрушающая дуга. Первоначально я использовал платиновые и иридиевые наконечники, но позже заменил их на метеоритные и, наконец, на вольфрамовые. Последние приносят наибольшее удовлетворение, позволяя работать часами и днями без перерыва.

На рис. 2 показан небольшой генератор, предназначенный для определенных целей. Основная идея заключалась в том, чтобы выполнять большие действия в течение минутных интервалов времени, за каждым из которых следовал сравнительно длительный период бездействия. С этой целью были использованы большая самоиндукция и быстродействующий выключатель, благодаря которым конденсатор был заряжен до очень высокого потенциала. Таким образом, были получены внезапные вторичные токи и искры большого объема, в высшей степени подходящие для сварки тонких проволок, нитей накаливания ламп, воспламенения взрывоопасных смесей и аналогичных применений. Прибор также был приспособлен для использования от аккумулятора и в таком виде представлял собой очень эффективный воспламенитель для газовых двигателей, патент на который под номером 609 250 был выдан мне 16 августа 1898 года.

На рис. 3 представлен большой генератор первого класса, предназначенный для беспроводных экспериментов, получения рентгеновских лучей и научных исследований в целом. Он состоит из коробки, содержащей два конденсатора одинаковой емкости, на которых установлены зарядная катушка и трансформатор. Автоматический контроллер цепи, ручной выключатель и соединительные стойки установлены на передней пластине катушки индуктивности, а также на одной из контактных пружин. Конденсаторный блок оснащен тремя клеммами, две внешние из которых служат только для подключения, в то время как средняя снабжена контактной планкой с винтом для регулирования интервала, в течение которого цепь замыкается. Сама вибрирующая пружина, единственной функцией которой является периодическое отключение, может регулироваться по силе, а также по расстоянию от железного сердечника в центре зарядной катушки с помощью четырех винтов, видимых на верхней пластине, чтобы обеспечить любые желаемые условия механического управления. Первичная обмотка трансформатора изготовлена из листовой меди, а отводы выполнены в подходящих местах с целью изменения по желанию количества витков. Как показано на рис. 1 катушка индуктивности намотана в двух секциях для адаптации прибора как к цепям 110, так и 220 Вольт, и было предусмотрено несколько вторичных устройств в соответствии с различными длинами волн первичной обмотки. Мощность составляла примерно 500 Вт при затухающих волнах около 50 000 циклов в секунду. В течение коротких периодов времени создавались незатухающие колебания при плотном навинчивании вибрирующей пружины на железный сердечник и разъединении контактов регулировочным винтом, который также выполнял функцию ключа. С помощью этого генератора я сделал ряд важных наблюдений, и это была одна из машин, представленных на лекции в Нью-Йоркской академии наук в 1897 году.

На рис. 4 приведена фотография трансформатора, во всех отношениях похожего на тот, что был показан в майском номере журнала Electrical Experimenter за 1919 год, на который уже делалась ссылка. Он содержит идентичные основные детали, расположенные аналогичным образом, но был специально разработан для использования в цепях питания более высокого напряжения, от 220 до 500 вольт и более. Обычные регулировки производятся при установке контактной пружины и перемещении железного сердечника внутри катушки индуктивности вверх и вниз с помощью двух винтов. Во избежание травм в результате короткого замыкания в провода вставлены предохранители. Прибор был сфотографирован в действии, генерируя незатухающие колебания от сети освещения напряжением 220 вольт.

На рис. 5 показана более поздняя форма трансформатора, в основном предназначенная для замены катушек Румкорфа. В данном случае используется первичная обмотка, имеющая гораздо большее количество витков, и вторичная обмотка тесно связана с ней. Токи, вырабатываемые в последнем, имеющие напряжение от 10 000 до 30 000 Вольт, используются для зарядки конденсаторов и приведения в действие независимой высокочастотной катушки, как обычно. Управляющий механизм имеет несколько иную конструкцию, но сердечник и контактная пружина регулируются, как и раньше.

На рис. 6 показан небольшой инструмент такого типа, специально предназначенный для получения озона или стерилизации. Он удивительно эффективен для своего размера и может быть подключен либо к цепи напряжением 110 или 220 Вольт, прямой или переменной, предпочтительно к первой.

На рис. 7 показана фотография увеличенного трансформатора такого типа. Конструкция и расположение деталей такие же, как и раньше, но в коробке находятся два конденсатора, один из которых подключен в цепь, как и в предыдущих случаях, в то время как другой находится в шунте к первичной обмотке. Таким образом, в последнем создаются токи большой мощности, и вторичные эффекты соответственно усиливаются. Введение дополнительной настраиваемой схемы обеспечивает и другие преимущества, но регулировка становится более сложной, и по этой причине желательно использовать такой прибор для получения токов определенной и неизменной частоты.

На рис. 8 показан трансформатор с поворотным выключателем. В коробке находятся два конденсатора одинаковой емкости, которые могут быть соединены последовательно или несколькими. Зарядные индуктивности выполнены в виде двух длинных катушек, на которые опираются вторичные клеммы. Небольшой двигатель постоянного тока, скорость которого может варьироваться в широких пределах, используется для приведения в действие специально сконструированного механизма "Сделай и сломай". По другим характеристикам генератор аналогичен тому, что показан на рис. 3, и его принцип работы будет легко понятен из вышеизложенного. Этот трансформатор использовался в моих беспроводных экспериментах и часто также для освещения лаборатории моими вакуумными лампами, а также был показан на моей лекции в Нью-Йоркской академии наук, упомянутой выше.

Переходя теперь к машинам второго класса, рис. 9 показан колебательный трансформатор, содержащий конденсатор и зарядную индуктивность, заключенные в коробку, трансформатор и контроллер ртутной цепи, причем конструкция последнего впервые описана в моем патенте №609,251 от 16 августа 1898 года. Он состоит из полого шкива с приводом от двигателя, содержащего небольшое количество ртути, которая под действием центробежной силы выбрасывается наружу, ударяясь о стенки емкости, и увлекает за собой контактное колесо, которое периодически замыкает и размыкает контур конденсатора. С помощью регулировочных винтов над шкивом глубину погружения лопастей и, следовательно, продолжительность каждого контакта можно изменять по желанию и, таким образом, контролировать интенсивность воздействия и их характер. Такая форма отключения удовлетворяет компанию thoro, работающую непрерывно с токами от 20 до 25 Ампер. Количество прерываний обычно составляет от 500 до 1000 в секунду, но возможны и более высокие частоты. Занимаемое пространство составляет около 10 x 8 x 10, а мощность - примерно ½ К.Вт.

В только что описанном трансформаторе разрыв подвергается воздействию атмосферы, и происходит медленное окисление ртути. Этот недостаток преодолевается в приборе, показанном на рис. 10, который состоит из перфорированного металлического ящика, содержащего конденсатор и зарядную индуктивность и несущего сверху двигатель, приводящий в действие выключатель, и трансформатор. Ртутный разрыв относится к типу, который будет описан ниже, и работает по принципу струи, которая периодически устанавливает контакт с вращающимся колесом внутри шкива. Неподвижные детали поддерживаются в резервуаре на стержне, проходящем через длинный полый вал двигателя, а ртутное уплотнение используется для герметичного закрытия камеры, окружающей контроллер цепи. Ток подается внутрь шкива через два скользящих кольца сверху, которые расположены последовательно с конденсатором и первичной обмоткой. Исключение кислорода является решительным улучшением, при этом устраняется износ металла и сопутствующие неисправности и постоянно поддерживаются идеальные условия труда.

На рис. 11 приведена фотография аналогичного генератора с герметично закрытым ртутным разрывом. В этой машине неподвижные части прерывателя внутри шкива опирались на трубку, через которую был проведен изолированный провод, соединяющийся с одной клеммой прерывателя, в то время как другая находилась в контакте с сосудом. Таким образом, удалось избежать использования скользящих колец и упростить конструкцию. Прибор был разработан для колебаний меньшего напряжения и частоты, требующих первичных токов сравнительно меньшей силы тока, и использовался для возбуждения других резонансных контуров.

На рис. 12 показана улучшенная форма генератора типа, описанного на рис. 10, в котором была устранена опорная планка, проходящая через полый вал двигателя, а устройство, перекачивающее ртуть, удерживалось на месте под действием силы тяжести, что будет более полно объяснено со ссылкой на другой рисунок. Как емкость конденсатора, так и первичные витки были сделаны переменными с целью создания колебаний нескольких частот.

На рис. 13 представлен фотографический вид колебательного трансформатора другой формы с герметичным ртутным прерывателем, а на рис. 14 показаны схемы соединений и расположения деталей, воспроизведенные из моего патента № 609,245 от 16 августа 1898 г., описывающего это конкретное устройство. Конденсатор, индуктивность, трансформатор и регулятор цепи расположены как и раньше, но последний имеет другую конструкцию, что будет ясно при осмотре рис. 14. Полый шкив a прикреплен к валу c, который установлен в вертикальном подшипнике, проходящем через стационарный полевой магнит d двигателя. Внутри сосуда на подшипниках без трения установлен корпус h из магнитного материала, который окружен куполом b в центре многослойного железного кольца с полюс-ными наконечниками o o, намотанными на катушки питания p. Кольцо опирается на четыре стойки и, будучи намагниченным, удерживает корпус h в нужном положении при вращении шкива. Последний изготовлен из стали, но купол предпочтительно изготавливать из немецкого серебра, обожженного кислотой до черноты или никелированного. Корпус h снабжен короткой трубкой k, изогнутой, как указано, для улавливания жидкости при ее вращении и подачи ее на зубья колеса, прикрепленного к шкиву. Это колесо изолировано, и контакт от него к внешней цепи устанавливается через ртутный стаканчик. При быстром вращении шкива на колесо выбрасывается струя жидкости, таким образом, соприкасаясь и разрывая его примерно 1000 раз в секунду. Прибор работает бесшумно и, благодаря отсутствию каких-либо загрязняющих веществ, постоянно поддерживается в чистоте и идеальном состоянии. Однако количество прерываний в секунду может быть намного больше, чтобы сделать токи пригодными для беспроводной телефонии и подобных целей.


РИС. 13. Генератор Тесла с магнитоуправляемым герметичным ртутным прерывателем.


РИС. 14. Электрический генератор, проиллюстрированный на рис. 13, с указанием деталей и соединений схемы.

Модифицированная форма генератора представлена на рис. 15 и 16, причем первое представляет собой фотографический вид, а второе - схематическую иллюстрацию, показывающую расположение внутренних частей контроллера. В этом случае вал b, несущий сосуд a, является полым и поддерживает в подшипниках без трения шпиндель j, к которому прикреплен груз k. Изолированным от последнего, но механически прикрепленным к нему, является изогнутый рычаг L, на котором с возможностью свободного вращения закреплено отбойное колесо с выступами Q.Q. Колесо находится в электрическом соединении с внешней цепью через ртутный колпачок и изолированную вилку, закрепленную в верхней части шкива. Из-за наклонного положения двигателя груз k удерживает тормозное колесо на месте за счет силы тяжести, и при вращении шкива цепь, включая конденсатор и первичную обмотку трансформатора, быстро восстанавливается и разрывается.


РИС. 15. Трансформатор Тесла с герметичным ртутным прерывателем с гравитационным управлением.


РИС. 16. Электрический генератор, проиллюстрированный на рис. 15, показывающий детали двигателя и механизма отключения.

На рис. 17 показан аналогичный инструмент, в котором, однако, пуско-наладочное устройство представляет собой струю ртути, ударяющуюся о изолированное зубчатое колесо, закрепленное на изолированной шпильке в центре крышки шкива, как показано. Подключение к контуру конденсатора осуществляется щетками, закрепленными на этой вилке.


РИС. 17. Трансформатор Тесла с регулируемым ртутным контуром.

На рис. 18 приведена фотография другого трансформатора с ртутным контроллером колесного типа, модифицированного в некоторых чертах, на которых нет необходимости останавливаться. Это лишь некоторые из усовершенствованных мной колебательных преобразователей, которые составляют лишь малую часть моего высокочастотного устройства, полное описание которого я надеюсь дать когда-нибудь в будущем, когда освобожусь от неотложных обязанностей.


РИС. 18. Трансформатор Тесла с ртутным прерывателем.

Проблема увеличения

Человеческая энергия

СО СПЕЦИАЛЬНОЙ ССЫЛКОЙ

К ОБУЗДАНИЮ

ЭНЕРГИЯ СОЛНЦА


ПОСТУПАТЕЛЬНОЕ ДВИЖЕНИЕ ЧЕЛОВЕКА—

ЭНЕРГИЯ ДВИЖЕНИЯ—

ТРИ СПОСОБА УВЕЛИЧЕНИЯ ЭНЕРГИИ ЧЕЛОВЕКА

ПЕРВОНАЧАЛЬНО ОПУБЛИКОВАНО В ЖУРНАЛЕ CENTURY MAGAZINE,

ИЮНЬ 1900 ГОДА

Из всего бесконечного разнообразия явлений, которые природа представляет нашим органам чувств, нет ни одного, которое наполняло бы наш разум большим удивлением, чем то непостижимо сложное движение, которое во всей его полноте мы называем человеческой жизнью. Его таинственное происхождение сокрыто в вечно непроницаемом тумане прошлого, его характер становится непостижимым из-за его бесконечной запутанности, а его предназначение скрыто в непостижимых глубинах будущего. Откуда оно берется? Что это? Куда оно стремится? вот великие вопросы, на которые пытались ответить мудрецы всех времен.

Современная наука утверждает: Солнце - это прошлое, земля - настоящее, Луна - будущее. Мы возникли из раскаленной массы и превратимся в застывшую массу. Закон природы беспощаден, и быстро и непреодолимо нас влечет к нашей гибели. Лорд Кельвин в своих глубоких размышлениях оставляет нам лишь короткий промежуток жизни, что-то около шести миллионов лет, по прошествии которого яркий свет солнца перестанет светить, и его животворящее тепло иссякнет, и наша собственная земля превратится в глыбу льда, спешащую сквозь вечную ночь. Но не будем отчаиваться. На нем все еще останется мерцающая искра жизни, и будет шанс зажечь новый огонь на какой-нибудь далекой звезде. Эта замечательная возможность, по-видимому, действительно существует, судя по прекрасным экспериментам профессора Дьюара с жидким воздухом, которые показывают, что зародыши органической жизни не уничтожаются холодом, каким бы интенсивным он ни был; следовательно, они могут передаваться через межзвездное пространство. Между тем ободряющие огни науки и искусства, все более ярко освещающие наш путь, и чудеса, которые они открывают, и удовольствия, которые они предлагают, заставляют нас в значительной степени забыть о мрачном будущем.

Хотя мы, возможно, никогда не сможем понять человеческую жизнь, мы определенно знаем, что это движение, какой бы природы оно ни было. Существование движения неизбежно подразумевает наличие тела, которое приводится в движение, и силы, которая приводит его в движение. Следовательно, везде, где есть жизнь, есть масса, приводимая в движение силой. Вся масса обладает инерцией, вся сила имеет тенденцию сохраняться. Благодаря этому универсальному свойству и условию тело, будь то в состоянии покоя или в движении, стремится оставаться в одном и том же состоянии, и сила, проявляющаяся где угодно и по какой угодно причине, создает эквивалентную противодействующую силу, и из этого с абсолютной необходимостью следует, что каждое движение в природе должно быть ритмичным. Давным-давно на эту простую истину ясно указал Герберт Спенсер, который пришел к ней с помощью несколько иного процесса рассуждений. Это подтверждается всем, что мы воспринимаем, — движением планеты, приливами и отливами прилива, колебаниями воздуха, раскачиванием маятника, колебаниями электрического тока и бесконечно разнообразными явлениями органической жизни. Разве вся человеческая жизнь не свидетельствует об этом? Рождение, рост, старость и смерть отдельного человека, семьи, расы или нации, что все это, как не ритм? Таким образом, любое проявление жизни, даже в своей наиболее сложной форме, примером которой является человек, каким бы запутанным и непостижимым оно ни было, является всего лишь движением, к которому должны быть применимы те же общие законы движения, которые управляют всей физической вселенной.

Когда мы говорим о человеке, у нас есть представление о человечестве в целом, и прежде чем применять научные методы к исследованию его движения, мы должны принять это как физический факт. Но может ли кто-нибудь сомневаться сегодня в том, что все миллионы индивидуумов и все бесчисленные типы и характеры составляют единое целое? Хотя мы свободны в мыслях и действиях, мы скреплены, как звезды на небосводе, неразрывными узами. Эти узы нельзя увидеть, но мы можем их почувствовать. Я порезал себе палец, и мне больно: этот палец - часть меня. Я вижу, как обижают друга, и мне тоже больно: мы с другом - одно целое. И теперь я вижу поверженного врага, сгусток материи, который из всех сгустков материи во Вселенной волнует меня меньше всего, и это все еще печалит меня. Разве это не доказывает, что каждый из нас - лишь часть единого целого?

На протяжении веков эта идея провозглашалась в безупречно мудрых религиозных учениях, вероятно, не только как средство обеспечения мира и гармонии между людьми, но и как глубоко обоснованная истина. Буддист выражает это одним способом, христианин - другим, но оба говорят одно и то же: мы все едины. Метафизические доказательства, однако, не единственные, которые мы можем привести в поддержку этой идеи. Наука тоже признает эту связь отдельных индивидуумов, хотя и не совсем в том смысле, в каком она признает, что солнца, планеты и луны созвездия являются одним телом, и не может быть сомнений в том, что это будет подтверждено экспериментально в грядущие времена, когда наши средства и методы исследования психических и других состояний и феноменов будут доведены до большого совершенства. Более того: это единственное человеческое существо продолжает жить. Индивидуум эфемерен, расы и нации приходят и исчезают, но человек остается. В этом заключается глубокое различие между индивидуумом и целым. В этом также можно найти частичное объяснение многих из тех удивительных феноменов наследственности, которые являются результатом бесчисленных веков слабого, но стойкого влияния.

Итак, представим себе человека как массу, побуждаемую какой-то силой. Хотя это движение не носит поступательного характера, подразумевающего смену места, все же к нему применимы общие законы механического движения, и энергия, связанная с этой массой, может быть измерена, в соответствии с хорошо известными принципами, половиной произведения массы на квадрат определенной скорости. Так, например, пушечное ядро, находящееся в состоянии покоя, обладает определенным количеством энергии в виде тепла, которое мы измеряем аналогичным образом. Мы представляем себе шар состоящим из бесчисленных мельчайших частиц, называемых атомами или молекулами, которые вибрируют или вращаются друг вокруг друга. Мы определяем их массы и скорости, а из них энергию каждой из этих мельчайших систем, и, суммируя их все вместе, получаем представление об общей тепловой энергии, содержащейся в шаре, который только на первый взгляд находится в состоянии покоя. В этой чисто теоретической оценке эта энергия может быть затем вычислена путем умножения половины общей массы — то есть половины суммы всех малых масс - на квадрат скорости, который определяется из скоростей отдельных частиц. Аналогичным образом мы можем представить себе человеческую энергию, измеряемую половиной массы человека, умноженной на квадрат скорости, который мы пока не в состоянии вычислить. Но недостаток наших знаний не отменит истинности выводов, которые я сделаю, основанных на твердом основании, что одни и те же законы массы и силы управляют всей природой.

Однако человек - это не обычная масса, состоящая из вращающихся атомов и молекул и содержащая только тепловую энергию. Он представляет собой массу, обладающую определенными высшими качествами в силу творческого принципа жизни, которым он наделен. Его масса, подобно воде в океанской волне, непрерывно меняется, новое занимает место старого. И не только это, но и то, что он растет, размножается и умирает, таким образом, независимо изменяя свою массу, как по объему, так и по плотности. Что самое удивительное из всего, он способен увеличивать или уменьшать скорость своего движения с помощью таинственной силы, которой он обладает, присваивая больше или меньше энергии из другой субстанции и превращая ее в движущую энергию. Но в любой данный момент мы можем игнорировать эти медленные изменения и предположить, что человеческая энергия измеряется половиной произведения массы человека на квадрат определенной гипотетической скорости. Как бы мы ни вычисляли эту скорость и что бы мы ни принимали за стандарт ее измерения, мы должны, в согласии с этой концепцией, прийти к выводу, что великой проблемой науки является и всегда будет увеличение энергии, определенной таким образом. Много лет назад, вдохновленный прочтением этого глубоко интересного труда, “Истории интеллектуального развития Европы” Дрейпера, так ярко изображающего движение человечества, я осознал, что решение этой вечной проблемы всегда должно быть главной задачей человека науки. Некоторые результаты моих собственных усилий в этом направлении я постараюсь кратко описать здесь.

Тогда пусть на диаграмме a, M представляют массу человека. Эта масса приводится в движение в одном направлении силой f, которой противодействует другая, частично фрикционная и частично отрицательная сила R, действующая в прямо противоположном направлении и замедляющая движение массы. Такая антагонистическая сила присутствует в каждом движении, и ее необходимо принимать во внимание. Разница между этими двумя силами представляет собой эффективную силу, которая сообщает массе M скорость V в направлении стрелки на линии, представляющей силу f. В соответствии с предыдущим, энергия человека тогда будет выражена произведением ½ MV2 = ½ MV x V, в котором M - общая масса человека в обычной интерпретации термина “масса”, а V - определенная гипотетическая скорость, которую при нынешнем состоянии науки мы не в состоянии точно определить. Следовательно, увеличение энергии человека эквивалентно увеличению количества этого продукта, и, как легко будет видеть, существует только три возможных способа достижения этого результата, которые проиллюстрированы на приведенной выше диаграмме. Первый способ, показанный на верхнем рисунке, заключается в увеличении массы (как указано пунктирным кругом), оставляя две противоположные силы неизменными. Второй способ заключается в уменьшении тормозящей силы r до меньшего значения R, оставляя массу и движущую силу неизменными, как схематически показано на среднем рисунке. Третий способ, который проиллюстрирован на последнем рисунке, заключается в увеличении движущей силы F до более высокого значения f, в то время как масса и тормозящая сила R остаются неизменными. Очевидно, что существуют фиксированные ограничения в отношении увеличения массы и уменьшения тормозящей силы, но движущую силу можно увеличивать бесконечно. Каждое из этих трех возможных решений представляет собой отдельный аспект основной проблемы увеличения энергии человека, которая, таким образом, подразделяется на три отдельные проблемы, подлежащие последовательному рассмотрению.


ДИАГРАММА а. Три способа увеличения энергии человека.

ПЕРВАЯ ПРОБЛЕМА:

КАК УВЕЛИЧИТЬ МАССУ ЧЕЛОВЕКА—

СЖИГАНИЕ АТМОСФЕРНОГО АЗОТА

При общем рассмотрении очевидно, что есть два способа увеличить массу человечества: во-первых, помогая и поддерживая те силы и условия, которые имеют тенденцию ее увеличивать; и, во-вторых, противодействуя и уменьшая те, которые имеют тенденцию ее уменьшать. Масса будет увеличиваться за счет тщательного отношения к здоровью, плотного питания, умеренности, правильности привычек, поощрения брака, добросовестного отношения к детям и, как правило, за счет соблюдения всех многочисленных предписаний и законов религии и гигиены. Но при добавлении новой массы к старой снова возникают три случая. Либо добавленная масса имеет ту же скорость, что и старая, либо она имеет меньшую или большую скорость. Чтобы получить представление об относительной важности этих случаев, представьте поезд, состоящий, скажем, из ста локомотивов, движущихся по рельсам, и предположите, что для увеличения энергии движущейся массы к поезду добавлены еще четыре локомотива. Если эти четыре движутся с той же скоростью, с которой движется поезд, общая энергия увеличится на четыре процента; если они движутся только с половиной этой скорости, увеличение составит всего один процент; если они движутся с удвоенной скоростью, увеличение энергии составит шестнадцать процентов. Эта простая иллюстрация показывает, что очень важно добавлять массу с большей скоростью. Говоря точнее, если, например, дети будут иметь ту же степень просветления, что и родители, то есть массу с “той же скоростью”, энергия просто увеличится пропорционально добавленному числу. Если они менее умны или развиты, или обладают массой “меньшей скорости”, то будет очень незначительный прирост энергии; но если они продвинуты дальше или обладают массой “большей скорости”, тогда новое поколение очень значительно увеличит общую сумму человеческой энергии. Любому увеличению массы с “меньшей скоростью” сверх того необходимого количества, которого требует закон, выраженный в пословице “Mens sana in corpore sano”, следует решительно противодействовать. Например, простое развитие мускулатуры, на которое нацелены в некоторых наших колледжах, я считаю эквивалентным прибавлению массы с “меньшей скоростью”, и я бы не одобрил это, хотя мои взгляды были иными, когда я сам был студентом. Умеренные физические нагрузки, обеспечивающие правильный баланс между разумом и телом и высочайшую эффективность выполнения упражнений, являются, конечно же, первостепенным требованием. Приведенный выше пример показывает, что наиболее важным результатом, которого необходимо достичь, является образование или увеличение “скорости” вновь добавленной массы.

И наоборот, едва ли нужно утверждать, что все, что противоречит религиозным учениям и законам гигиены, ведет к уменьшению массы. Виски, вино, чай, кофе, табак и другие подобные стимуляторы укорачивают жизнь многих людей, и их следует употреблять в умеренных количествах. Но я не думаю, что строгие меры по подавлению привычек, которым следовали на протяжении многих поколений, заслуживают похвалы. Разумнее проповедовать умеренность, чем воздержание. Мы привыкли к этим стимуляторам, и если мы хотим провести такие реформы, они должны быть медленными и постепенными. Те, кто посвящает свою энергию этим целям, могли бы принести гораздо больше пользы, направив свои усилия в другие направления, как, например, на обеспечение чистой водой.

На каждого человека, погибающего от воздействия стимулятора, приходится по меньшей мере тысяча смертей от последствий употребления нечистой воды. Эта драгоценная жидкость, которая ежедневно вливает в нас новую жизнь, также является главным проводником, через который болезни и смерть проникают в наши тела. Микробы разрушения, которые он несет, являются врагами, тем более ужасными, что они незаметно выполняют свою роковую работу. Они предопределяют нашу гибель, пока мы живем и наслаждаемся. Большинство людей настолько невежественны или небрежно относятся к питьевой воде, и последствия этого настолько катастрофичны, что филантроп едва ли может использовать свои усилия лучше, чем пытаясь просветить тех, кто таким образом наносит себе вред. Путем систематической очистки и стерилизации питьевой воды человеческая масса была бы очень значительно увеличена. Следует установить жесткое правило, которое могло бы быть закреплено законом, кипячения или иной стерилизации питьевой воды в каждом доме и общественном месте. Простая фильтрация не обеспечивает достаточной защиты от инфекции. Весь лед для внутреннего употребления должен быть искусственно приготовлен из тщательно простерилизованной воды. Важность устранения болезнетворных микробов из городской воды общепризнанна, но мало что делается для улучшения существующих условий, поскольку до сих пор не разработано удовлетворительного метода стерилизации большого количества воды. Благодаря усовершенствованным электрическим приборам мы теперь можем производить озон дешево и в больших количествах, и это идеальное дезинфицирующее средство, по-видимому, предлагает удачное решение важного вопроса.

Азартные игры, деловой ажиотаж и азарт, особенно на биржах, являются причинами значительного сокращения массы, тем более что соответствующие индивиды представляют собой единицы более высокой ценности. Неспособность заметить первые симптомы болезни и небрежное пренебрежение ими являются важными факторами смертности. Тщательно отмечая каждый новый признак приближающейся опасности и добросовестно прилагая все возможные усилия для ее предотвращения, мы не только следуем мудрым законам гигиены в интересах нашего благополучия и успеха наших трудов, но и выполняем высший моральный долг. Каждый должен рассматривать свое тело как бесценный дар того, кого он любит больше всего, как чудесное произведение искусства, неописуемой красоты и мастерства, превосходящих человеческое представление, и настолько нежное и хрупкое, что слово, вздох, взгляд, нет, мысль могут причинить ему вред. Нечистота, порождающая болезни и смерть, является не только саморазрушительной, но и в высшей степени аморальной привычкой. Сохраняя наши тела свободными от инфекций, здоровыми и чистыми, мы выражаем наше почтение к высокому принципу, которым они наделены. Тот, кто следует предписаниям гигиены в этом духе, пока что доказывает, что он по-настоящему религиозен. Распущенность нравов - это ужасное зло, которое отравляет как разум, так и тело и которое является причиной значительного сокращения человеческой массы в некоторых странах. Многие из нынешних обычаев и тенденций приводят к аналогичным пагубным результатам. Например, общественная жизнь, современное образование и занятия женщин, стремящиеся отвлечь их от домашних обязанностей и сделать из них мужчин, неизбежно должны умалять возвышающий идеал, который они представляют, уменьшать художественную созидательную силу и вызывать бесплодие и общее ослабление расы. Можно было бы назвать тысячу других зол, но все они, вместе взятые, по своему отношению к обсуждаемой проблеме не могли сравниться ни с одним из них - нехваткой продовольствия, вызванной бедностью, обездоленностью и голодом. Ежегодно миллионы людей умирают от недостатка пищи, что приводит к снижению массы населения. Даже в наших просвещенных сообществах, несмотря на многочисленные благотворительные усилия, это все еще, по всей вероятности, главное зло. Я имею в виду не абсолютную нехватку пищи, а потребность в здоровом питании.

Таким образом, самый важный вопрос дня - как обеспечить себя хорошей и обильной пищей. С точки зрения общих принципов, разведение крупного рогатого скота как средство получения пищи нежелательно, поскольку в смысле, истолкованном выше, оно, несомненно, должно приводить к увеличению массы с “меньшей скоростью”. Безусловно, предпочтительнее выращивать овощи, и поэтому я думаю, что вегетарианство - это похвальный отход от устоявшейся варварской привычки. То, что мы можем питаться растительной пищей и выполнять свою работу даже с пользой, - это не теория, а хорошо доказанный факт. Многие расы, питающиеся почти исключительно овощами, отличаются превосходным телосложением и силой. Нет никаких сомнений в том, что некоторые растительные продукты, такие как овсянка, более экономичны, чем мясо, и превосходят его как в отношении механической, так и умственной работоспособности. Более того, такая пища значительно меньше нагружает наши пищеварительные органы и, делая нас более довольными и общительными, приносит такое количество пользы, которое трудно оценить. Ввиду этих фактов следует приложить все усилия, чтобы остановить бессмысленное и жестокое истребление животных, которое должно быть разрушительным для нашей морали. Чтобы освободиться от животных инстинктов и аппетитов, которые подавляют нас, мы должны начать с самого корня, из которого мы произрастаем: мы должны радикально изменить характер пищи.

Кажется, что в пище нет никакой философской необходимости. Мы можем представить себе организованные существа, живущие без питания и черпающие всю энергию, необходимую им для выполнения своих жизненных функций, из окружающей среды. В кристалле мы имеем ясное свидетельство существования формирующего жизненного принципа, и хотя мы не можем понять жизнь кристалла, тем не менее это живое существо. Могут существовать, помимо кристаллов, другие подобные индивидуализированные материальные системы существ, возможно, газообразного строения или состоящие из вещества еще более разреженного. Ввиду этой возможности — нет, вероятности — мы не можем аподиктически отрицать существование организованных существ на планете только потому, что условия на ней непригодны для существования жизни в том виде, в каком мы ее представляем. Мы даже не можем с уверенностью утверждать, что некоторые из них могут отсутствовать здесь, в этом нашем мире, в самой гуще нас, поскольку их строение и жизненное проявление могут быть таковы, что мы не в состоянии их воспринять.

Производство искусственной пищи как средства, вызывающего увеличение массы человека, естественно, напрашивается само собой, но прямая попытка такого рода обеспечить питание не кажется мне рациональной, по крайней мере, в настоящее время. Сможем ли мы процветать на такой пище, весьма сомнительно. Мы являемся результатом веков непрерывной адаптации и не можем радикально измениться без непредвиденных и, по всей вероятности, катастрофических последствий. Не следует проводить столь сомнительный эксперимент. Мне кажется, что лучшим способом противостоять разрушительному воздействию зла было бы найти способы повысить продуктивность почвы. С этой целью сохранение лесов имеет значение, которое невозможно переоценить, и в этой связи также следует решительно пропагандировать использование водной энергии для целей передачи электроэнергии, во многих отношениях избавляя от необходимости сжигания древесины и способствуя тем самым сохранению лесов. Но есть пределы в улучшении, которое можно осуществить этим и подобными способами.

Чтобы существенно повысить продуктивность почвы, ее необходимо более эффективно удобрять искусственными средствами. Таким образом, проблема производства продуктов питания сводится к вопросу о том, как наилучшим образом удобрять почву. Что именно создало почву, до сих пор остается загадкой. Объяснить его происхождение, вероятно, равносильно объяснению происхождения самой жизни. Горные породы, разрушенные влагой, жарой, ветром и непогодой, сами по себе не были способны поддерживать жизнь. Возникло какое-то необъяснимое условие, и вступил в силу какой-то новый принцип, и образовался первый слой, способный поддерживать низшие организмы, такие как мхи. Своей жизнью и смертью они придавали почве больше жизнеобеспечивающих свойств, и тогда могли существовать высшие организмы, и так далее, пока, наконец, не смогла процветать высокоразвитая растительная и животная жизнь.

Но хотя теории даже сейчас расходятся во мнениях относительно того, как осуществляется удобрение, это факт, слишком хорошо установленный, что почва не может бесконечно поддерживать жизнь, и должен быть найден какой-то способ снабжать ее веществами, которые были извлечены из нее растениями. Главными и наиболее ценными среди этих веществ являются соединения азота, и поэтому их дешевое производство является ключом к решению важнейшей продовольственной проблемы. Наша атмосфера содержит неисчерпаемое количество азота, и если бы мы только могли окислять его и производить эти соединения, это принесло бы человечеству неисчислимую пользу.

Давным-давно эта идея сильно завладела воображением ученых, но эффективного средства для достижения этого результата придумать не удалось. Задача была чрезвычайно сложной из-за необычайной инертности азота, который отказывается соединяться даже с кислородом. Но здесь нам на помощь приходит электричество: дремлющие свойства элемента пробуждаются электрическим током надлежащего качества. Как кусок угля, который веками находился в контакте с кислородом, не сгорая, соединится с ним при воспламенении, так и азот, возбуждаемый электричеством, будет гореть. Однако до сравнительно недавнего времени мне не удавалось создавать электрические разряды, очень эффективно возбуждающие атмосферный азот, хотя в мае 1891 года я показал в научной лекции новую форму разряда или электрического пламени, названную “Св. Elmo's hotfire”, который, помимо способности в изобилии генерировать озон, также обладал, как я указывал в тот раз, ярко выраженным качеством захватывающего химического сродства. Этот разряд, или пламя, имел тогда длину всего три или четыре дюйма, его химическое действие также было очень слабым, и, следовательно, процесс окисления азота был расточительным. Вопрос заключался в том, как усилить это действие. Очевидно, что для повышения эффективности процесса сжигания азота требовались электрические токи особого рода.

Был достигнут первый прогресс в установлении того, что химическая активность разряда была очень значительно увеличена за счет использования токов чрезвычайно высокой частоты или скорости вибрации. Это было важным улучшением, но практические соображения вскоре установили определенный предел прогрессу в этом направлении. Затем было исследовано влияние электрического давления импульсов тока, их формы волны и других характерных особенностей. Затем было изучено влияние атмосферного давления и температуры, а также присутствия воды и других водоемов, и, таким образом, постепенно были установлены наилучшие условия для наиболее интенсивного химического воздействия разряда и обеспечения наивысшей эффективности процесса. Естественно, улучшения наступили не сразу; тем не менее, мало-помалу я продвигался вперед. Пламя становилось все больше и больше, а его окисляющее действие становилось все интенсивнее. Из незначительного разряда длиной в несколько дюймов он превратился в чудесное электрическое явление, ревущее пламя, поглощающее азот атмосферы и достигающее шестидесяти или семидесяти футов в поперечнике. Таким образом, медленно, почти незаметно возможность превратилась в достижение. В любом случае, еще не все сделано, но о том, в какой степени мои усилия были вознаграждены, можно составить представление, просмотрев рис. 1 (стр. 162), название которого говорит само за себя. Видимый огнеподобный разряд создается интенсивными электрическими колебаниями, которые проходят через показанную катушку и сильно возбуждают наэлектризованные молекулы воздуха. Таким образом, создается сильное сродство между двумя обычно индифферентными составляющими атмосферы, и они легко соединяются, даже если не принимаются дополнительные меры для усиления химического действия разряда. При производстве соединений азота этим способом, конечно, будут использованы все возможные средства, влияющие на интенсивность этого воздействия и эффективность процесса, и, кроме того, будут предусмотрены специальные приспособления для фиксации образующихся соединений, поскольку они, как правило, нестабильны, азот по прошествии небольшого промежутка времени снова становится инертным. Пар является простым и эффективным средством для постоянной фиксации соединений. Приведенный результат позволяет практически окислять атмосферный азот в неограниченных количествах, просто используя дешевую механическую энергию и простое электрическое оборудование. Таким образом, многие соединения азота могут быть произведены по всему миру с небольшими затратами и в любом желаемом количестве, и с помощью этих соединений можно удобрять почву и неограниченно повышать ее продуктивность. Таким образом, можно получить изобилие дешевой и здоровой пищи, не искусственной, а такой, к какой мы привыкли. Этот новый и неисчерпаемый источник продовольствия принесет человечеству неисчислимую пользу, поскольку он внесет огромный вклад в увеличение человеческой массы и, таким образом, безмерно увеличит человеческую энергию. Я надеюсь, что вскоре мир станет свидетелем зарождения отрасли, которая, как я полагаю, в будущем будет по значимости не уступать металлургии.


РИС. 1. Сжигание атмосферного азота. Примечание к рис. 1.—Этот результат достигается разрядом электрического генератора напряжением двенадцать миллионов вольт. Электрическое давление, меняющееся сто тысяч раз в секунду, возбуждает обычно инертный азот, заставляя его соединяться с кислородом. Огнеподобный разряд, показанный на фотографии, имеет шестьдесят пять футов в поперечнике.

ВТОРАЯ ПРОБЛЕМА:

КАК УМЕНЬШИТЬ СИЛУ ТОРМОЖЕНИЯ

ЧЕЛОВЕЧЕСКАЯ МАССА —ИСКУССТВО ТЕЛЕАВТОМАТИКИ

Как уже говорилось, сила, замедляющая поступательное движение человека, частично является фрикционной, а частично отрицательной. Чтобы проиллюстрировать это различие, я могу назвать, например, невежество, глупость и слабоумие как некоторые из чисто фрикционных сил, или сопротивлений, лишенных какой-либо направляющей тенденции. С другой стороны, мечтательность, безумие, склонность к саморазрушению, религиозный фанатизм и тому подобное - все это силы негативного характера, действующие в определенных направлениях. Чтобы уменьшить или полностью преодолеть эти разнородные тормозящие силы, необходимо использовать радикально отличающиеся методы. Человек знает, например, что может натворить фанатик, и он может принять превентивные меры, может просветить, убедить и, возможно, направить его, превратить его порок в добродетель; но он не знает и никогда не сможет узнать, что может натворить животное или слабоумный, и с ним нужно иметь дело как с массой, инертной, лишенной разума, выпущенной на волю безумной стихией. Отрицательная сила всегда подразумевает какое-то качество, нередко высокое, хотя и плохо направленное, которое можно использовать с пользой; но ненаправленная сила трения влечет за собой неизбежные потери. Очевидно, что первый и общий ответ на приведенный выше вопрос таков: направьте всю отрицательную силу в правильном направлении и уменьшите всю силу трения.

Не может быть никаких сомнений в том, что из всех фрикционных сопротивлений больше всего тормозит движение человека невежество. Недаром сказал этот мудрый человек, Будда: “Невежество - величайшее зло в мире”. Трения, возникающие из-за невежества и значительно усиливающиеся из-за множества языков и национальностей, могут быть уменьшены только путем распространения знаний и объединения разнородных элементов человечества. Никакие усилия не могли бы быть затрачены лучше. Но как бы невежество ни тормозило поступательное движение человека в прошлые времена, несомненно, что в наши дни негативные силы приобрели большее значение. Среди них есть одна, имеющая гораздо большее значение, чем любая другая. Это называется организованной войной. Когда мы рассматриваем миллионы людей, часто самых способных умом и телом, цвет человечества, которые вынуждены вести бездеятельную и непродуктивную жизнь, огромные суммы денег, ежедневно требующиеся для содержания армий и военной техники, представляющие собой огромную часть человеческой энергии, все усилия, бесполезно затрачиваемые на производство оружия и орудий разрушения, гибель людей и воспитание варварского духа, мы ужасаемся неоценимым потерям для человечества, которые должно нести существование в этих прискорбных условиях. Что мы можем сделать, чтобы наилучшим образом бороться с этим великим злом?

Закон и порядок абсолютно требуют поддержания организованной силы. Ни одно сообщество не может существовать и процветать без жесткой дисциплины. Каждая страна должна быть в состоянии защитить себя, если возникнет необходимость. Сегодняшние условия не являются результатом вчерашнего дня, и радикальные изменения не могут быть осуществлены завтра. Если бы страны сразу разоружились, более чем вероятно, что за этим последовало бы положение вещей, худшее, чем сама война. Всеобщий мир - прекрасная мечта, но не сразу осуществимая. Недавно мы увидели, что даже благородные усилия человека, облеченного величайшей мировой властью, практически не возымели эффекта. И неудивительно, поскольку установление всеобщего мира на данный момент физически невозможно. Война - это негативная сила, и ее нельзя повернуть в позитивное русло, не пройдя промежуточных фаз. Это проблема того, как заставить колесо, вращающееся в одну сторону, вращаться в противоположном направлении, не замедляя его, не останавливая и не ускоряя снова в другую сторону.

Утверждалось, что совершенствование оружия огромной разрушительной силы остановит военные действия. Я сам долгое время так думал, но теперь считаю это глубокой ошибкой. Такое развитие событий значительно изменит его, но не остановит. Напротив, я думаю, что каждое изобретенное новое направление, каждый новый шаг, который делается в этом направлении, просто привлекает новые таланты и умения, требует новых усилий, предлагает новый стимул и, таким образом, только придает новый импульс дальнейшему развитию. Подумайте об открытии пороха. Можем ли мы представить себе какой-либо более радикальный поворот, чем тот, который был достигнут этим нововведением? Давайте представим, что мы живем в тот период: разве мы не подумали бы тогда, что войне пришел конец, когда рыцарские доспехи стали предметом насмешек, когда физическая сила и мастерство, раньше так много значившие, стали иметь сравнительно небольшую ценность? И все же порох не остановил войну: совсем наоборот — он стал мощнейшим стимулом. Я также не верю, что война когда-либо может быть остановлена каким-либо научным или идеальным развитием событий, пока существуют условия, подобные тем, которые преобладают сейчас, потому что война сама по себе стала наукой, и потому что война затрагивает некоторые из самых священных чувств, на которые способен человек. На самом деле, сомнительно, что люди, которые не были бы готовы бороться за высокие принципы, были бы вообще на что-то годны. Человека создает не разум и не тело; это разум и тело. Наши достоинства и наши недостатки неразделимы, как сила и материя. Когда они разделяются, человека больше нет.

Часто приводится еще один аргумент, имеющий значительную силу, а именно, что война вскоре должна стать невозможной, потому что средства защиты превосходят средства нападения. Это происходит только в соответствии с фундаментальным законом, который может быть выражен утверждением, что разрушать легче, чем строить. Этот закон определяет человеческие способности и условия существования человека. Если бы они были такими, что строить было бы легче, чем разрушать, человек продолжал бы без сопротивления творить и накапливать без ограничений. Такие условия не на этой земле. Существо, способное на это, не было бы человеком: оно могло бы быть богом. Защита всегда будет иметь преимущество перед нападением, но одно это, как мне кажется, никогда не сможет остановить войну. Используя новые принципы обороны, мы можем сделать гавани неприступными для нападения, но мы не можем такими средствами предотвратить встречу двух военных кораблей в бою в открытом море. И затем, если мы проследим за этой идеей до ее окончательного развития, мы придем к выводу, что для человечества было бы лучше, если бы нападение и защита были просто противоположно связаны; ибо если бы каждая страна, даже самая маленькая, могла окружить себя абсолютно непроницаемой стеной и могла бросить вызов остальному миру, несомненно, сложилось бы положение вещей, крайне неблагоприятное для человеческого прогресса. Цивилизация лучше всего развивается именно путем устранения всех барьеров, разделяющих нации.

Опять же, некоторые утверждают, что появление летательной машины должно принести всеобщий мир. Я также считаю, что это совершенно ошибочная точка зрения. Летательный аппарат, безусловно, прибудет, и очень скоро, но условия останутся такими же, как и раньше. На самом деле, я не вижу причин, по которым правящая держава, такая как Великобритания, не могла бы управлять воздухом так же, как морем. Не желая выставлять себя пророком, я, не колеблясь, скажу, что в ближайшие годы произойдет создание “воздушной державы”, и ее центр может находиться недалеко от Нью-Йорка. Но, несмотря на все это, мужчины будут продолжать весело сражаться.

Идеальное развитие принципа войны в конечном итоге привело бы к преобразованию всей энергии войны в чисто потенциальную, взрывную энергию, подобную энергии электрического конденсатора. В такой форме боевую энергию можно было бы поддерживать без усилий; ее нужно было бы иметь гораздо меньшее количество, но при этом несравненно более эффективную.

Что касается безопасности страны от иностранного вторжения, интересно отметить, что она зависит только от относительного, а не абсолютного количества отдельных лиц или численности вооруженных сил, и что, если бы каждая страна сократила военные силы в одинаковом соотношении, безопасность осталась бы неизменной. Международное соглашение с целью сокращения до минимума военной силы, которое, ввиду нынешнего, все еще несовершенного образования масс, абсолютно необходимо, было бы, следовательно, первым рациональным шагом к уменьшению силы, тормозящей человеческое движение.

К счастью, существующие условия не могут продолжаться бесконечно, поскольку начинает заявлять о себе новый элемент. Перемена к лучшему знаменательна, и сейчас я попытаюсь показать, что, согласно моим представлениям, будет первым шагом к установлению мирных отношений между нациями и какими средствами это в конечном итоге будет достигнуто.

Давайте вернемся к раннему началу, когда закон более сильного был единственным законом. Свет разума еще не зажегся, и слабый был полностью во власти сильного. Затем слабый человек начал учиться защищать себя. Он пользовался дубинкой, камнем, копьем, пращой или луком со стрелами, и со временем главным решающим фактором в битве стал интеллект, а не физическая сила. Дикий характер постепенно смягчался пробуждением благородных чувств, и так, незаметно, после веков непрерывного прогресса, мы перешли от жестокой борьбы неразумных животных к тому, что мы называем сегодняшней “цивилизованной войной”, в которой сражающиеся пожимают друг другу руки, дружески разговаривают и курят сигары в антрактах, готовые снова вступить в смертельный бой по сигналу. Пусть пессимисты говорят что им угодно, это абсолютное свидетельство большого и отрадного прогресса.

Но теперь, какова следующая фаза в этой эволюции? Ни в коем случае пока не мир. Следующим изменением, которое естественным образом должно последовать за современными разработками, должно стать постоянное уменьшение числа людей, участвующих в бою. Аппарат будет обладать исключительно большой мощностью, но для управления им потребуется всего несколько человек. Эта эволюция будет все больше и больше выдвигать на первый план машину или механизм с наименьшим количеством индивидуумов в качестве элемента ведения войны, и абсолютно неизбежным следствием этого будет отказ от больших, неуклюжих, медленно движущихся и неуправляемых единиц. Главной целью будет максимально возможная скорость и максимальная скорость доставки энергии боевым аппаратом. Человеческих жертв будет становиться все меньше и меньше, и, наконец, число людей будет постоянно уменьшаться, просто машины сойдутся в состязании без кровопролития, а нации будут просто заинтересованными, амбициозными зрителями. Когда это счастливое состояние будет реализовано, мир будет обеспечен. Но независимо от того, до какой степени совершенства могут быть доведены скорострельные орудия, пушки большой мощности, разрывные снаряды, торпедные катера или другие орудия войны, какими бы разрушительными они ни были, это состояние никогда не может быть достигнуто никакими подобными разработками. Для работы всех таких орудий требуются люди; люди являются незаменимыми частями механизма. Их цель - убивать и разрушать. Их сила заключается в их способности творить зло. Пока мужчины встречаются в битве, будет продолжаться кровопролитие. Кровопролитие всегда будет поддерживать варварские страсти. Чтобы сломить этот ожесточенный дух, необходимо совершить радикальный отход, ввести совершенно новый принцип, чего никогда раньше не существовало в военном деле — принцип, который насильственно, неизбежно превратит битву в простое зрелище, пьесу, состязание без потери крови. Чтобы добиться такого результата, нужно обойтись без людей: машина должна бороться с машиной. Но как добиться того, что кажется невозможным? Ответ достаточно прост: создать машину, способную действовать так, как если бы она была частью человеческого существа, — не просто механическое приспособление, состоящее из рычагов, винтов, колес, муфт и ничего более, но машину, воплощающую высший принцип, который позволит ей выполнять свои обязанности так, как если бы она обладала интеллектом, опытом, рассудительностью, разумом! Этот вывод является результатом моих мыслей и наблюдений, которые длились практически всю мою жизнь, и сейчас я вкратце опишу, как я пришел к осуществлению того, что поначалу казалось несбыточной мечтой.

Давным-давно, когда я был мальчиком, меня постигла странная болезнь, которая, по-видимому, была вызвана необычайной возбудимостью сетчатки. Это было появление образов, которые своей настойчивостью искажали видение реальных объектов и мешали мышлению. Когда мне произносили слово, образ объекта, который оно обозначало, ярко возникал перед моими глазами, и много раз я не мог сказать, был ли объект, который я видел, реальным или нет. Это причиняло мне большой дискомфорт и беспокойство, и я изо всех сил старался освободиться от чар. Но долгое время я тщетно пытался, и, насколько я отчетливо помню, только когда мне было около двенадцати лет, мне впервые удалось усилием воли прогнать возникший образ. Мое счастье никогда не будет таким полным, как тогда, но, к сожалению (как я думал в то время), старая беда вернулась, а вместе с ней и мое беспокойство. Именно здесь начались наблюдения, на которые я ссылаюсь. Я заметил, в частности, что всякий раз, когда образ объекта появлялся перед моими глазами, я видел что-то, что напоминало мне о нем. Сначала я думал, что это чистая случайность, но вскоре убедил себя, что это не так. Визуальное впечатление, полученное сознательно или бессознательно, неизменно предшествовало появлению образа. Постепенно во мне возникло желание каждый раз выяснять, что вызывает появление образов, и удовлетворение этого желания вскоре стало необходимостью. Следующее наблюдение, которое я сделал, состояло в том, что точно так же, как эти образы следовали в результате чего-то, что я видел, точно так же и мысли, которые я задумал, были внушены подобным образом. И снова я испытал то же желание найти образ, вызвавший эту мысль, и этот поиск первоначального визуального впечатления вскоре превратился в мою вторую натуру. Мой разум стал, так сказать, автоматическим, и в течение многих лет непрерывной, почти бессознательной деятельности я приобрел способность каждый раз и, как правило, мгновенно определять местонахождение визуального впечатления, положившего начало мысли. И это еще не все. Вскоре я осознал, что все мои движения были вызваны таким же образом, и поэтому, постоянно ища, наблюдая и проверяя год за годом, я каждой своей мыслью и каждым действием демонстрировал и делаю это ежедневно, к моему абсолютному удовлетворению, что я автомат, наделенный способностью двигаться, который просто реагирует на внешние раздражители, воздействующие на мои органы чувств, и думает, действует и двигается соответственно. Я помню только один или два случая за всю свою жизнь, когда я не смог определить первое впечатление, вызвавшее движение, мысль или даже мечту.

Учитывая этот опыт, было вполне естественно, что давным-давно у меня возникла идея сконструировать автомат, который механически представлял бы меня и который реагировал бы на внешние воздействия так же, как я сам, но, конечно, гораздо более примитивным образом. Такой автомат, очевидно, должен был обладать движущей силой, органами передвижения, направляющими органами и одним или несколькими чувствительными органами, приспособленными для возбуждения внешними стимулами. Я рассуждал, что эта машина совершала бы свои движения подобно живому существу, поскольку обладала бы всеми основными механическими характеристиками или элементами того же самого. Все еще оставалась способность к росту, размножению и, прежде всего, разум, который хотел бы сделать модель завершенной. Но в данном случае рост не был необходим, поскольку машину можно было изготовить, так сказать, в натуральную величину. Что касается способности к размножению, то ее также можно было бы не принимать во внимание, поскольку в механической модели она просто обозначала процесс производства. Будь автоматика из плоти и костей или из дерева и стали, это не имело большого значения, при условии, что она могла выполнять все требуемые от нее обязанности как разумное существо. Для этого у него должен был быть элемент, соответствующий разуму, который осуществлял бы контроль над всеми его движениями и операциями и заставлял бы его действовать в любом непредвиденном случае, который мог бы представиться, со знанием дела, разумом, суждением и опытом. Но этот элемент я мог бы легко воплотить в нем, передав ему свой собственный интеллект, свое собственное понимание. Так появилось это изобретение, и так появилось новое искусство, для которого было предложено название “телеавтоматика”, что означает искусство управления движениями и операциями удаленных автоматов.

Этот принцип, очевидно, был применим к любому виду машин, движущихся по суше, воде или воздуху. Применяя его практически впервые, я выбрал лодку (см. рис. 2). Движущей силой служила размещенная внутри нее аккумуляторная батарея. Гребной винт, приводимый в движение двигателем, представлял собой органы опоры. Руль направления, управляемый другим двигателем, также работающим от аккумулятора, занял место органов управления. Что касается чувствительного органа, очевидно, первой мыслью было использовать устройство, реагирующее на лучи света, подобное селеновому элементу, для представления человеческого глаза. Но при более тщательном исследовании я обнаружил, что из-за экспериментальных и других трудностей невозможно полностью удовлетворить управление автоматом светом, лучистым теплом, излучениями Герца или лучами вообще, то есть возмущениями, которые проходят по прямым линиям в пространстве. Одна из причин заключалась в том, что любое препятствие, возникшее между оператором и удаленным автоматом, вывело бы его из-под его контроля. Другая причина заключалась в том, что чувствительное устройство, представляющее глаз, должно было находиться в определенном положении по отношению к аппарату дистанционного управления, и эта необходимость наложила бы большие ограничения на управление. Еще одна и очень важная причина заключалась в том, что при использовании лучей было бы трудно, если не невозможно, придать автомату индивидуальные черты или характеристики, отличающие его от других машин подобного рода. Очевидно, что автомат должен реагировать только на индивидуальный вызов, как человек реагирует на имя. Такие соображения привели меня к выводу, что чувствительное устройство машины должно соответствовать уху, а не глазу человека, поскольку в этом случае ее действиями можно было бы управлять независимо от возникающих препятствий, независимо от ее положения относительно устройства дистанционного управления, и, наконец, что не менее важно, она оставалась бы глухой и невосприимчивой, как верный слуга, ко всем призывам, кроме своего хозяина. Эти требования сделали необходимым использование при управлении автоматом вместо света или других лучей волн или возмущений, которые распространяются во всех направлениях в пространстве, подобно звуку, или которые следуют по пути наименьшего сопротивления, каким бы изогнутым он ни был. Я достиг желаемого результата с помощью электрической цепи, размещенной внутри лодки и точно настроенной на электрические колебания надлежащего типа, передаваемые ей от удаленного "электрического генератора”. Эта схема, реагируя, пусть и слабо, на передаваемые вибрации, воздействовала на магниты и другие приспособления, с помощью которых управлялись движения винта и руля направления, а также работа множества других приборов.


РИС. 2. Первый практический телеавтомат. Машина, все ее телесные или поступательные движения и операции внутреннего механизма которой управляются на расстоянии без проводов. Лодка без экипажа, показанная на фотографии, содержит собственную движущую силу, движитель и рулевое управление, а также множество других аксессуаров, все из которых управляются путем передачи на расстоянии, без проводов, электрических колебаний в цепь, находящуюся на лодке, и настроены так, чтобы реагировать только на эти колебания.

С помощью описанных простых средств знания, опыт, суждения — так сказать, разум — удаленного оператора были воплощены в этой машине, которая, таким образом, получила возможность двигаться и выполнять все свои операции разумно. Он вел себя точно так же, как человек с завязанными глазами, подчиняющийся указаниям, полученным через ухо.

Сконструированные к настоящему времени автоматы обладали, так сказать, “заимствованным разумом”, поскольку каждый из них просто являлся частью удаленного оператора, который передавал ему свои разумные приказы; но это искусство только в начале. Моя цель показать, что, каким бы невозможным это сейчас ни казалось, можно создать автомат, который будет обладать “собственным разумом”, и под этим я подразумеваю, что он будет способен независимо от какого-либо оператора, полностью предоставленный самому себе, выполнять в ответ на внешние воздействия, воздействующие на его чувствительные органы, большое разнообразие действий и операций, как если бы он обладал разумом. Он будет способен следовать намеченному курсу или подчиняться приказам, отданным задолго до этого; он будет способен различать, что он должен и чего не должен делать, и приобретать опыт или, иными словами, записывать впечатления, которые определенно повлияют на его последующие действия. На самом деле, я уже разработал такой план.

Хотя я разработал это изобретение много лет назад и очень часто объяснял его своим посетителям во время демонстраций в моей лаборатории, о нем стало известно гораздо позже, спустя много времени после того, как я довел его до совершенства, когда, что вполне естественно, вызвало много дискуссий и сенсационных сообщений. Но большинство не понимало истинного значения этого нового искусства и не признавало великой силы лежащего в его основе принципа. Насколько я мог судить по появившимся многочисленным комментариям, полученные мной результаты считались совершенно невозможными. Даже те немногие, кто был склонен признать целесообразность этого изобретения, видели в нем всего лишь автомобильную торпеду, которая должна была использоваться для подрыва линкоров с сомнительным успехом. Общее впечатление было таково, что я просто рассматривал управление таким судном с помощью герцевых или других лучей. Существуют торпеды, управляемые электрически с помощью проводов, и существуют средства связи без проводов, и вышесказанное было, конечно, очевидным выводом. Если бы я не добился ничего большего, чем это, я бы действительно немного продвинулся вперед. Но искусство, которое я развил, предполагает не просто изменение направления движущегося судна; оно предоставляет средства абсолютного контроля во всех отношениях за всеми бесчисленными поступательными движениями, а также за работой всех внутренних органов, независимо от того, сколько их у индивидуализированного автомата. Критические замечания о том, что в управление автоматом можно вмешаться, высказывались людьми, которые даже не мечтают о замечательных результатах, которых можно достичь с помощью электрических колебаний. Мир движется медленно, и новые истины трудно увидеть. Конечно, при использовании этого принципа может быть обеспечено оружие как для нападения, так и для защиты, тем более разрушительное, что этот принцип применим к подводным и воздушным судам. Практически нет ограничений ни на количество взрывчатого вещества, которое он может нести, ни на расстояние, на котором он может поражать, и отказ практически невозможен. Но сила этого нового принципа заключается не только в его разрушительности. Его появление привносит в войну элемент, которого никогда раньше не существовало, — боевую машину без людей в качестве средства нападения и защиты. Непрерывное развитие в этом направлении должно в конечном итоге превратить войну в простое состязание машин без людей и без человеческих жертв — состояние, которое было бы невозможно без этого нового направления и которое, по моему мнению, должно быть достигнуто в качестве предварительного условия для установления постоянного мира. Будущее либо подтвердит, либо опровергнет эти взгляды. Мои идеи по этому вопросу были высказаны с глубокой убежденностью, но в духе смирения.

Установление постоянных мирных отношений между нациями наиболее эффективно уменьшило бы силу, сдерживающую человеческую массу, и было бы наилучшим решением этой великой человеческой проблемы. Но осуществится ли когда-нибудь мечта о всеобщем мире? Будем надеяться, что так и будет. Когда вся тьма будет рассеяна светом науки, когда все нации сольются в одну, а патриотизм будет тождествен религии, когда будет один язык, одна страна, одна цель, тогда мечта станет реальностью.

ТРЕТЬЯ ПРОБЛЕМА:

КАК УВЕЛИЧИТЬ СИЛУ

УСКОРЕНИЕ ЧЕЛОВЕЧЕСКОЙ МАССЫ—

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ СОЛНЦА

Из трех возможных решений главной проблемы увеличения человеческой энергии, это, безусловно, самое важное для рассмотрения, не только из-за его внутренней значимости, но и из-за его тесного влияния на все многочисленные элементы и условия, которые определяют движение человечества. Чтобы действовать систематически, мне было бы необходимо остановиться на всех тех соображениях, которыми я руководствовался с самого начала в моих попытках прийти к решению и которые шаг за шагом привели меня к результатам, которые я сейчас опишу. В качестве предварительного изучения проблемы аналитическое исследование, подобное тому, которое я провел, основных сил, определяющих поступательное движение, было бы полезным, особенно для передачи идеи о той гипотетической “скорости”, которая, как объяснялось в начале, является мерой человеческой энергии; но рассмотрение этого конкретно здесь, как я хотел бы, вывело бы меня далеко за рамки настоящего предмета. Достаточно сказать, что равнодействующая всех этих сил всегда находится в направлении разума, который, следовательно, в любой момент определяет направление движения человека. Это означает, что каждое усилие, которое применяется с научной точки зрения, рационально, полезно или практично, должно быть направлено в том направлении, в котором движется масса. Практичный, рациональный человек, наблюдатель, деловой человек, тот, кто рассуждает, рассчитывает или принимает решения заранее, тщательно прикладывает свои усилия таким образом, чтобы при достижении результата они были направлены в направлении движения, делая его, таким образом, наиболее эффективным, и в этих знаниях и способностях заключается секрет его успеха. Каждый обнаруженный новый факт, каждый новый опыт или новый элемент, добавленный к нашим знаниям и вступающий в область разума, влияет на то же самое и, следовательно, изменяет направление движения, которое, однако, всегда должно происходить вдоль результирующей всех тех усилий, которые в данный момент мы определяем как разумные, то есть самосохраняющие, полезные, прибыльные или практичные. Эти усилия касаются нашей повседневной жизни, наших потребностей и комфорта, нашей работы и коммерции, и именно они движут человека вперед.

Но, глядя на весь этот суетный мир вокруг нас, на всю эту сложную массу, которая ежедневно пульсирует и движется, что это, как не огромный часовой механизм, приводимый в движение пружиной? Утром, когда мы встаем, мы не можем не заметить, что все предметы вокруг нас произведены машинами: вода, которую мы используем, поднимается с помощью пара; поезда привозят наш завтрак из отдаленных мест; лифты в наших домах и офисных зданиях, автомобили, которые доставляют нас туда, приводятся в движение энергией; во всех наших повседневных делах и в самом стремлении к жизни мы зависим от нее; все предметы, которые мы видим, говорят нам об этом; и когда мы возвращаемся ночью в наше машинное жилище, чтобы мы не забыли об этом, все материальные удобства нашего дома, наши подбадривающие плита и лампа напоминают нам о том, как сильно мы зависим от электричества. И когда происходит случайная остановка оборудования, когда город занесен снегом или движение жизнеобеспечения иным образом временно прекращается, мы с ужасом осознаем, насколько невозможной была бы для нас жизнь, которой мы живем, без движущей силы. Движущая сила означает работу. Следовательно, увеличить силу, ускоряющую движение человека, означает выполнять больше работы.

Итак, мы обнаруживаем, что на три возможных решения великой проблемы увеличения человеческой энергии отвечают три слова: еда, покой, работа. Много лет я думал и раздумывал, теряясь в спекуляциях и теориях, рассматривая человека как массу, движимую силой, рассматривая его необъяснимое движение в свете механического и применяя простые принципы механики к их анализу, пока не пришел к этим решениям, только чтобы понять, что им меня научили в раннем детстве. Эти три слова звучат лейтмотивом христианской религии. Их научное значение и цель теперь мне ясны: пища для увеличения массы, покой для уменьшения тормозящей силы и работа для увеличения силы, ускоряющей движение человека. Это единственные три возможных решения этой великой проблемы, и все они имеют одну цель, а именно - увеличить человеческую энергию. Когда мы осознаем это, мы не можем не удивляться, насколько глубоко мудра, научна и безмерно практична христианская религия, и какой разительный контраст она представляет в этом отношении другим религиям. Это, несомненно, результат практического эксперимента и научных наблюдений, которые проводились на протяжении веков, в то время как другие религии кажутся результатом просто абстрактных рассуждений. Работа, неустанные усилия, полезные и накапливающиеся, с периодами отдыха и восстановления сил, направленными на повышение эффективности, являются его главной и постоянно повторяющейся заповедью. Таким образом, и христианство, и Наука вдохновляют нас делать все возможное для повышения производительности человечества. Эту важнейшую из человеческих проблем я сейчас специально рассмотрю.

ИСТОЧНИК ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ ЧЕЛОВЕКА—

ТРИ СПОСОБА ПОЛУЧЕНИЯ ЭНЕРГИИ

ОТ СОЛНЦА

Сначала давайте спросим: откуда берется вся движущая сила? Что является пружиной, которая приводит в движение все? Мы видим, как вздымается и опускается океан, текут реки, ветер, дождь, град и снег барабанят в наши окна, поезда и пароходы приходят и уходят; мы слышим грохот экипажей, голоса с улицы; мы чувствуем, обоняем и пробуем на вкус; и мы думаем обо всем этом. И все это движение, от вздымания могучего океана до того тонкого движения, с которым связана наша мысль, имеет лишь одну общую причину. Вся эта энергия исходит из одного центра, одного источника — солнца. Солнце - это источник, который движет всем. Солнце поддерживает всю человеческую жизнь и снабжает человека энергией. Теперь мы нашли другой ответ на вышеупомянутый важный вопрос: увеличить силу, ускоряющую движение человека, означает направить на нужды человека больше солнечной энергии. Мы чтим и преклоняемся перед теми великими людьми минувших времен, чьи имена связаны с бессмертными достижениями, которые проявили себя благодетелями человечества — религиозным реформатором с его мудрыми жизненными принципами, философом с его глубокими истинами, математиком с его формулами, физиком с его законами, первооткрывателем с его принципами и секретами, вырванными у природы, художником с его формами прекрасного; но кто чтит его, величайшего из всех — кто может назвать его имя — кто первым обратился к использованию энергии солнца для экономии усилий слабого ближнего? Это был первый акт научной филантропии человека, и его последствия были неисчислимы.

С самого начала человеку были открыты три способа получения энергии от солнца. Дикарь, согревая свои замерзшие конечности у каким-то образом разведенного костра, пользовался энергией солнца, запасенной в горящем материале. Когда он приносил охапку веток в свою пещеру и сжигал их там, он использовал накопленную солнечную энергию, переносимую из одного места в другое. Когда он отправлялся в плавание на своем каноэ, он использовал энергию солнца, направленную на атмосферу или окружающую среду. Не может быть никаких сомнений в том, что первый способ - самый старый. Случайно найденный костер научил дикаря ценить его благотворное тепло. Затем, весьма вероятно, ему пришла в голову идея отнести раскаленные члены в свое жилище. В конце концов он научился использовать силу быстрого течения воды или воздуха. Характерно для современного развития то, что прогресс осуществляется в том же порядке. Использование энергии, запасенной в древесине или угле, или, вообще говоря, топливе, привело к созданию паровой машины. Затем был сделан большой шаг вперед в транспортировке энергии за счет использования электричества, которое позволило передавать энергию из одного населенного пункта в другой без транспортировки материала. Но что касается использования энергии окружающей среды, то пока не было сделано никакого радикального шага вперед.

Конечными результатами разработок в этих трех направлениях являются: во-первых, сжигание угля холодным способом в аккумуляторе; во-вторых, эффективное использование энергии окружающей среды; и, в-третьих, передача электрической энергии без проводов на любое расстояние. Каким бы способом ни были достигнуты эти результаты, их практическое применение обязательно потребует широкого использования железа, и этот бесценный металл, несомненно, станет важным элементом в дальнейшем развитии по этим трем направлениям. Если нам удастся сжигать уголь холодным способом и, таким образом, получать электрическую энергию эффективным и недорогим способом, нам потребуются для многих практических применений этой энергии электродвигатели, то есть железо. Если мы добьемся успеха в извлечении энергии из окружающей среды, нам понадобятся, как для получения, так и для использования энергии, механизмы - опять же, железо. Если мы реализуем передачу электрической энергии без проводов в промышленном масштабе, мы будем вынуждены широко использовать электрические генераторы — опять же, железо. Что бы мы ни делали, железо, вероятно, станет главным средством достижения результатов в ближайшем будущем, возможно, в большей степени, чем в прошлом. Трудно сказать, как долго продлится его правление, поскольку даже сейчас алюминий становится угрожающим конкурентом. Но в настоящее время, помимо обеспечения новых источников энергии, наибольшее значение имеет совершенствование производства и использования железа. В этих последних направлениях возможен значительный прогресс, который, если его осуществить, чрезвычайно повысил бы полезную деятельность человечества.

БОЛЬШИЕ ВОЗМОЖНОСТИ, ПРЕДОСТАВЛЯЕМЫЕ ЖЕЛЕЗОМ

ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ТРУДА ЧЕЛОВЕКА—

ОГРОМНЫЕ ОТХОДЫ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ЖЕЛЕЗА

Железо, безусловно, является наиболее важным фактором современного прогресса. Оно в большей степени, чем любой другой промышленный продукт, способствует силе, ускоряющей движение человека. Использование этого металла настолько широко и так тесно связано со всем, что касается нашей жизни, что он стал для нас таким же необходимым, как сам воздух, которым мы дышим. Его название является синонимом полезности. Но каким бы большим ни было влияние железа на современное развитие человека, оно и близко не увеличивает силу, толкающую человека вперед, как могло бы. Прежде всего, его производство в том виде, в каком оно осуществляется сейчас, связано с ужасающей тратой топлива, то есть энергии. С другой стороны, только часть всего производимого железа используется в полезных целях. Значительная его часть идет на создание сопротивления трению, в то время как другая значительная часть является средством развития негативных сил, сильно замедляющих движение человека. Таким образом, негативная сила войны почти полностью представлена в железе. Невозможно с какой-либо степенью точности оценить величину этой величайшей из всех тормозящих сил, но она, безусловно, очень значительна. Если нынешнюю положительную движущую силу, обусловленную всеми полезными применениями железа, представить, например, десятью, я бы не счел преувеличением оценить отрицательную силу войны, с должным учетом всех ее замедляющих влияний и результатов, скажем, в шесть. На основе этой оценки эффективная движущая сила железа в положительном направлении будет измеряться разницей этих двух чисел, которая равна четырем. Но если бы благодаря установлению всеобщего мира производство военной техники прекратилось и всякая борьба за превосходство между нациями превратилась в здоровую, вечно активную и продуктивную коммерческую конкуренцию, тогда положительная движущая сила, обусловленная железом, измерялась бы суммой этих двух чисел, которая равна шестнадцати, то есть эта сила была бы в четыре раза больше ее нынешней стоимости. Этот пример, конечно, просто призван дать представление об огромном увеличении полезной деятельности человечества, которое стало бы результатом радикальной реформы металлургической промышленности, поставляющей орудия ведения войны.

Аналогичное неоценимое преимущество в экономии энергии, доступной человеку, было бы обеспечено за счет устранения огромных потерь угля, которые неразрывно связаны с существующими методами производства железа. В некоторых странах, таких как Великобритания, начинают ощущаться пагубные последствия такого разбазаривания топлива. Цены на уголь постоянно растут, и бедняки страдают все больше и больше. Хотя мы все еще далеки от страшного “истощения угольных месторождений”, филантропия повелевает нам изобрести новые методы производства железа, которые не будут связаны с такой варварской тратой этого ценного материала, из которого мы в настоящее время извлекаем большую часть нашей энергии. Наш долг перед грядущими поколениями - оставить этот запас энергии нетронутым для них или, по крайней мере, не прикасаться к нему до тех пор, пока мы не усовершенствуем процессы более эффективного сжигания угля. Тем, кто придет после нас, топливо понадобится больше, чем нам. Мы должны быть в состоянии производить необходимое нам железо, используя энергию солнца, вообще не тратя уголь. В качестве попытки достичь этой цели многим, естественно, пришла в голову идея плавки железной руды электрическим током, получаемым за счет энергии падающей воды. Я сам потратил много времени на разработку такого практического процесса, который позволил бы производить железо с небольшими затратами. После длительного изучения предмета, обнаружив, что использовать ток, генерируемый непосредственно для плавки руды, невыгодно, я разработал метод, который является гораздо более экономичным.

ЭКОНОМИЧНОЕ ПРОИЗВОДСТВО ЧУГУНА

С ПОМОЩЬЮ НОВОГО ПРОЦЕССА

Промышленный проект, который я разработал шесть лет назад, предполагал использование электрических токов, получаемых из энергии водопада, не непосредственно для плавки руды, а для разложения воды на предварительном этапе. Чтобы снизить стоимость установки, я предложил генерировать ток в исключительно дешевых и простых динамо-машинах, которые я сконструировал исключительно для этой цели. Водород, выделяющийся при электролитическом разложении, должен был быть сожжен или рекомбинирован с кислородом, но не с тем, от которого он был отделен, а с кислородом атмосферы. Таким образом, почти вся электрическая энергия, израсходованная на разложение воды, будет восстановлена в виде тепла, возникающего в результате рекомбинации водорода. Это тепло должно было быть использовано для плавки руды. Кислород, полученный в качестве побочного продукта разложения воды, я намеревался использовать для некоторых других промышленных целей, что, вероятно, принесло бы хорошую финансовую отдачу, поскольку это самый дешевый способ получения этого газа в больших количествах. В любом случае, его можно было бы использовать для сжигания всех видов отходов, дешевых углеводородов или угля самого низкого качества, которые нельзя сжигать на воздухе или иным образом использовать с пользой, и, таким образом, снова было бы выделено значительное количество тепла для плавки руды. Кроме того, для повышения экономичности процесса я предполагал использовать такое устройство, при котором горячий металл и продукты сгорания, выходящие из печи, отдавали бы свое тепло холодной руде, поступающей в печь, так что при плавке терялось бы сравнительно немного тепловой энергии. Я подсчитал, что таким способом можно было бы производить, вероятно, сорок тысяч фунтов железа на лошадиную силу в год. Были сделаны щедрые скидки на те потери, которые неизбежны, причем вышеуказанное количество составляло примерно половину от того, что теоретически возможно. Опираясь на эту оценку и на практические данные относительно определенного вида песчаной руды, существующей в изобилии в районе Великих озер, включая стоимость транспортировки и рабочей силы, я обнаружил, что в некоторых населенных пунктах железо можно производить таким способом дешевле, чем любым из принятых методов. Этот результат был бы получен тем более уверенно, если бы кислород, получаемый из воды, вместо того, чтобы использоваться для плавки руды, как предполагается, использовался с большей выгодой. Любой новый спрос на этот газ обеспечит более высокий доход завода, что приведет к удешевлению чугуна. Этот проект был реализован исключительно в интересах промышленности. Я надеюсь, что когда-нибудь из пыльной и сморщенной куколки выйдет прекрасная промышленная бабочка.

Получение железа из песчаных руд методом магнитной сепарации в принципе заслуживает высокой оценки, поскольку при этом не расходуется уголь; но полезность этого метода в значительной степени снижается из-за необходимости последующей плавки железа. Что касается дробления железной руды, я бы счел его рациональным только в том случае, если оно осуществляется за счет использования воды или энергии, полученной иным способом без потребления топлива. Холодный электролитический процесс, который позволил бы дешево извлекать железо, а также формовать его в требуемые формы без какого-либо расхода топлива, был бы, на мой взгляд, очень большим достижением в производстве чугуна. Как и некоторые другие металлы, железо до сих пор не поддавалось электролитической обработке, но не может быть сомнений в том, что такой холодный процесс в конечном итоге заменит в металлургии нынешний грубый метод литья и, таким образом, устранит огромные затраты топлива, связанные с многократным нагревом металла в литейных цехах.

Еще несколько десятилетий назад полезность железа почти полностью основывалась на его замечательных механических свойствах, но с появлением коммерческой динамо-машины и электродвигателя его ценность для человечества значительно возросла благодаря его уникальным магнитным свойствам. Что касается последнего, то в последнее время железо было значительно усовершенствовано. Прогресс signal начался около тринадцати лет назад, когда я обнаружил, что при использовании мягкой бессемеровской стали вместо кованого железа, как тогда было принято, в двигателе переменного тока производительность машины удваивалась. Я довел этот факт до сведения мистера Альберта Шмида, чьим неустанным усилиям и способностям во многом обязано превосходство американского электрического оборудования, и который в то время был суперинтендантом промышленной корпорации, работавшей в этой области. Следуя моему предложению, он сконструировал трансформаторы из стали, и они показали такое же заметное улучшение. Затем исследование систематически продолжалось под руководством мистера Шмида, примеси постепенно удалялись из “стали” (которая была таковой только по названию, поскольку на самом деле это было чистое мягкое железо), и вскоре в результате был получен продукт, который не нуждался в дальнейшем улучшении.

ГРЯДУЩАЯ ЭРА АЛЮМИНИЯ—

ГИБЕЛЬ МЕДНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ —

ВЕЛИКАЯ ЦИВИЛИЗУЮЩАЯ СИЛА НОВОГО МЕТАЛЛА

Благодаря достижениям, достигнутым в области производства железа в последние годы, мы практически достигли предела совершенства. Мы не можем надеяться на существенное повышение его прочности на разрыв, эластичности, твердости или пластичности, равно как и на то, что мы сможем значительно улучшить его магнитные свойства. Совсем недавно заметный выигрыш был обеспечен за счет смешивания небольшого процента никеля с железом, но возможностей для дальнейшего продвижения в этом направлении не так уж много. Можно ожидать новых открытий, но они не могут значительно улучшить ценные свойства металла, хотя и могут значительно снизить стоимость производства. Ближайшее будущее железа обеспечено его дешевизной и непревзойденными механическими и магнитными свойствами. Они таковы, что ни один другой продукт не может конкурировать с ними в настоящее время. Но не может быть никаких сомнений в том, что в недалеком будущем железу во многих его ныне неоспоримых областях придется передать скипетр другому: грядущая эпоха будет эпохой алюминия. Прошло всего семьдесят лет с тех пор, как Велер открыл этот замечательный металл, а алюминиевой промышленности едва исполнилось сорок лет, а она уже привлекает внимание всего мира. Такого быстрого роста еще не было зафиксировано в истории цивилизации. Не так давно алюминий продавался по фантастической цене в тридцать-сорок долларов за фунт; сегодня его можно приобрести в любом желаемом количестве за столько же центов. Более того, не за горами то время, когда и эта цена будет считаться завышенной, поскольку в методах ее изготовления возможны значительные усовершенствования. Большая часть металла в настоящее время производится в электропечи с помощью процесса, сочетающего плавление и электролиз, который обладает рядом преимуществ, но, естественно, сопряжен с большой тратой электрической энергии тока. Мои оценки показывают, что цену на алюминий можно было бы значительно снизить, применив при его производстве метод, аналогичный предложенному мной для производства железа. Для плавления фунта алюминия требуется всего около семидесяти процентов тепла, необходимого для плавления фунта железа, и поскольку его вес составляет всего около трети веса последнего, из данного количества тепловой энергии можно получить объем алюминия, в четыре раза превышающий объем железа. Но холодный электролитический процесс производства - идеальное решение, и на это я возлагаю свои надежды.

Абсолютно неизбежным следствием развития алюминиевой промышленности станет уничтожение медной промышленности. Они не могут существовать и процветать вместе, и последнее обречено без всякой надежды на выздоровление. Даже сейчас передавать электрический ток по алюминиевым проводам дешевле, чем по медным; алюминиевое литье стоит дешевле, и во многих бытовых и других областях применения медь не имеет шансов успешно конкурировать. Дальнейшее существенное снижение цен на алюминий не может не быть фатальным для меди. Но прогресс первых не будет продолжаться бесконтрольно, ибо, как это всегда бывает в подобных случаях, более крупная отрасль поглотит более мелкую: интересы гигантов в области меди будут контролировать интересы пигмеев в области алюминия, а медлительный рост производства меди снизит энергичность алюминия. Это лишь отсрочит, а не предотвратит надвигающуюся катастрофу.

Однако алюминий не остановится на снижении цен на медь. Не пройдет и многих лет, как он будет вовлечен в жестокую борьбу с железом, и в последнем он найдет противника, которого нелегко победить. Исход конкурса во многом будет зависеть от того, будет ли железо незаменимым в электрических машинах. Это может решить только будущее. Магнетизм, проявляемый в железе, является изолированным явлением в природе. Что именно заставляет этот металл вести себя так радикально по сравнению со всеми другими материалами в этом отношении, пока не выяснено, хотя было предложено множество теорий. Что касается магнетизма, молекулы различных тел ведут себя как полые балки, частично заполненные тяжелой жидкостью и уравновешенные посередине на манер качелей. Очевидно, в природе существует какое-то возмущающее воздействие, которое заставляет каждую молекулу, подобно такому лучу, наклоняться либо в одну, либо в другую сторону. Если молекулы наклонены в одну сторону, тело магнитное; если они наклонены в другую сторону, тело немагнитное; но оба положения стабильны, как это было бы в случае полой балки, благодаря притоку жидкости к нижнему концу. Самое замечательное, что молекулы всех известных тел пошли в одну сторону, в то время как молекулы железа пошли в другую. Этот металл, по-видимому, имеет происхождение, совершенно отличное от происхождения остального земного шара. Крайне маловероятно, что мы обнаружим какой-то другой и более дешевый материал, который будет равен железу или превзойдет его по магнитным свойствам.

Если мы не изменим радикально характер используемых электрических токов, железо будет незаменимым. Однако преимущества, которые оно дает, только кажущиеся. Пока мы используем слабые магнитные силы, он намного превосходит любой другой материал; но если мы найдем способы создавать большие магнитные силы, то лучшие результаты будут достигнуты и без него. Фактически, я уже изготовил электрические трансформаторы, в которых не используется железо и которые способны выполнять в десять раз больше работы на фунт веса, чем трансформаторы из железа. Этот результат достигается за счет использования электрических токов с очень высокой частотой вибрации, создаваемых новыми способами, вместо обычных токов, которые сейчас используются в промышленности. Мне также удалось управлять электродвигателями без железа с помощью таких быстро вибрирующих токов, но результаты пока были хуже тех, которые были получены с обычными двигателями, изготовленными из железа, хотя теоретически первые должны быть способны выполнять несравнимо больше работы на единицу веса, чем вторые. Но кажущиеся непреодолимыми трудности, которые сейчас стоят на пути, в конце концов могут быть преодолены, и тогда с железом будет покончено, а все электрические машины будут производиться из алюминия, по всей вероятности, по смехотворно низким ценам. Это был бы серьезный, если не смертельный, удар по железу. Во многих других отраслях промышленности, таких как судостроение или везде, где требуется легкость конструкции, производство нового металла будет происходить гораздо быстрее. Для таких целей он в высшей степени подходит и, несомненно, рано или поздно заменит железо. Весьма вероятно, что со временем мы сможем придать ему многие из тех качеств, которые делают железо таким ценным.

Хотя невозможно сказать, когда завершится эта промышленная революция, не может быть никаких сомнений в том, что будущее принадлежит алюминию и что в грядущие времена он станет главным средством повышения производительности труда человека. В этом отношении он обладает гораздо большими возможностями, чем любой другой металл. Я бы оценил его цивилизующую способность в сто раз выше, чем у железа. Эта оценка, хотя и может удивить, нисколько не преувеличена. Прежде всего, мы должны помнить, что алюминия, доступного для использования человеком, в общей сложности в тридцать раз больше, чем железа. Это само по себе открывает большие возможности. С другой стороны, новый металл гораздо легче поддается обработке, что повышает его ценность. По многим своим свойствам он напоминает драгоценный металл, что придает ему дополнительную ценность. Его электропроводность, которая при данном весе больше, чем у любого другого металла, сама по себе была бы достаточной для того, чтобы сделать его одним из важнейших факторов будущего прогресса человечества. Его чрезвычайная легкость значительно упрощает транспортировку изготовленных предметов. Благодаря этому свойству он произведет революцию в военно-морском строительстве и, облегчая транспортировку и путешествия, значительно улучшит полезные характеристики человечества. Но я полагаю, что его величайшим цивилизующим свойством будут воздушные путешествия, которые, несомненно, будут осуществлены с его помощью. Телеграфные инструменты постепенно просветят варваров. Электродвигатели и лампы сделают это быстрее, но быстрее всего это сделают летательные аппараты. Делая путешествия идеально легкими, они станут лучшим средством объединения разнородных элементов человечества. В качестве первого шага к реализации этой идеи мы должны изготовить более легкую аккумуляторную батарею или получать больше энергии из угля.

УСИЛИЯ ПО ПОЛУЧЕНИЮ БОЛЬШЕГО КОЛИЧЕСТВА ЭНЕРГИИ ИЗ УГЛЯ—

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ТРАНСМИССИЯ—ГАЗОВЫЙ ДВИГАТЕЛЬ-

БАТАРЕЯ ХОЛОДНОГО УГЛЯ

Я помню, что одно время я считал производство электроэнергии путем сжигания угля в батарее величайшим достижением на пути развития цивилизации, и я удивлен, обнаружив, насколько постоянное изучение этих предметов изменило мои взгляды. Теперь мне кажется, что сжигание угля, каким бы эффективным оно ни было, в батарее было бы всего лишь импровизацией, этапом эволюции к чему-то гораздо более совершенному. В конце концов, производя электричество таким образом, мы должны уничтожать материал, а это был бы варварский процесс. Мы должны быть в состоянии получать необходимую нам энергию без потребления материала. Но я далек от того, чтобы недооценивать ценность такого эффективного метода сжигания топлива. В настоящее время большая часть движущей силы вырабатывается из угля, и либо непосредственно, либо через продукты его переработки он значительно увеличивает энергию человека. К сожалению, во всех процессах, принятых в настоящее время, большая часть энергии угля бесполезно расходуется. Лучшие паровые двигатели используют лишь небольшую часть общей энергии. Даже в газовых двигателях, в которых, особенно в последнее время, достигаются лучшие результаты, по-прежнему имеет место варварское расточительство. В наших системах электрического освещения мы едва ли используем треть процента, а при газовом освещении - гораздо меньшую долю от общей энергии угля. Учитывая различные виды использования угля во всем мире, мы, конечно, используем не более двух процентов его теоретически доступной энергии. Человек, который остановил бы это бессмысленное расточительство, был бы великим благодетелем человечества, хотя решение, которое он предложил бы, не могло быть постоянным, поскольку это в конечном итоге привело бы к истощению запасов материала. Усилия по получению большего количества энергии из угля в настоящее время предпринимаются в основном в двух направлениях — путем выработки электроэнергии и производства газа для использования в качестве движущей силы. В обоих этих направлениях уже достигнуты заметные успехи. Появление системы передачи электроэнергии на переменном токе знаменует собой эпоху в экономии энергии, доступной человеку из угля. Очевидно, что вся электрическая энергия, получаемая от водопада, экономя так много топлива, является чистой выгодой для человечества, которая тем более эффективна, что обеспечивается с минимальными затратами человеческих усилий, и поскольку этот самый совершенный из всех известных методов получения энергии от солнца во многом способствует развитию цивилизации. Но электричество позволяет нам также получать из угля гораздо больше энергии, чем это было практически осуществимо старыми способами. Вместо того чтобы транспортировать уголь в отдаленные места потребления, мы сжигаем его рядом с шахтой, вырабатываем электроэнергию в динамо-машинах и передаем ток в отдаленные населенные пункты, добиваясь таким образом значительной экономии. Вместо того чтобы приводить в действие оборудование на заводе старым расточительным способом с использованием ремней и валов, мы вырабатываем электроэнергию за счет энергии пара и приводим в действие электродвигатели. Таким образом, нередко можно получить в два-три раза больше эффективной движущей силы от топлива, помимо обеспечения многих других важных преимуществ. Именно в этой области, а также в передаче энергии на большие расстояния система переменного тока с ее идеально простым оборудованием вызывает промышленную революцию. Но во многих областях этот прогресс еще не ощутим в полной мере. Например, пароходы и поезда все еще приводятся в движение за счет прямого приложения энергии пара к валам или осям. Гораздо больший процент тепловой энергии топлива можно было бы преобразовать в движущую энергию за счет использования вместо принятых судовых двигателей и локомотивов динамо-машин, приводимых в движение специально разработанными паровыми или газовыми двигателями высокого давления, и за счет использования электроэнергии, вырабатываемой для приведения в движение. Таким образом можно было бы добиться увеличения эффективной энергии, получаемой из угля, на пятьдесят-сто процентов. Трудно понять, почему инженеры не уделяют больше внимания такому простому и очевидному факту. На океанских пароходах такое усовершенствование было бы особенно желательно, поскольку оно позволило бы устранить шум и существенно увеличить скорость и грузоподъемность лайнеров.

Еще больше энергии в настоящее время получается из угля с помощью новейшего усовершенствованного газового двигателя, экономичность которого в среднем, вероятно, вдвое выше, чем у самого лучшего парового двигателя. Внедрению газового двигателя во многом способствует важность газовой промышленности. С увеличением использования электрического освещения все больше и больше газа используется для отопления и в качестве движущей силы. Во многих случаях газ производится вблизи угольной шахты и транспортируется в отдаленные места потребления, что позволяет значительно экономить как транспортные расходы, так и использование энергии топлива. При нынешнем состоянии машиностроения и электротехники наиболее рациональным способом получения энергии из угля, очевидно, является производство газа вблизи угольных складов и использование его либо на месте, либо в другом месте для выработки электроэнергии для промышленного использования в динамо-машинах, приводимых в движение газовыми двигателями. Коммерческий успех такого завода в значительной степени зависит от производства газовых двигателей большой номинальной мощности, которые, судя по активной деятельности в этой области, вскоре начнутся. Вместо непосредственного потребления угля, как обычно, из него следует производить газ и сжигать его для экономии энергии.

Но все подобные усовершенствования не могут быть чем-то большим, чем переходными фазами в эволюции к чему-то гораздо более совершенному, поскольку в конечном итоге мы должны добиться успеха в получении электроэнергии из угля более прямым способом, без больших потерь тепловой энергии. Может ли уголь быть окислен холодным способом, все еще остается вопросом. Его соединение с кислородом всегда связано с выделением тепла, и может ли энергия соединения углерода с другим элементом быть преобразована непосредственно в электрическую энергию, пока не определено. При определенных условиях азотная кислота сжигает углерод, генерируя электрический ток, но раствор не остается холодным. Были предложены другие способы окисления угля, но они не обещали привести к эффективному процессу. Мой собственный успех был полным, хотя, возможно, и не таким полным, как у некоторых, кто “усовершенствовал” батарею холодного угля. По сути, эту проблему должен решить химик. Это не для физика, который заранее определяет все свои результаты, чтобы при проведении эксперимента он не мог провалиться. Химия, хотя и является позитивной наукой, еще не допускает решения такими позитивными методами, как те, которые доступны при лечении многих физических проблем. Результат, если это возможно, будет достигнут путем терпеливых попыток, а не путем дедукции или расчета. Однако скоро наступит время, когда химик сможет следовать четко намеченному заранее курсу и когда процесс его достижения желаемого результата будет чисто конструктивным. Аккумулятор на холодном угле дал бы огромный толчок развитию электротехники; это очень скоро привело бы к созданию практического летательного аппарата и чрезвычайно продвинуло бы внедрение автомобиля. Но эти и многие другие проблемы будут решены лучше и более научным способом с помощью легкой аккумуляторной батареи.

ЭНЕРГИЯ ИЗ СРЕДЫ—

ВЕТРЯНАЯ МЕЛЬНИЦА И СОЛНЕЧНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ—

ДВИЖУЩАЯ СИЛА ОТ ЗЕМНОГО ТЕПЛА—

ЭЛЕКТРИЧЕСТВО Из ПРИРОДНЫХ ИСТОЧНИКОВ

Помимо топлива, существует множество материалов, из которых мы могли бы в конечном итоге получать энергию. Например, в известняке заключено огромное количество энергии, и машины могут приводиться в движение за счет выделения углекислоты с помощью серной кислоты или иным способом. Однажды я сконструировал такой двигатель, и он работал удовлетворительно.

Но какими бы ни были наши ресурсы первичной энергии в будущем, мы должны, руководствуясь рациональностью, получать ее без потребления каких-либо материалов. Давным-давно я пришел к этому выводу, и прийти к этому результату, как указывалось ранее, представлялось возможным только двумя способами — либо обратиться к использованию энергии солнца, запасенной в окружающей среде, либо передать через среду солнечную энергию в отдаленные места из какой-нибудь местности, где ее можно было получить без потребления материала. В то время я сразу же отверг последний метод как совершенно невыполнимый и обратился к изучению возможностей первого.

В это трудно поверить, но, тем не менее, это факт, что с незапамятных времен человек имел в своем распоряжении довольно хорошую машину, которая позволяла ему использовать энергию окружающей среды. Эта машина - ветряная мельница. Вопреки распространенному мнению, энергия, получаемая от ветра, очень значительна. Многие обманутые изобретатели потратили годы своей жизни, пытаясь “обуздать приливы”, а некоторые даже предлагали сжимать воздух с помощью силы прилива или волны для получения энергии, никогда не понимая знаков старой ветряной мельницы на холме, когда она печально размахивала руками и призывала их остановиться. Дело в том, что волновой двигатель, как правило, имеет лишь небольшие шансы составить коммерческую конкуренцию ветряной мельнице, которая на сегодняшний день является более совершенной машиной, позволяющей получать гораздо большее количество энергии более простым способом. В древние времена энергия ветра имела неоценимую ценность для человека хотя бы потому, что позволяла ему пересекать моря, и даже сейчас она является очень важным фактором в путешествиях и транспорте. Но в этом идеально простом методе использования солнечной энергии есть большие ограничения. Машины большие для данной производительности, а питание осуществляется с перебоями, что требует накопления энергии и увеличивает стоимость установки.

Однако гораздо лучшим способом получения энергии было бы воспользоваться солнечными лучами, которые непрерывно падают на землю и вырабатывают энергию с максимальной скоростью более четырех миллионов лошадиных сил на квадратную милю. Хотя среднее количество энергии, получаемой на квадратную милю в любой местности в течение года, составляет лишь малую долю от этого количества, все же открытие какого-либо эффективного метода использования энергии лучей открыло бы неисчерпаемый источник энергии. Единственным рациональным способом, известным мне в то время, когда я начинал изучать этот предмет, было использование какого-либо теплового - или термодинамического-двигателя, приводимого в движение летучей жидкостью, испаряющейся в котле под действием тепла лучей. Но более тщательное изучение этого метода и расчеты показали, что, несмотря на кажущееся огромным количество энергии, получаемой от солнечных лучей, только небольшая часть этой энергии может быть фактически использована таким образом. Кроме того, энергия, поступающая через солнечное излучение, является периодической, и я обнаружил, что здесь также существуют те же ограничения, что и при использовании ветряной мельницы. После длительного изучения этого способа получения движущей силы от солнца, принимая во внимание неизбежно большой объем котла, низкий КПД тепловой машины, дополнительные затраты на накопление энергии и другие недостатки, я пришел к выводу, что “солнечный двигатель”, за исключением нескольких экземпляров, не может быть успешно использован в промышленности.

Другим способом получения движущей силы из среды без потребления какого-либо материала было бы использование тепла, содержащегося в земле, воде или воздухе, для приведения в действие двигателя. Хорошо известный факт, что внутренние части земного шара очень горячие, причем температура, как показывают наблюдения, повышается по мере приближения к центру со скоростью примерно 1 ° C на каждые сто футов глубины. Трудности, связанные с проходкой шахт и размещением котлов на глубине, скажем, двенадцати тысяч футов, что соответствует повышению температуры примерно на 120 ° C, не являются непреодолимыми, и мы, несомненно, могли бы таким образом воспользоваться внутренним теплом земного шара. На самом деле, вообще не было бы необходимости погружаться на какую-либо глубину, чтобы получить энергию из накопленного земного тепла. Поверхностные слои земли и близкие к ним слои воздуха имеют температуру, достаточно высокую для испарения некоторых чрезвычайно летучих веществ, которые мы могли бы использовать в наших котлах вместо воды. Нет никаких сомнений в том, что судно могло бы двигаться по океану с помощью двигателя, приводимого в движение такой летучей жидкостью, при этом не использовалась бы никакая другая энергия, кроме тепла, отводимого от воды. Но количество энергии, которое можно было бы получить таким образом, было бы, без дополнительного обеспечения, очень небольшим.

Электричество, вырабатываемое естественными причинами, является еще одним источником энергии, который может стать доступным. При разрядах молнии выделяется большое количество электрической энергии, которую мы могли бы использовать путем ее преобразования и накопления. Несколько лет назад я представил метод электрического преобразования, который упрощает первую часть этой задачи, но накопление энергии грозовых разрядов будет трудновыполнимым. Кроме того, хорошо известно, что электрические токи постоянно циркулируют по земле и что между землей и любым воздушным слоем существует разница в электрическом давлении, которая изменяется пропорционально высоте. В ходе недавних экспериментов я обнаружил два новых факта, имеющих важное значение в этой связи. Один из этих фактов заключается в том, что электрический ток генерируется в проводе, протянутом от земли на большую высоту, за счет осевого, а также, вероятно, поступательного движения земли. Однако никакой заметный ток не будет непрерывно течь по проводу, если только электричеству не будет позволено просачиваться в воздух. Его отвод значительно облегчается за счет обеспечения на приподнятом конце провода токопроводящей клеммы большой поверхности с множеством острых краев или заострений. Таким образом, мы можем получать непрерывную подачу электроэнергии, просто поддерживая провод на высоте, но, к сожалению, количество электроэнергии, которое может быть получено таким образом, невелико.

Второй факт, который я установил, заключается в том, что верхние слои воздуха постоянно заряжены электричеством, противоположным земному. Так, по крайней мере, я интерпретировал свои наблюдения, из которых следует, что земля с прилегающей к ней изолирующей и внешней проводящей оболочкой представляет собой высоконагруженный электрический конденсатор, содержащий, по всей вероятности, большое количество электрической энергии, которая могла бы быть использована человеком, если бы ее можно было протянуть по проводу на большие высоты.

Возможно и даже вероятно, что со временем будут открыты другие источники энергии, о которых мы сейчас ничего не знаем. Мы можем даже найти способы применения таких сил, как магнетизм или гравитация, для управления механизмами без использования каких-либо других средств. Такие реализации, хотя и крайне маловероятны, не являются невозможными. Пример лучше всего передаст представление о том, чего мы можем надеяться достичь и чего мы никогда не сможем достичь. Представьте диск из какого-либо однородного материала, выточенный идеально ровно и установленный для вращения в подшипниках без трения на горизонтальном валу над землей. Этот диск, будучи при вышеуказанных условиях идеально сбалансированным, будет находиться в любом положении. Теперь, возможно, мы узнаем, как заставить такой диск вращаться непрерывно и выполнять работу под действием силы тяжести без каких-либо дополнительных усилий с нашей стороны; но совершенно невозможно, чтобы диск вращался и выполнял работу без какой-либо силы извне. Если бы это было возможно, это было бы то, что с научной точки зрения называется “вечным двигателем”, машиной, создающей свою собственную движущую силу. Чтобы заставить диск вращаться под действием силы тяжести, нам нужно только изобрести экран против этой силы. С помощью такого экрана мы могли бы предотвратить воздействие этой силы на одну половину диска, и за этим последовало бы вращение последней. По крайней мере, мы не можем отрицать такую возможность до тех пор, пока точно не узнаем природу силы притяжения. Предположим, что эта сила была вызвана движением, сравнимым с движением потока воздуха, проходящего сверху по направлению к центру земли. Воздействие такого потока на обе половины диска было бы одинаковым, и последняя обычно не вращалась бы; но если бы одна половина была защищена пластиной, останавливающей движение, тогда она бы вращалась.

ОТХОД ОТ ИЗВЕСТНЫХ МЕТОДОВ—

ВОЗМОЖНОСТЬ “САМОДЕЙСТВУЮЩЕГО” ДВИГАТЕЛЯ Или МАШИНЫ,

НЕОДУШЕВЛЕННЫЙ, НО СПОСОБНЫЙ, КАК ЖИВОЕ СУЩЕСТВО,

ИЛИ ИЗВЛЕКАЮЩИЙ ЭНЕРГИЮ ИЗ СРЕДЫ—

ИДЕАЛЬНЫЙ СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ДВИЖУЩЕЙ СИЛЫ

Когда я начал исследование рассматриваемого предмета и когда предыдущие или сходные идеи впервые пришли мне в голову, хотя я тогда не был знаком с рядом упомянутых фактов, обзор различных способов использования энергии медиума убедил меня, тем не менее, что для достижения полностью удовлетворительного практического решения необходимо было совершить радикальный отход от известных тогда методов. Ветряная мельница, солнечный двигатель, двигатель, приводимый в действие земным теплом, имели свои ограничения в количестве доступной энергии. Необходимо было найти какой-то новый способ, который позволил бы нам получать больше энергии. В среде было достаточно тепловой энергии, но только небольшая ее часть была доступна для работы двигателя известными тогда способами. Кроме того, энергия была получена только с очень низкой скоростью. Таким образом, очевидно, что проблема заключалась в открытии какого-либо нового метода, который позволил бы как использовать больше тепловой энергии среды, так и извлекать ее из нее с более высокой скоростью.

Я тщетно пытался составить представление о том, как этого можно достичь, когда прочитал некоторые высказывания Карно и лорда Кельвина (затем сэра Уильяма Томсона), которые фактически означали, что неодушевленный механизм или самодействующая машина не могут охлаждать часть среды ниже температуры окружающей среды и работать за счет отводимого тепла. Эти заявления меня очень заинтересовали. Очевидно, что живое существо могло бы делать именно это, и поскольку опыт моей ранней жизни, о котором я рассказал, убедил меня в том, что живое существо - это всего лишь автомат, или, иначе говоря, “самодействующий двигатель”, я пришел к выводу, что возможно сконструировать машину, которая делала бы то же самое. В качестве первого шага к этой реализации я задумал следующий механизм. Представьте себе термоэлемент, состоящий из нескольких металлических стержней, простирающихся от земли до внешнего пространства за пределами атмосферы. Тепло снизу, направленное вверх по этим металлическим прутьям, охлаждало бы землю, море или воздух, в зависимости от расположения нижних частей прутьев, и результатом, как хорошо известно, был бы электрический ток, циркулирующий в этих прутьях. Теперь две клеммы термоэлемента можно было соединить с помощью электродвигателя, и теоретически этот двигатель продолжал бы работать до тех пор, пока находящаяся под ним среда не остыла бы до температуры внешнего пространства. Это был бы неодушевленный двигатель, который, по всем признакам, охлаждал бы часть среды ниже температуры окружающей среды и работал бы за счет отводимого тепла.

Но разве невозможно было реализовать подобное состояние, не обязательно поднимаясь на высоту? Представьте себе, ради иллюстрации, оболочку T, как показано на диаграмме b, такую, чтобы энергия могла передаваться через нее только по каналу или тракту O, и чтобы тем или иным способом в этой оболочке поддерживалась среда, которая имела бы мало энергии, и чтобы на внешней стороне ее была обычная окружающая среда с большим количеством энергии. Согласно этим предположениям, энергия будет протекать по пути O, как указано стрелкой, и затем может быть преобразована при ее прохождении в какую-либо другую форму энергии. Вопрос заключался в следующем: можно ли достичь такого состояния? Можем ли мы искусственно создать такой “поглотитель” для поступления энергии окружающей среды? Предположим, что с помощью какого-либо процесса в данном пространстве можно было бы поддерживать чрезвычайно низкую температуру; тогда окружающая среда была бы вынуждена выделять тепло, которое могло бы быть преобразовано в механическую или иную форму энергии и использовано. Реализуя такой план, мы должны иметь возможность получать в любой точке земного шара непрерывную подачу энергии днем и ночью. Более того, рассуждая абстрактно, казалось бы возможным вызвать быструю циркуляцию среды и, таким образом, извлекать энергию с очень высокой скоростью.


ДИАГРАММА б. Получение энергии из окружающей среды. A - среда с малой энергией; B, B - окружающая среда с большой энергией; O - путь распространения энергии.

Итак, вот идея, которая, если ее реализовать, давала счастливое решение проблемы получения энергии из среды. Но была ли она осуществима? Я убедил себя, что это так, несколькими способами, одним из которых является следующий. Что касается тепла, то мы находимся на высоком уровне, который может быть представлен поверхностью горного озера, значительно возвышающегося над морем, уровень которого может обозначать абсолютный ноль температуры, существующей в межзвездном пространстве. Тепло, как и вода, течет от высокого уровня к низкому, и, следовательно, точно так же, как мы можем позволить воде озера стекать в море, мы можем позволить теплу с поверхности земли подниматься в холодную область наверху. Тепло, как и вода, может выполнять работу по стеканию вниз, и если бы у нас были какие-либо сомнения относительно того, можем ли мы извлекать энергию из среды с помощью термоэлемента, как описано ранее, они были бы развеяны этим аналогом. Но можем ли мы создать холод в данной части пространства и заставить тепло поступать туда непрерывно? Создать такую "раковину”, или “холодную дыру”, как мы могли бы сказать, в среде, было бы равносильно созданию в озере пространства, либо пустого, либо заполненного чем-то гораздо более легким, чем вода. Это мы могли бы сделать, поместив в озеро резервуар и откачав из него всю воду. Таким образом, мы знаем, что вода, если позволить ей течь обратно в резервуар, теоретически была бы способна выполнять точно такой же объем работы, который был затрачен на ее откачку, но ни капельки не больше. Следовательно, эта двойная операция - сначала поднять воду, а затем дать ей упасть - ничего не даст. Это означало бы, что создать такой сток в среде невозможно. Но давайте немного поразмыслим. Тепло, хотя и подчиняется определенным общим законам механики, подобно жидкости, таковым не является; это энергия, которая может быть преобразована в другие формы энергии по мере перехода с высокого уровня на низкий. Чтобы сделать нашу механическую аналогию полной и верной, мы должны, следовательно, предположить, что вода, попадая в резервуар, превращается во что-то другое, что может быть извлечено из него без использования какой-либо энергии или с использованием очень небольшого количества энергии. Например, если тепло быть представлено в этом аналоге водой озера, кислород и водород, составляющие воду, могут иллюстрировать другие формы энергии, в которые преобразуется тепло при переходе от горячего к холодному. Если бы процесс преобразования тепла был абсолютно совершенным, то вообще никакое тепло не достигло бы низкого уровня, поскольку все оно было бы преобразовано в другие формы энергии. В соответствии с этим идеальным случаем, вся вода, поступающая в резервуар, разлагалась бы на кислород и водород, прежде чем достичь дна, и в результате вода продолжала бы поступать внутрь, и все же резервуар оставался бы полностью пустым, а образующиеся газы выходили бы наружу. Таким образом, затратив изначально определенный объем работы на создание поглотителя тепла или, соответственно, поступающей воды, мы добились бы состояния, позволяющего нам получать любое количество энергии без дополнительных усилий. Это был бы идеальный способ получения движущей силы. Мы не знаем ни одного такого абсолютно совершенного процесса преобразования тепла, и, следовательно, некоторое количество тепла обычно достигает низкого уровня, что означает, говоря в нашем механическом аналоге, что некоторое количество воды будет поступать на дно резервуара, и будет происходить постепенное и медленное заполнение последнего, требующее непрерывной откачки. Но очевидно, что откачивать будет меньше, чем втекает, или, другими словами, для поддержания начального состояния потребуется меньше энергии, чем вырабатывается при падении, и это означает, что некоторая энергия будет получена из среды. То, что не преобразуется в стекание вниз, может быть просто поднято вверх с помощью своей собственной энергии, и то, что преобразуется, является явной выгодой. Таким образом, сила принципа, который я открыл, полностью заключается в преобразовании энергии нисходящего потока.

ПЕРВЫЕ ПОПЫТКИ СОЗДАТЬ САМОДЕЙСТВУЮЩИЙ ДВИГАТЕЛЬ-

МЕХАНИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР—

РАБОТА ДЬЮАРА И ЛИНДЕ—ЖИДКИЙ ВОЗДУХ

Осознав эту истину, я начал разрабатывать средства для осуществления своей идеи, и после долгих размышлений я, наконец, разработал комбинацию устройств, которая должна была сделать возможным получение энергии из среды посредством процесса непрерывного охлаждения атмосферного воздуха. Это устройство, постоянно преобразуя тепло в механическую работу, имело тенденцию становиться все холоднее и холоднее, и если бы только было возможно достичь таким образом очень низкой температуры, то можно было бы создать поглотитель тепла и извлекать энергию из среды. Это, казалось, противоречило ранее упомянутым утверждениям Карно и лорда Кельвина, но я пришел к выводу из теории процесса, что такой результат может быть достигнут. К этому выводу я пришел, я думаю, во второй половине 1883 года, когда я был в Париже, и это было в то время, когда мой разум все больше и больше занимало изобретение, которое я разработал в течение предыдущего года и которое с тех пор стало известно под названием “вращающееся магнитное поле”. В течение нескольких последующих лет я продолжал разрабатывать план, который я себе представлял, и изучал условия работы, но мало продвинулся вперед. Коммерческое внедрение в этой стране упомянутого выше изобретения требовало от меня большей части энергии до 1889 года, когда я снова обратился к идее самодействующей машины. Более тщательное изучение задействованных принципов и расчеты теперь показали, что результат, к которому я стремился, не может быть достигнут практическим образом с помощью обычного оборудования, как я ожидал вначале. Это привело меня, в качестве следующего шага, к изучению типа двигателя, обычно обозначаемого как “турбина”, который, поначалу казалось, давал больше шансов на реализацию идеи. Однако вскоре я обнаружил, что турбина тоже не подходит. Но мои выводы показали, что если двигатель особого типа можно было довести до высокой степени совершенства, то задуманный мной план был осуществим, и я решил продолжить разработку такого двигателя, основной целью которого было обеспечить максимальную экономию при преобразовании тепла в механическую энергию. Характерной особенностью двигателя было то, что работающий поршень не был соединен ни с чем другим, но мог совершенно свободно вибрировать с огромной скоростью. Механические трудности, возникшие при конструировании этого двигателя, оказались больше, чем я ожидал, и я продвигался медленно. Эта работа продолжалась до начала 1892 года, когда я отправился в Лондон, где увидел замечательные эксперименты профессора Дьюара со сжиженными газами. Другие уже использовали сжиженные газы, и, в частности, Озлевски и Пикте провели похвальные ранние эксперименты в этой области, но в работе Дьюара была такая энергия, что даже старое казалось новым. Его эксперименты показали, хотя и иным способом, чем я себе представлял, что можно достичь очень низкой температуры путем преобразования тепла в механическую работу, и я вернулся, глубоко впечатленный увиденным и более чем когда-либо убежденный в осуществимости моего плана. Временно прерванная работа была начата заново, и вскоре у меня был в довольно совершенном состоянии двигатель, который я назвал “механическим генератором колебаний”. В этой машине мне удалось избавиться от всех уплотнений, клапанов и смазки и добиться такой быстрой вибрации поршня, что валы из прочной стали, прикрепленные к нему и вибрировавшие в продольном направлении, были разорваны на части. Объединив этот двигатель с динамо-машиной специальной конструкции, я создал высокоэффективный электрический генератор, бесценный при измерениях и определении физических величин из-за неизменной частоты колебаний, достигаемой с его помощью. Я продемонстрировал несколько типов этой машины, названной “механический и электрический генератор колебаний”, перед Электротехническим конгрессом на Всемирной выставке в Чикаго летом 1893 года в лекции, которую из-за другой неотложной работы я не смог подготовить к публикации. В том случае я раскрыл принципы работы механического генератора, но первоначальное назначение этой машины объясняется здесь впервые.

В процессе, как я изначально задумывал, для использования энергии окружающей среды использовались пять основных элементов в комбинации, и каждый из них должен был быть заново спроектирован и усовершенствован, поскольку подобных машин не существовало. Механический генератор был первым элементом этой комбинации, и, доведя его до совершенства, я перешел к следующему, который представлял собой воздушный компрессор, конструкция которого в некоторых отношениях напоминала конструкцию механического генератора. Снова возникли аналогичные трудности в конструкции, но работа продвигалась энергично, и к концу 1894 года я завершил эти два элемента комбинации и, таким образом, создал устройство для сжатия воздуха практически до любого желаемого давления, несравненно более простое, компактное и эффективное, чем обычное. Я как раз приступал к работе над третьим элементом, который вместе с первыми двумя должен был дать холодильную машину исключительной эффективности и простоты, когда со мной случилось несчастье при пожаре в моей лаборатории, что помешало моей работе и задержало меня. Вскоре после этого доктор Карл Линде объявил о сжижении воздуха с помощью процесса самоохлаждения, продемонстрировав, что практически возможно продолжать охлаждение до тех пор, пока не произойдет сжижение воздуха. Это было единственное экспериментальное доказательство, которого мне все еще не хватало, что энергия может быть получена из среды предполагаемым мной способом.

Сжижение воздуха с помощью процесса самоохлаждения было, как принято считать, не случайным открытием, а научным результатом, который нельзя было долго откладывать и который, по всей вероятности, не избежал Дьюара. Я считаю, что этот захватывающий прогресс во многом обусловлен мощной работой этого великого шотландца. Тем не менее, достижение Линде является бессмертным. Производство жидкого воздуха в Германии ведется уже четыре года в масштабах, гораздо больших, чем в любой другой стране, и этот странный продукт применяется для самых разных целей. Вначале от него многого ожидали, но до сих пор это был промышленный ignis fatuus. При использовании такого оборудования, которое я совершенствую, его стоимость, вероятно, значительно снизится, но даже тогда его коммерческий успех будет сомнительным. При использовании в качестве хладагента он неэкономичен, так как его температура неоправданно низкая. Поддерживать очень низкую температуру тела так же дорого, как и поддерживать его в очень горячем состоянии; для поддержания холодного воздуха требуется уголь. При производстве кислорода он пока не может конкурировать с электролитическим методом. Для использования в качестве взрывчатого вещества он непригоден, поскольку его низкая температура опять же снижает эффективность, а для использования в качестве движущей силы его стоимость все еще слишком высока. Интересно, однако, отметить, что при работе двигателя на сжиженном воздухе определенное количество энергии может быть получено от двигателя или, говоря иначе, от окружающей среды, которая поддерживает двигатель в тепле, при этом каждые двести фунтов чугунной отливки последней выделяют энергию со скоростью около одной эффективной лошадиной силы в течение одного часа. Но эта выгода потребителя компенсируется равными потерями производителя.

Многое из этой задачи, над которой я так долго трудился, еще предстоит выполнить. Ряд механических деталей еще предстоит усовершенствовать и преодолеть некоторые трудности иного характера, и я не могу надеяться создать самодействующую машину, получающую энергию из окружающей среды, в течение длительного времени, даже если все мои ожидания оправдаются. В последнее время произошло много обстоятельств, которые задержали мою работу, но по нескольким причинам задержка была полезной.

Одной из этих причин было то, что у меня было достаточно времени, чтобы обдумать, каковы могут быть конечные возможности такого развития событий. Я работал долгое время, полностью убежденный в том, что практическая реализация этого метода получения энергии от солнца имела бы неисчислимую промышленную ценность, но продолжающееся изучение предмета выявило тот факт, что, хотя это будет коммерчески выгодно, если мои ожидания будут обоснованы, это не будет так в экстраординарной степени.

ОТКРЫТИЕ НЕОЖИДАННЫХ СВОЙСТВ АТМОСФЕРЫ—

СТРАННЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТЫ—ПЕРЕДАЧА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ

По ОДНОМУ ПРОВОДУ БЕЗ ОБРАТНОЙ ПЕРЕДАЧИ

СКВОЗЬ ЗЕМЛЮ БЕЗ КАКИХ-ЛИБО ПРОВОДОВ

Другой из этих причин было то, что я пришел к выводу, что передача электрической энергии на любое расстояние с помощью средств массовой информации, безусловно, является лучшим решением великой проблемы использования энергии солнца для нужд человека. Долгое время я был убежден, что такая передача в промышленных масштабах никогда не может быть реализована, но сделанное мной открытие изменило мою точку зрения. Я заметил, что при определенных условиях атмосфера, которая обычно является высоким изолятором, приобретает проводящие свойства и, таким образом, становится способной передавать любое количество электрической энергии. Но трудности на пути практического использования этого открытия для передачи электрической энергии без проводов казались непреодолимыми. Необходимо было создавать и регулировать электрическое напряжение во многие миллионы вольт; необходимо было изобрести и усовершенствовать генерирующее устройство нового типа, способное выдерживать огромные электрические нагрузки, и в системе должна была быть достигнута полная защита от опасностей, связанных с токами высокого напряжения, прежде чем можно было даже подумать о его практическом внедрении. Всего этого нельзя было сделать за несколько недель, месяцев или даже лет. Работа требовала терпения и постоянного приложения усилий, но улучшения приходили, хотя и медленно. Однако в ходе этой продолжительной работы были достигнуты и другие ценные результаты, о которых я попытаюсь дать краткий отчет, перечисляя основные достижения по мере их последовательного достижения.

Открытие проводящих свойств воздуха, хотя и неожиданное, было всего лишь естественным результатом экспериментов в специальной области, которыми я занимался несколько лет назад. Я полагаю, что именно в 1889 году определенные возможности, предоставляемые чрезвычайно быстрыми электрическими колебаниями, побудили меня сконструировать ряд специальных машин, приспособленных для их исследования. Из-за особых требований конструкция этих машин была очень сложной и потребовала много времени и усилий; но моя работа над ними была щедро вознаграждена, поскольку с их помощью я достиг нескольких новых и важных результатов. Одно из первых наблюдений, которые я сделал с этими новыми машинами, заключалось в том, что электрические колебания чрезвычайно высокой частоты необычайным образом воздействуют на человеческий организм. Так, например, я продемонстрировал, что мощные электрические разряды в несколько сотен тысяч вольт, которые в то время считались абсолютно смертоносными, могли проходить через тело без неудобств или пагубных последствий. Эти колебания вызывали другие специфические физиологические эффекты, которые, после моего объявления, были с энтузиазмом приняты квалифицированными врачами и дополнительно исследованы. Эта новая область оказалась плодотворной сверх всяких ожиданий, и за несколько лет, прошедших с тех пор, она была развита до такой степени, что в настоящее время образует законный и важный раздел медицинской науки. Многие результаты, которые в то время считались невозможными, теперь легко достижимы с помощью этих колебаний, и многие эксперименты, о которых тогда и не мечтали, теперь могут быть легко выполнены с их помощью. Я до сих пор с удовольствием вспоминаю, как девять лет назад я пропустил через свое тело разряд мощной индукционной катушки, чтобы продемонстрировать перед научным сообществом сравнительную безвредность очень быстро вибрирующих электрических токов, и я до сих пор помню изумление моей аудитории. Теперь я бы предпринял, с гораздо меньшими опасениями, чем в том эксперименте, передачу через мое тело с помощью таких токов всей электрической энергии динамо-машин, работающих сейчас на Ниагаре, — сорока или пятидесяти тысяч лошадиных сил. Я производил электрические колебания такой интенсивности, что, циркулируя по моим рукам и груди, они расплавляли провода, соединявшие мои кисти, и все же я не испытывал никаких неудобств. Я возбуждал такими колебаниями петлю из тяжелой медной проволоки с такой силой, что массы металла и даже предметы с электрическим сопротивлением, значительно превышающим сопротивление человеческой ткани, поднесенные близко к петле или помещенные внутри нее, нагревались до высокой температуры и плавились, часто с силой взрыва, и все же в то самое пространство, в котором происходила эта ужасно разрушительная суматоха, я неоднократно засовывал голову, ничего не чувствуя и не испытывая вредных последствий.

Другое наблюдение заключалось в том, что с помощью таких колебаний можно было производить свет новым и более экономичным способом, что обещало привести к созданию идеальной системы электрического освещения с помощью вакуумных ламп, без необходимости замены ламп или нитей накаливания, а возможно, также с использованием проводов внутри зданий. Эффективность этого источника света возрастает пропорционально частоте колебаний, и его коммерческий успех, следовательно, зависит от экономичного производства электрических колебаний с запредельными скоростями. В последнее время в этом направлении я добился отрадных успехов, и практическое внедрение этой новой системы освещения не за горами.

Исследования привели ко многим другим ценным наблюдениям и результатам, одним из наиболее важных из которых была демонстрация практической возможности подачи электрической энергии по одному проводу без возврата. Сначала мне удавалось передавать этим новым способом лишь очень небольшое количество электрической энергии, но и в этой области мои усилия были вознаграждены аналогичным успехом.

Фотография, показанная на рис. 3, иллюстрирует, как следует из ее названия, реальную передачу такого рода, осуществленную с помощью устройства, используемого в других описанных здесь экспериментах. До какой степени приборы были усовершенствованы со времени моих первых демонстраций в начале 1891 года перед научным обществом, когда мой прибор был едва способен зажигать одну лампу (результат был признан замечательным), станет ясно, когда я заявлю, что теперь у меня нет трудностей с зажиганием таким образом четырехсот или пятисот ламп, и я мог бы зажечь гораздо больше. Фактически, нет ограничений на количество энергии, которое может быть таким образом подано для работы любого электрического устройства.


РИС. 3. Эксперимент, иллюстрирующий подачу электрической энергии по одному проводу без возврата. Обычная лампа накаливания, подключенная одним или обоими выводами к проводу, образующему верхний свободный конец катушки, показанной на фотографии, загорается за счет электрических колебаний, передаваемых ей через катушку от электрического генератора, мощность которого составляет всего одну пятую процента. на полную мощность.

После демонстрации практичности этого метода передачи данных мне, естественно, пришла в голову мысль использовать землю в качестве проводника, таким образом, обойдясь без всех проводов. Каким бы ни было электричество, фактом является то, что оно ведет себя как несжимаемая жидкость, и землю можно рассматривать как огромный резервуар электричества, который, как я думал, можно эффективно нейтрализовать с помощью правильно сконструированной электрической машины. Соответственно, мои следующие усилия были направлены на совершенствование специального устройства, которое было бы весьма эффективным в создании электрических помех в земле. Прогресс в этом новом направлении неизбежно был очень медленным, а работа обескураживающей, пока мне, наконец, не удалось усовершенствовать новый тип трансформатора или индукционной катушки, особенно подходящий для этой специальной цели. То, что таким образом практически возможно передавать не только незначительные количества электрической энергии для приведения в действие деликатных электрических устройств, как я предполагал вначале, но и электрическую энергию в заметных количествах, станет ясно из рассмотрения рис. 4, который иллюстрирует реальный эксперимент такого рода, выполненный с тем же устройством. Полученный результат был тем более замечательным, что верхний конец катушки не был соединен с проводом или пластиной для усиления эффекта.


РИС. 4. Эксперимент, иллюстрирующий передачу электрической энергии через землю без проводов. Катушка, показанная на фотографии, своим нижним концом или клеммой соединена с землей и точно настроена на колебания удаленного электрического генератора. Зажженная лампа находится в независимом проводном контуре, питаемом за счет индукции от катушки, возбуждаемой электрическими колебаниями, передаваемыми на нее через землю от генератора, который работает только на пять процентов от своей полной мощности.

“БЕСПРОВОДНАЯ” ТЕЛЕГРАФИЯ —СЕКРЕТ НАСТРОЙКИ—

ОШИБКИ В ИССЛЕДОВАНИЯХ ГЕРЦА—

ОБЛАДАЮЩИЙ УДИВИТЕЛЬНОЙ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬЮ ПРИЕМНИК

В качестве первого ценного результата моих экспериментов в этой последней области была получена система телеграфирования без проводов, которую я описал в двух научных лекциях в феврале и марте 1893 года. Это механически проиллюстрировано на схеме с, верхняя часть которой показывает электрическое устройство, как я описал его тогда, в то время как нижняя часть иллюстрирует его механический аналог. Система чрезвычайно проста в принципе. Представьте себе две камертоновые вилки F, F1, одну на передающей, а другую на принимающей станции соответственно, каждая из которых прикреплена к своему нижнему зубцу с крошечным поршнем p, помещающимся в цилиндр. Оба цилиндра сообщаются с большим резервуаром R с эластичными стенками, который, как предполагается, закрыт и заполнен легкой и несжимаемой жидкостью. При многократном нажатии на один из зубцов камертона F маленький поршень p, расположенный ниже, будет вибрировать, и его вибрации, передаваемые через жидкость, достигнут удаленной вилки F1, которая “настроена” на вилку F или, говоря иначе, имеет точно такую же ноту, что и последняя. Вилка F1 теперь была бы приведена в состояние вибрации, и ее вибрация была бы усилена продолжающимся действием удаленной вилки F до тех пор, пока ее верхний зубец, далеко выдвинувшись, не установил бы электрическое соединение со стационарным контактом c", запуская таким образом некоторые электрические или другие приборы, которые могут использоваться для записи сигналов. Таким простым способом можно было обмениваться сообщениями между двумя станциями, причем для этой цели был предусмотрен аналогичный контакт c', расположенный рядом с верхним зубцом вилки F, так что устройство на каждой станции могло поочередно использоваться в качестве приемника и передатчика.


СХЕМА c. “Беспроводная” телеграфия, проиллюстрированная механически.

Электрическая система, показанная на верхнем рисунке диаграммы с, в принципе точно такая же: два провода или схемы ESP и E1S1P1, которые тянутся вертикально на определенную высоту, представляя собой две камертоновые вилки с прикрепленными к ним поршнями. Эти цепи соединены с землей пластинами E, E1 и двумя приподнятыми металлическими листами P, P1, которые накапливают электричество и, таким образом, значительно усиливают эффект. Закрытый резервуар R с эластичными стенками в этом случае заменяется землей, а жидкость - электричеством. Оба этих контура “настроены” и работают точно так же, как два камертона. Вместо удара о вилку F на передающей станции в вертикальном передающем проводе ESP создаются электрические колебания, как под действием источника S, включенного в этот провод, которые распространяются по земле и достигают удаленного вертикального приемного провода E1S1P1, возбуждая в нем соответствующие электрические колебания. В последний провод или цепь включено чувствительное устройство или приемник S1, который, таким образом, приводится в действие и приводится в действие реле или другое устройство. Каждая станция, разумеется, снабжена как источником электрических колебаний S, так и чувствительным приемником S1, и предусмотрено простое использование каждого из двух проводов поочередно для отправки и приема сообщений.

Точная настройка двух цепей обеспечивает большие преимущества, и, по сути, это важно при практическом использовании системы. В этом отношении существует множество распространенных ошибок, и, как правило, в технических отчетах по этому вопросу схемы и приборы описываются как обеспечивающие эти преимущества, хотя по самой их природе очевидно, что это невозможно. Для достижения наилучших результатов важно, чтобы длина каждого провода или цепи, от заземления до верха, была равна одной четверти длины волны электрических колебаний в проводе, или же равна этой длине, умноженной на нечетное число. Без соблюдения этого правила практически невозможно предотвратить вмешательство и обеспечить конфиденциальность сообщений. В этом и заключается секрет настройки. Однако для получения наиболее удовлетворительных результатов необходимо прибегнуть к электрическим колебаниям низкой высоты. Искровой аппарат Герца, обычно используемый экспериментаторами, который производит колебания очень высокой частоты, не допускает эффективной настройки, а незначительных помех достаточно, чтобы сделать обмен сообщениями практически невозможным. Но научно разработанные, эффективные приборы обеспечивают почти идеальную регулировку. Эксперимент, проведенный с неоднократно упоминаемым усовершенствованным устройством и предназначенный для передачи представления об этой особенности, проиллюстрирован на рис. 5, который в достаточной степени поясняется в примечании к нему.


РИС. 5. Фотографический вид катушек, реагирующих на электрические колебания. На рисунке показано несколько катушек, по-разному настроенных и реагирующих на вибрации, передаваемые к ним через землю от электрического генератора. Большая катушка справа, сильно разряжающаяся, настроена на основную вибрацию, которая составляет пятьдесят тысяч в секунду; две большие вертикальные катушки - в два раза больше; меньшая катушка из белого провода - в четыре раза больше, а остальные маленькие катушки - на более высокие тона. Вибрации, производимые генератором, были настолько интенсивными, что ощутимо воздействовали на маленькую катушку, настроенную на двадцать шестой более высокий тон.

С тех пор как я описал эти простые принципы телеграфии без проводов, у меня часто была возможность отметить, что использовались идентичные функции и элементы, очевидно, полагая, что сигналы передаются на значительные расстояния с помощью “герцианских” излучений. Это лишь одно из многих заблуждений, к которым привели исследования оплакиваемого физика. Около тридцати трех лет назад Максвелл, следуя наводящему на размышления эксперименту, проведенному Фарадеем в 1845 году, разработал идеально простую теорию, которая тесно связала свет, лучистое тепло и электрические явления, интерпретируя их как происходящие из-за колебаний гипотетической жидкости непостижимой плотности, называемой эфиром. Никакой экспериментальной проверки не было получено до тех пор, пока Герц, по предложению Гельмгольца, не провел серию экспериментов с этой целью. Герц действовал с необычайной изобретательностью и проницательностью, но не тратил много энергии на совершенствование своего старомодного аппарата. Следствием этого было то, что он не заметил важной функции, которую воздух играл в его экспериментах и которую я впоследствии обнаружил. Повторяя его эксперименты и получая другие результаты, я рискнул указать на эту оплошность. Сила доказательств, выдвинутых Герцем в поддержку теории Максвелла, заключалась в правильной оценке частоты вибрации цепей, которые он использовал. Но я убедился, что он не мог получить те расценки, которые, как он думал, он получал. Вибрации с помощью идентичного устройства, которое он использовал, как правило, намного медленнее, это происходит из-за присутствия воздуха, который оказывает гасящее воздействие на быстро вибрирующую электрическую цепь высокого давления, подобно жидкости на вибрирующую камертонную вилку. Однако с тех пор я обнаружил другие причины ошибок и давно перестал рассматривать его результаты как экспериментальную проверку поэтических концепций Максвелла. Работа великого немецкого физика послужила огромным стимулом для современных исследований в области электротехники, но она также, в определенной степени, своим очарованием парализовала научный ум и, таким образом, затруднила независимое исследование. Каждое новое явление, которое было открыто, подгонялось под теорию, и поэтому очень часто правда была бессознательно искажена.

Когда я разрабатывал эту систему телеграфии, в моем сознании доминировала идея осуществления связи на любые расстояния через землю или окружающую среду, практическое осуществление которой я считал чрезвычайно важным, главным образом из-за морального эффекта, который она не могла не произвести повсеместно. В качестве первой попытки достичь этой цели я предложил в то время использовать ретрансляционные станции с настроенными цепями в надежде сделать таким образом практически осуществимой передачу сигналов на огромные расстояния, даже с аппаратурой очень умеренной мощности, имевшейся в моем распоряжении в то время. Однако я был уверен, что при правильно сконструированном оборудовании сигналы могут передаваться в любую точку земного шара, независимо от расстояния, без необходимости использования таких промежуточных станций. Я пришел к этому убеждению благодаря открытию необычного электрического явления, которое я описал в начале 1892 года в лекциях, которые я читал перед некоторыми научными обществами за границей, и которое я назвал “вращающейся щеткой”. Это пучок света, который при определенных условиях образуется в вакуумной лампе и обладает чувствительностью к магнитным и электрическим воздействиям, граничащей, так сказать, со сверхъестественным. Этот световой пучок быстро вращается под действием земного магнетизма до двадцати тысяч раз в секунду, причем вращение в этих частях противоположно тому, которое было бы в южном полушарии, в то время как в области магнитного экватора оно вообще не должно вращаться. В своем наиболее чувствительном состоянии, которое трудно получить, он в невероятной степени реагирует на электрические или магнитные воздействия. Простое напряжение мышц руки и, как следствие, небольшое электрическое изменение в теле наблюдателя, стоящего на некотором расстоянии от нее, ощутимо повлияют на нее. Находясь в этом высокочувствительном состоянии, он способен улавливать малейшие магнитные и электрические изменения, происходящие в земле. Наблюдение этого удивительного явления произвело на меня сильное впечатление: с его помощью можно было легко осуществлять связь на любом расстоянии при условии, что можно было усовершенствовать аппарат, способный производить электрическое или магнитное изменение состояния, каким бы незначительным оно ни было, в земном шаре или окружающей среде.

РАЗРАБОТКА НОВОГО ПРИНЦИПА—

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР —ПРОИЗВОДСТВО ОГРОМНОГО

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ДВИЖЕНИЯ — ЗЕМЛЯ РЕАГИРУЕТ НА ЧЕЛОВЕКА—

МЕЖПЛАНЕТНОЕ СООБЩЕНИЕ ТЕПЕРЬ ВОЗМОЖНО

Я решил сосредоточить свои усилия на этой рискованной задаче, хотя она и требовала больших жертв, поскольку трудности, с которыми предстояло справиться, были таковы, что я мог надеяться завершить ее только после многих лет труда. Это означало отсрочку другой работы, которой я предпочел бы посвятить себя, но я пришел к убеждению, что моя энергия не могла быть использована с большей пользой, поскольку я осознал, что эффективное устройство для создания мощных электрических колебаний, необходимое для этой конкретной цели, было ключом к решению других наиболее важных электрических и, фактически, человеческих проблем. С его помощью стала возможной не только связь на любое расстояние без проводов, но и передача энергии в больших количествах, сжигание атмосферного азота, производство эффективных источников освещения и многие другие результаты, имеющие неоценимую научную и промышленную ценность. Однако в конце концов я испытал удовлетворение от выполнения поставленной задачи с помощью нового принципа, действие которого основано на чудесных свойствах электрического конденсатора. Одним из них является то, что он может разрядить или взорвать накопленную энергию за невообразимо короткое время. Благодаря этому ему нет равных по взрывной силе. Взрыв динамита - это всего лишь вздох чахоточного по сравнению с его разрядом. Это средство создания сильнейшего тока, высочайшего электрического давления, наибольшего волнения в среде. Другим его свойством, не менее ценным, является то, что его разряд может вибрировать с любой желаемой скоростью, достигающей многих миллионов колебаний в секунду.

Я достиг предела скорости, доступной другими способами, когда мне пришла в голову счастливая идея прибегнуть к конденсатору. Я устроил такой прибор таким образом, чтобы он заряжался и разряжался попеременно в быстрой последовательности через катушку с несколькими витками прочной проволоки, образующую первичную обмотку трансформатора или индуктивную катушку. Каждый раз, когда конденсатор разряжался, ток колебался в первичном проводе и вызывал соответствующие колебания во вторичном. Таким образом, был разработан трансформатор или катушка индуктивности на новых принципах, который я назвал “электрическим генератором колебаний”, обладающий теми уникальными качествами, которые характеризуют конденсатор, и позволяющий достигать результатов, невозможных другими средствами. Электрические эффекты любого желаемого характера и невиданной ранее интенсивности теперь легко достижимы с помощью усовершенствованных устройств такого типа, на которые часто ссылались и основные части которых показаны на рис. 6. Для определенных целей требуется сильный индуктивный эффект; для других - максимально возможная внезапность; для третьих, опять же, исключительно высокая частота вибрации или экстремальное давление; в то время как для некоторых других объектов необходимы огромные электрические движения. Фотографии экспериментов, проведенных с таким генератором, приведенные на рис. 7, 8, 9 и 10, могут служить иллюстрацией некоторых из этих особенностей и дать представление о величине фактически произведенных эффектов. Полнота названий упомянутых рисунков делает ненужным их дальнейшее описание. Какими бы необычными ни казались показанные результаты, они являются незначительными по сравнению с теми, которые достижимы с помощью приборов, сконструированных на тех же принципах. Я производил электрические разряды, фактический путь прохождения которых из конца в конец, вероятно, составлял более ста футов в длину; но было бы нетрудно достичь длины в сто раз большей. Я создал электрические движения, совершающиеся со скоростью примерно в сто тысяч лошадиных сил, но скорости в один, пять или десять миллионов лошадиных сил легко осуществимы. В этих экспериментах были достигнуты эффекты, несравненно более значительные, чем любые, когда-либо произведенные человеческими силами, и все же эти результаты являются лишь зародышем того, что должно произойти.


РИС. 6. Фотографический вид основных частей электрического генератора, использованного в описанных экспериментах.


РИС. 7. Эксперимент, иллюстрирующий индуктивный эффект электрического генератора большой мощности. На фотографии показаны три обычные лампы накаливания, зажженные до полной мощности свечи токами, индуцируемыми в локальном контуре, состоящем из одного провода, образующего квадрат в пятьдесят футов с каждой стороны, который включает лампы и который находится на расстоянии ста футов от первичной цепи, питаемой генератором. Контур также включает в себя электрический конденсатор и точно настроен на колебания генератора, который работает менее чем на пять процентов от своей общей мощности.


РИС. 8. Эксперимент, иллюстрирующий способность генератора производить электрические взрывы большой мощности. Примечание к рис. 8. Катушка, частично показанная на фотографии, создает альтернативное движение электричества из земли в большой резервуар и обратно со скоростью сто тысяч чередований в секунду. Регулировки таковы, что резервуар заполняется полностью и лопается при каждом чередовании как раз в тот момент, когда электрическое давление достигает максимума. Разряд вырывается с оглушительным шумом, ударяясь о неподключенную катушку в двадцати двух футах от лаборатории и создавая такое электрическое возбуждение в земле, что искры длиной в дюйм могут вылететь из водопровода на расстоянии трехсот футов от лаборатории.

То, что связь без проводов с любой точкой земного шара осуществима с помощью такого устройства, не нуждалось бы в демонстрации, но благодаря открытию, которое я сделал, я получил абсолютную уверенность. Популярно объясненный, это именно так: когда мы повышаем голос и слышим в ответ эхо, мы знаем, что звук голоса, должно быть, достиг отдаленной стены или границы и, должно быть, отразился от нее. Точно так же, как звук, отражается электрическая волна, и то же самое свидетельство, которое дает эхо, дает электрическое явление, известное как “стационарная” волна, то есть волна с фиксированными узловыми и вентральными областями. Вместо того чтобы посылать звуковые колебания к отдаленной стене, я послал электрические колебания к отдаленным границам земли, и вместо стены земля ответила. Вместо эха я получил стационарную электрическую волну, волну, отраженную издалека.


РИС. 9. Эксперимент, иллюстрирующий способность генератора создавать мощное электрическое движение. Шар, показанный на фотографии, покрытый полированным металлическим покрытием площадью двадцать квадратных футов, представляет собой большой резервуар для электричества, а перевернутая жестяная сковорода под ним с острым краем - большим отверстием, через которое электричество может выходить, прежде чем наполнить резервуар. Количество приводимого в движение электричества настолько велико, что, хотя большая его часть выходит через край поддона или предусмотренное отверстие, шар или резервуар, тем не менее, поочередно опорожняется и наполняется до перелива (как видно по разряду, выходящему из верхней части шара) сто пятьдесят тысяч раз в секунду.


РИС. 10. Фотографический вид эксперимента, иллюстрирующий эффект электрического генератора, вырабатывающего энергию со скоростью семьдесят пять тысяч лошадиных сил. Отвод, создающий сильную тягу из-за нагрева воздуха, поднимается вверх через открытую крышу здания. Наибольшая ширина в поперечнике составляет почти семьдесят футов. Напряжение превышает двенадцать миллионов вольт, а ток меняется сто тридцать тысяч раз в секунду.

Стационарные волны на земле означают нечто большее, чем просто телеграфирование без проводов на любое расстояние. Они позволят нам достичь многих важных конкретных результатов, невозможных иным способом. Например, с их помощью мы можем по желанию вызвать с передающей станции электрический эффект в любом конкретном регионе земного шара; мы можем определить относительное положение или курс движущегося объекта, такого как судно в море, расстояние, пройденное им, или его скорость; или мы можем послать по земле электрическую волну, распространяющуюся с любой желаемой скоростью, от черепашьей до молниеносной.

Благодаря этим разработкам у нас есть все основания ожидать, что в недалеком будущем большинство телеграфных сообщений через океаны будут передаваться без кабелей. Для коротких расстояний нам нужен “беспроводной” телефон, для которого не требуются опытные операторы. Чем больше пространство, которое необходимо соединить, тем более рациональной становится связь без проводов. Кабель - это не только легко повреждаемый и дорогостоящий инструмент, но и он ограничивает нас в скорости передачи данных из-за определенных электрических свойств, неотделимых от его конструкции. Правильно спроектированная установка для осуществления связи без проводов должна иметь во много раз большую пропускную способность, чем кабель, при этом она потребует несравненно меньших затрат. Я полагаю, пройдет не так много времени, прежде чем связь по кабелю устареет, поскольку сигнализация с помощью этого нового метода будет не только быстрее и дешевле, но и намного безопаснее. Используя некоторые новые средства для изоляции сообщений, которые я изобрел, можно обеспечить почти идеальную конфиденциальность.

Я наблюдал вышеупомянутые эффекты до сих пор только на ограниченном расстоянии около шестисот миль, но поскольку мощность колебаний, производимых таким генератором, практически безгранична, я вполне уверен в успехе такой установки для осуществления трансокеанской связи. И это еще не все. Мои измерения и расчеты показали, что с помощью этих принципов вполне реально вызвать на нашем земном шаре электрическое движение такой величины, что, без малейшего сомнения, его эффект будет заметен на некоторых из наших ближайших планет, таких как Венера и Марс. Таким образом, из простой возможности межпланетное сообщение перешло в стадию вероятности. Фактически, то, что мы можем оказать отчетливое воздействие на одну из этих планет таким новым способом, а именно, нарушив электрическое состояние земли, не вызывает никаких сомнений. Этот способ осуществления такой коммуникации, однако, существенно отличается от всех других, которые до сих пор были предложены учеными. Во всех предыдущих случаях предполагаемый наблюдатель мог использовать в своем приборе лишь ничтожную долю общей энергии, достигающей планеты, — столько, сколько было бы возможно сконцентрировать в отражателе. Но с помощью средств, которые я разработал, он смог бы сконцентрировать большую часть всей энергии, передаваемой планете, в своем приборе, и шансы воздействовать на планету, таким образом, увеличились бы во много миллионов раз.

Помимо механизмов для создания вибраций требуемой мощности, мы должны располагать тонкими средствами, способными выявлять последствия слабых воздействий, оказываемых на землю. Для этих целей я также усовершенствовал новые методы. С их помощью мы также сможем, среди прочего, обнаруживать на значительном расстоянии присутствие айсберга или другого объекта в море. Кроме того, с их помощью я обнаружил некоторые земные явления, до сих пор необъяснимые. То, что мы можем послать сообщение планете, несомненно, то, что мы можем получить ответ, вероятно: человек - не единственное существо в Бесконечности, одаренное разумом.

ПЕРЕДАЧА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ

На ЛЮБОЕ РАССТОЯНИЕ БЕЗ ПРОВОДОВ —ТЕПЕРЬ ЭТО ПРАКТИЧЕСКИ ОСУЩЕСТВИМО—

ЛУЧШЕЕ СРЕДСТВО УВЕЛИЧЕНИЯ СИЛЫ

УСКОРЕНИЕ ЧЕЛОВЕЧЕСКОЙ МАССЫ

Самым ценным наблюдением, сделанным в ходе этих исследований, было необычное поведение атмосферы по отношению к электрическим импульсам чрезмерной электродвижущей силы. Эксперименты показали, что воздух при обычном давлении становится отчетливо проводящим, и это открыло замечательную перспективу передачи большого количества электрической энергии в промышленных целях на большие расстояния без проводов, возможность, о которой до того времени думали только как о научной мечте. Дальнейшие исследования выявили важный факт, что проводимость, придаваемая воздуху этими электрическими импульсами напряжением во многие миллионы вольт, очень быстро возрастала со степенью разрежения, так что слои воздуха на очень умеренных высотах, которые легкодоступны, по всем экспериментальным данным, представляют собой идеальный проводящий путь, лучший, чем медный провод, для токов такого характера.

Таким образом, открытие этих новых свойств атмосферы не только открыло возможность передачи энергии в больших количествах без проводов, но, что еще более важно, дало уверенность в том, что энергия может передаваться таким способом экономично. В этой новой системе мало — фактически, почти ничего — не имеет значения, осуществляется ли передача на расстояние нескольких миль или нескольких тысяч миль.

Хотя я пока еще фактически не осуществил передачу значительного количества энергии, такого, которое имело бы промышленное значение, на большие расстояния с помощью этого нового метода, я эксплуатировал несколько модельных установок в точно таких же условиях, которые будут существовать на большой установке такого типа, и практическая применимость системы полностью продемонстрирована. Эксперименты убедительно показали, что при двух терминалах, поддерживаемых на высоте не более тридцати тысяч-тридцати пяти тысяч футов над уровнем моря, и при электрическом давлении от пятнадцати до двадцати миллионов вольт энергия в тысячи лошадиных сил может передаваться на расстояния, которые могут составлять сотни, а при необходимости и тысячи миль. Однако я надеюсь, что, возможно, мне удастся очень значительно уменьшить высоту требуемых сейчас терминалов, и с этой целью я развиваю идею, которая обещает такую реализацию. Конечно, существует распространенное предубеждение против использования электрического напряжения в миллионы вольт, которое может вызвать разлет искр на расстояния в сотни футов, но, как это ни парадоксально, система, как я описал ее в технической публикации, обеспечивает большую личную безопасность, чем большинство обычных распределительных цепей, используемых сейчас в городах. В какой-то мере это подтверждается тем фактом, что, хотя я проводил подобные эксперименты в течение ряда лет, ни я, ни кто-либо из моих ассистентов не пострадал.

Но для практического внедрения системы все еще необходимо выполнить ряд существенных требований. Недостаточно разработать устройства, с помощью которых может быть осуществлена такая передача. Оборудование должно быть таким, чтобы позволять преобразовывать и передавать электрическую энергию в условиях высокой экономичности и практичности. Кроме того, тем, кто занимается промышленной эксплуатацией природных источников энергии, таких как водопады, должен быть предложен стимул, гарантирующий большую отдачу от вложенного капитала, чем они могут обеспечить за счет местного развития собственности.

С того момента, когда было замечено, что, вопреки устоявшемуся мнению, низкие и легкодоступные слои атмосферы способны проводить электричество, передача электрической энергии без проводов стала рациональной задачей инженера, превосходящей по важности все остальные. Его практическое воплощение означало бы, что энергия была бы доступна для использования человеком в любой точке земного шара, причем не в небольших количествах, которые можно было бы получать из окружающей среды с помощью подходящего оборудования, а в количествах практически неограниченных, из водопадов. Экспорт электроэнергии тогда стал бы основным источником дохода для многих благополучно расположенных стран, таких как Соединенные Штаты, Канада, Центральная и Южная Америка, Швейцария и Швеция. Люди могли бы расселиться повсюду, без особых усилий удобрять и орошать почву и превратить бесплодные пустыни в сады, и таким образом весь земной шар мог бы быть преобразован и превращен в более подходящую обитель для человечества. Весьма вероятно, что если на Марсе есть разумные существа, то они давным-давно осознали именно эту идею, которая могла бы объяснить изменения на его поверхности, отмеченные астрономами. Атмосфера на этой планете имеет значительно меньшую плотность, чем у земли, что значительно упростило бы задачу.

Вполне вероятно, что вскоре у нас будет самодействующий тепловойдвигатель, способный извлекать умеренное количество энергии из окружающей среды. Существует также вероятность — хотя и небольшая, — что мы сможем получать электрическую энергию непосредственно от солнца. Это могло бы быть так, если верна теория Максвелла, согласно которой электрические колебания всех скоростей должны исходить от солнца. Я все еще исследую этот предмет. Сэр Уильям Крукс показал в своем прекрасном изобретении, известном как “радиометр”, что лучи могут производить при ударе механический эффект, и это может привести к некоторому важному открытию относительно использования солнечных лучей новыми способами. Могут быть открыты другие источники энергии и открыты новые методы получения энергии от солнца, но ни одно из этих или подобных достижений не сравнится по важности с передачей энергии на любое расстояние через среду. Я не могу представить себе никакого технического прогресса, который способствовал бы объединению различных элементов человечества более эффективно, чем этот, или такого, который бы в большей степени увеличивал и экономил человеческую энергию. Это было бы лучшим средством увеличения силы, ускоряющей человеческую массу. Простое моральное влияние такого радикального отклонения было бы неисчислимым. С другой стороны, если в любой точке земного шара энергию можно будет получать в ограниченных количествах из окружающей среды с помощью самодействующего теплового двигателя или иным способом, условия останутся такими же, как и раньше. Производительность труда людей повысится, но мужчины останутся такими же чужими, какими они были.

Я предвижу, что многие, неподготовленные к этим результатам, которые благодаря долгому знакомству кажутся мне простыми и очевидными, сочтут их все еще далекими от практического применения. Такая сдержанность и даже противодействие некоторых является таким же полезным качеством и таким же необходимым элементом человеческого прогресса, как быстрая восприимчивость и энтузиазм других. Таким образом, масса, которая сначала сопротивляется силе, будучи приведена в движение, увеличивает энергию. Человек науки не стремится к немедленному результату. Он не ожидает, что его передовые идеи будут с готовностью восприняты. Его работа подобна работе плантатора - для будущего. Его долг - заложить фундамент для тех, кто придет, и указать путь. Он живет, трудится и надеется вместе с поэтом, который говорит:

Schaff’ das Tagwerk meiner Hände,

Hohes Glück, dass ich’s vollende!

Lass, o lass mich nicht ermatten!

Nein, es sind nicht leere Träume:

Jetzt nur Stangen, diese Bäume

Geben einst noch Frucht und Schatten.*

________________

* “Ежедневная работа, которой заняты мои руки, / Выполнять которую - чистое наслаждение! / Позволь, о, позволь мне никогда не колебаться! /Нет! нет пустых мечтаний: /Смотри! эти деревья, кажущиеся лишь голыми столбами, / Все же принесут и плоды, и укрытие!” “Надежда” Гете. Перевод Уильяма Гибсона, ком. США

Изобретения,

Исследования и труды

Никола Тесла

ТОМАС КОММЕРФОРД МАРТИН

ПРЕДИСЛОВИЕ

_______________

Проблемы с электричеством в наши дни заключаются в значительной степени в экономичной передаче энергии и в радикальном совершенствовании средств и методов освещения. Многим работникам и мыслителям в области электрических изобретений знакомые аппараты и девайсы кажутся громоздкими и расточительными, а также подверженными серьезным ограничениям. Они считают, что принципы текущего производства должны быть изменены, площадь электроснабжения должна быть увеличена, а приборы, используемые потребителем, должны быть сразу удешевлены и упрощены. Блестящие успехи прошлого оправдывают их ожидания еще более щедрых результатов.

Настоящий том представляет собой простой отчет о новаторской работе, проделанной в таких отделах на сегодняшний день мистером Николой Теслой, в котором мир уже признал одного из выдающихся современных исследователей и изобретателей в области электротехники. Здесь не было предпринято никаких попыток подчеркнуть важность его исследований и открытий. Великие идеи и настоящие изобретения побеждают сами по себе, определяя свое место по внутренним достоинствам. Но с убежденностью в том, что мистер Тесла прокладывает путь, по которому развитие электротехники должно идти еще много лет, составитель попытался собрать воедино все, что несет на себе отпечаток гения мистера Теслы и достойно сохранения. Помимо своей ценности как свидетельство размаха его изобретений, этот том может быть полезен как указание на размах его мысли. Изучение стремления и игры энергичного и оригинального ума приносит интеллектуальную пользу.

Хотя живой интерес публики к работе мистера Теслы, возможно, возрос в последнее время, этот том охватывает результаты полных десяти лет. Он включает в себя его лекции, различные статьи [Стр. vi] и обсуждения, а также отмечает все его известные на сегодняшний день изобретения, особенно те, которые касаются многофазных двигателей и эффектов, получаемых при использовании токов высокого потенциала и высокой частоты. Будет видно, что мистер Тесла всегда продвигался вперед, едва останавливаясь на мгновение, чтобы детально проработать применение новых принципов, которые он разъяснил, которые сразу же стали для него очевидными. Везде, где это было возможно, использовался его собственный язык.

Можно добавить, что этот том выпущен с санкции и одобрения мистера Теслы, и что было получено разрешение на повторную публикацию в нем таких статей, которые были прочитаны в различных технических обществах этой страны и Европы. Мистер Тесла любезно оказал автору услугу, просмотрев корректурные листы разделов, отражающих его последние исследования. Работа также подверглась тщательной доработке со стороны друга автора и сотрудника редакции г-на Джозефа Ветцлера, через руки которого прошли все корректуры.

Декабрь 1893 года.

Часть I

Многофазные токи

ГЛАВА I

_______________

БИОГРАФИЧЕСКИЕ И ВВОДНЫЕ ДАННЫЕ

В качестве введения к содержащемуся в этом томе отчету об исследованиях и открытиях мистера Теслы, несколько слов биографического характера, как считается, будут уместны и только приветствуются.

Никола Тесла родился в 1857 году в Смиляне, Лика, пограничном регионе Австро-Венгрии, в сербской расе, которая вела против Турции и всех желающих столь непрестанную борьбу за свободу. Его семья - древняя и представительная среди этих швейцарцев Восточной Европы, а его отец был красноречивым священнослужителем Греческой церкви. Дядя сегодня является митрополитом Боснии. Его мать была женщиной с унаследованной изобретательностью и получала удовольствие не только от умелой работы обычного домашнего характера, но и от изготовления таких механических приспособлений, как ткацкие станки, маслобойки и другие механизмы, необходимые в сельской общине. Никола учился в Госпиче в государственной школе в течение четырех лет, а затем провел три года в Реальной школе. Затем его отправили в Карштат, Хорватия, где он в течение трех лет продолжал учебу в Высшей реальной школе. Там он впервые увидел паровоз. Он окончил университет в 1873 году и, пережив приступ холеры, посвятил себя экспериментам, особенно в области электричества и магнетизма. Его отец хотел, чтобы он поддержал семейную традицию, вступив в Церковь, но врожденный гений был слишком силен, и ему разрешили поступить в Политехническую школу в Граце, закончить учебу и стать профессором математики и физики. Одной из машин, с которыми там экспериментировали, была динамо-машина Грамма, используемая в качестве двигателя. Несмотря на прекрасную демонстрацию его инструктором того факта, что невозможно управлять динамо-машиной без коллектора или щеток, мистер Тесла не мог быть убежден в необходимости или желательности таких принадлежностей. Он уже интуитивно понял, что можно найти способ обойтись без них; и с этого времени он, можно сказать, начал работать над идеями, которые в конечном итоге привели к появлению его полевых вращающихся двигателей.

На втором году обучения в Гратце мистер Тесла отказался от мысли стать учителем и приступил к изучению инженерной программы. Его учеба закончилась, он вернулся домой как раз вовремя, чтобы увидеть смерть своего отца, а затем отправился в Прагу и Буда-Пешт изучать языки, с целью получить широкую квалификацию для работы инженером. Короткое время он служил помощником в правительственном телеграфном инженерном отделе, а затем стал связан с М. Пушкашем, личным другом семьи, и другими эксплуататорами телефонной связи в Венгрии. Он сделал ряд телефонных изобретений, но обнаружил, что его возможности извлечь из них выгоду по-разному ограничены. Чтобы получить более широкое поле деятельности, он отправился в Париж и там устроился инженером-электриком в одну из крупных компаний новой отрасли электрического освещения.

Именно в этот период, и уже в 1882 году, он начал серьезные и продолжительные усилия по воплощению принципа вращающегося поля в действующих аппаратах. Он отнесся к этому с энтузиазмом; считал, что это знаменует собой новый шаг в электротехническом искусстве, и не мог думать ни о чем другом. Фактически, если бы не просьбы нескольких друзей в коммерческих кругах, которые убедили его создать компанию для использования изобретения, мистер Тесла, в то время юноша с небольшим житейским опытом, искал бы немедленную возможность опубликовать свои идеи, полагая, что они заслуживают внимания как новый и радикальный шаг в теории электричества, а также им суждено оказать глубокое влияние на все динамо-электрические машины.

В конце концов он решил, что лучше всего попытать счастья в Америке. Во Франции он познакомился со многими американцами и, общаясь с ними, убедился в желательности практического применения каждой новой идеи в области электричества. Он узнал также о том, что в Соединенных Штатах всегда поощряют любого изобретателя, который может достичь какого-нибудь нового и ценного результата. Решение было принято с характерной для него быстротой, и, отказавшись от всех своих надежд в Европе, он сразу же повернулся лицом на запад.

Прибыв в Соединенные Штаты, мистер Тесла снял пальто в тот же день, как прибыл, на завод Эдисона. Это место было целью его честолюбия, и можно легко представить, какую пользу и стимул принесло общение с мистером Эдисоном, которым мистер Тесла всегда испытывал сильнейшее восхищение. Однако было невозможно, чтобы мистер Тесла, которому предстояло воплощать в жизнь свои собственные идеи и разрабатывать собственные изобретения, мог долго оставаться даже на самой приятной работе; и поскольку его работа теперь привлекала внимание, он покинул ряды Edison, чтобы присоединиться к компании, намеревавшейся производить и продавать дуговую осветительную систему, основанную на некоторых из его изобретений в этой области техники. С непрестанным усердием он довел систему до совершенства и вывел ее на рынок. Но тем, что больше всего занимало его время и мысли на протяжении всего этого периода, было его давнее открытие принципа вращающегося поля для работы на переменном токе и его применение в двигателях, которые теперь стали известны во всем мире.

Какими бы сильными ни были его убеждения по этому вопросу в то время, факт остается фактом: он был очень одинок, поскольку переменный ток не имел общепризнанного места. Мало кто из инженеров-электриков когда-либо пользовался им, и большинство из них были совершенно незнакомы с его ценностью или даже с его основными характеристиками. Даже сам мистер Тесла, только после длительных усилий и экспериментов, узнал, как сконструировать аппарат переменного тока достаточной эффективности. Но то, что он достиг своей цели, показали испытания профессора Дж. Энтони, сделанный зимой 1887-8 годов, когда Tesla motors в руках этого выдающегося эксперта давала КПД, равный КПД двигателей постоянного тока. Теперь ничто не стояло на пути коммерческой разработки и внедрения таких двигателей, за исключением того, что они должны были быть сконструированы с расчетом на работу по существовавшим тогда схемам, которые в этой стране были высокочастотными.

Первой полной публикацией его работы в этом направлении — помимо его патентов — был доклад, прочитанный в Американском институте инженеров-электриков в Нью-Йорке в мае 1888 г. (прочитан по предложению проф. Дж. Энтони и нынешний автор), когда он продемонстрировал двигатели, которые были в эксплуатации задолго до этого и с которыми его вера в то, что без щеток и коллекторов можно обойтись, была триумфально подтверждена. Раздел этого тома, посвященный изобретениям мистера Теслы в области использования многофазных токов, покажет, насколько тщательно с самого начала он овладел фундаментальной идеей и применял ее самыми разнообразными способами.

В течение многих лет отмечая многочисленные преимущества, получаемые при использовании переменного тока, мистер Тесла, естественно, начал экспериментировать с ними при более высоких потенциалах и частотах, чем это было принято или одобрено. Постоянно стремясь определить хотя бы в малейшей степени очертания неизвестного, он очень быстро был вознагражден в этой области результатами самого удивительного характера. Небольшое знакомство с некоторыми из этих экспериментов побудило составителя этого тома убедить мистера Теслу повторить их перед Американским институтом инженеров-электриков. Это было сделано в мае 1891 года в лекции, которая, вне всякого сомнения, ознаменовала явный отход в теории и практике электротехники и все результаты которой еще не стали полностью очевидны. Нью-Йоркская лекция и два ее продолжения также включены в этот том с несколькими дополнительными примечаниями.

Работа мистера Теслы выходит далеко за рамки обширных областей многофазных токов и освещения с высоким потенциалом. Раздел “Разное” этого тома включает множество других изобретений в области дугового освещения, трансформаторов, пиромагнитных генераторов, термомагнитных двигателей, регулирования третьей щетки, усовершенствований динамо-машин, новых форм ламп накаливания, электросчетчиков, конденсаторов, униполярных динамо-машин, преобразования переменного тока в постоянный и т.д. Излишне говорить, что в данный момент мистер Тесла занят рядом интересных идей и изобретений, которые со временем будут обнародованы. Настоящий том просто посвящен его работе, проделанной на сегодняшний день.

ГЛАВА II

_______________

НОВАЯ СИСТЕМА ЧЕРЕДОВАНИЯ

ДВИГАТЕЛИ И ТРАНСФОРМАТОРЫ ТОКА

Настоящий раздел этого тома посвящен многофазным токам и ставшим известными к настоящему времени изобретениям мистера Теслы, в которых он воплотил ту или иную особенность широкого принципа вращения полюсов поля или результирующего притяжения, оказываемого на якорь. Нет необходимости напоминать электрикам о большом интересе, вызванном первым изложением принципа вращающегося поля, или подробно останавливаться на важности перехода от одного переменного тока к методам и устройствам, которые работают с несколькими токами. Просто предваряя предпринятое здесь рассмотрение предмета замечанием о том, что ни в коем случае не является предметом этой книги полемического или противоречивого характера, можно указать, что работа мистера Теслы вообще не была полностью понята или реализована на сегодняшний день. Считается, что для многих читателей анализ того, что он сделал в этом отделе, станет откровением, в то же время он проиллюстрирует прекрасную гибкость и диапазон используемых принципов. Будет видно, что, как только что было высказано предположение, мистер Тесла не остановился на простом вращающемся поле, но широко рассмотрел изменение результирующего притяжения магнитов. Будет видно, что он продолжал развивать “многофазную” систему со многими разветвлениями и витками; что он показал широкую идею двигателей, использующих токи разной фазы в якоре с постоянными токами в полевых условиях; что он впервые описал и разработал идею якоря с железным корпусом и замкнутыми на себя катушками; что он разработал как синхронизирующие, так и моментные двигатели; что он объяснил и проиллюстрировал, как машины обычной конструкции могут быть адаптированы к его системе; что он использовал конденсаторы в полевых условиях и в цепях якоря и дошел до сути фундаментальных принципов, тестируя, одобряя или дополняя их. отвергая, казалось бы, все детали, до которых могла додуматься изобретательская смекалка.

Теперь, когда мнение так решительно склоняется в пользу более низких частот, заслуживает особого внимания тот факт, что мистер Тесла рано осознал важность низкочастотных характеристик в работе двигателя. Фактически, его первые двигатели были выставлены публично — и которые, как сказал проф. Энтони показал в своих испытаниях зимой 1887-8 годов, что они равны двигателям постоянного тока по КПД, мощности и пусковому моменту — были низкочастотного типа. Однако из-за возникающей необходимости использовать эти двигатели в сочетании с существующими высокочастотными цепями наш обзор интересным образом показывает изобилие ресурсов мистера Теслы в этом направлении. Но то, что, исчерпав все возможности в этой области, мистер Тесла возвращается к низким частотам и настаивает на превосходстве своей многофазной системы в распределении переменного тока, нисколько не должно нас удивлять, учитывая силу его убеждений, столь часто высказываемых по этому вопросу. Это действительно важно и может рассматриваться как указание на вероятное развитие событий, свидетелями которого мы станем в следующий раз.

Было сделано случайное упоминание об эффективности полевых вращающихся двигателей, что является вопросом большой важности, хотя останавливаться на нем здесь не было намерением. Проф. Энтони в своем выступлении перед Американским институтом инженеров-электриков в мае 1888 года по поводу двух показанных тогда небольших двигателей Теслы, которые он тестировал, заявил, что один давал КПД около 50 процентов, а другой - чуть более шестидесяти процентов. В 1889 году из Питтсбурга поступили сообщения о некоторых испытаниях, проведенных мистером Теслой и мистером Альбертом Шмидом, на двигателях мощностью до 10 л.с. и весом около 850 фунтов. Эти машины показали КПД почти в 90 процентов. Затем было установлено, что с некоторыми двигателями большего размера КПД при использовании трехпроводной системы может достигать 94 и 95 процентов. Эти интересные цифры, которые, конечно, могли бы быть дополнены другими, более подробными и более поздними, приведены для того, чтобы показать, что эффективность системы не заставила себя ждать до сегодняшнего дня, пока не будет продемонстрирована ее коммерческая полезность. Изобретение не становится менее красивым из-за того, что ему может не хватать полезности, но любому изобретателю должно быть приятно сознавать, что идеи, которые он продвигает, таят в себе существенную пользу для общества.

ГЛАВА III

_______________

ВРАЩАЮЩЕЕСЯ МАГНИТНОЕ ПОЛЕ ТЕСЛЫ—

ДВИГАТЕЛИ С ЗАМКНУТЫМИ ПРОВОДНИКАМИ—

СИНХРОНИЗИРУЮЩИЕ ДВИГАТЕЛИ—

ТРАНСФОРМАТОРЫ ВРАЩАЮЩЕГОСЯ ПОЛЯ

Лучшее описание, которое можно дать о том, что он пытался и в чем преуспел с вращающимся магнитным полем, можно найти в краткой статье мистера Теслы, объясняющей его вращающийся ток "многофазная система“, прочитанной в Американском институте инженеров-электриков в Нью-Йорке в мае 1888 года под названием ”Новая система двигателей и трансформаторов переменного тока". На самом деле, как установит прочтение статьи, мистер Тесла не делал в этой статье никаких попыток описать всю свою работу. На самом деле в нем рассматривались несколько тем, перечисленных в заголовке этой главы. Сдержанность мистера Теслы, без сомнения, была в значительной степени обусловлена тем фактом, что его действиями руководили пожелания других людей, с которыми он был связан, но, возможно, стоит упомянуть, что составителю этого тома, который видел работающие двигатели и который в то время был председателем Институтского комитета по документам и собраниям, было очень трудно убедить мистера Теслу предоставить Институту вообще какой—либо документ. мистер Тесла был перегружен работой и болен, и проявлял величайшее нежелание демонстрировать свои двигатели, но его возражения были на уровне последнее преодоление. Документ был написан накануне встречи карандашом, очень поспешно и под давлением, о котором только что говорилось.

В этой статье была сделана случайная ссылка на две особые формы двигателей, не входящие в рассматриваемую группу. Этими двумя формами были: 1. Двигатель, одна из цепей которого была подключена последовательно с трансформатором, а другая - во вторичной обмотке трансформатора. 2. Двигатель, цепь якоря которого подключена к генератору, а катушки возбуждения замкнуты сами на себя. Суть статьи заключается в следующем, в ней рассматриваются несколько основных характеристик системы Tesla, а именно вращающееся магнитное поле, двигатели с замкнутыми проводниками, синхронизирующие двигатели и трансформаторы вращающегося поля:

Предмет, на который я сейчас имею удовольствие обратить ваше внимание, - это новая система электрического распределения и передачи энергии с помощью переменных токов, дающая особые преимущества, особенно в отношении двигателей, которые, я уверен, сразу же продемонстрируют превосходную приспособляемость этих токов к передаче энергии и покажут, что многие результаты, ранее недостижимые, могут быть достигнуты с их использованием; результаты, которые очень желательны при практической эксплуатации таких систем и которые не могут быть достигнуты с помощью постоянных токов.

Прежде чем перейти к подробному описанию этой системы, я считаю необходимым сделать несколько замечаний относительно определенных условий, существующих в генераторах постоянного тока и двигателях, которые, хотя и общеизвестны, часто игнорируются.

Хорошо известно, что в наших динамо-машинах мы генерируем переменный ток, который направляем с помощью коммутатора, сложного устройства и, можно справедливо сказать, источника большинства проблем, возникающих при эксплуатации машин. Теперь токи, направленные таким образом, не могут быть использованы в двигателе, но они должны — опять же с помощью аналогичного ненадежного устройства — быть преобразованы в исходное состояние переменного тока. Функция коммутатора полностью внешняя, и он никоим образом не влияет на внутреннюю работу машин. Таким образом, в действительности все машины являются машинами переменного тока, причем токи проявляются как непрерывные только во внешней цепи во время их прохождения от генератора к двигателю. Просто ввиду этого факта переменные токи зарекомендовали бы себя как более прямое применение электрической энергии, и использование постоянных токов было бы оправдано только в том случае, если бы у нас были динамо-машины, которые в первую очередь вырабатывали бы такие токи, и двигатели, которые приводились бы в действие непосредственно такими токами.

Но работа коммутатора на двигателе двоякая; во-первых, он обращает токи через двигатель вспять, и, во-вторых, он автоматически производит постепенное смещение полюсов одной из его магнитных составляющих. Следовательно, предполагая, что обе бесполезные операции в системах, то есть направление переменного тока на генератор и реверсирование постоянного тока на двигатель, будут устранены, все равно было бы необходимо, чтобы вызвать вращение двигателя, производить постепенное смещение полюсов одного из его элементов, и возник вопрос — как выполнить эту операцию с помощью прямого действия переменного тока? Теперь я продолжу показывать, как был достигнут этот результат.

В первом эксперименте барабан-якорь был снабжен двумя катушками, расположенными под прямым углом друг к другу, и концы этих катушек были подсоединены к двум парам изолированных контактных колец, как обычно. Затем было изготовлено кольцо из тонких изолированных пластин листового железа и намотано четырьмя витками, причем каждые два противоположных витка были соединены вместе таким образом, чтобы образовались свободные полюса на диаметрально противоположных сторонах кольца. Оставшиеся свободными концы катушек затем были подсоединены к контактным кольцам якоря генератора таким образом, чтобы образовать две независимые цепи, как показано на рис. 9. Теперь можно видеть, какие результаты были достигнуты в этой комбинации, и с этой точки зрения я хотел бы обратиться к диаграммам, рис. 1-8а. Поскольку поле генератора возбуждается независимо, вращение якоря создает токи в катушках C C1, изменяющиеся по силе и направлению хорошо известным образом. В положении, показанном на рис. 1, ток в катушке C равен нулю, в то время как по катушке C1 проходит максимальный ток, и соединения могут быть такими, что кольцо намагничивается катушками c1 c1, как указано буквами Ns на рис. 1a, при этом эффект намагничивания катушек cc равен нулю, поскольку эти катушки включены в цепь катушки C.


РИС. 1.


РИС. 1а.

На рис. 2 катушки якоря показаны в более продвинутом положении, завершается одна восьмая оборота. Рис. 2а иллюстрирует соответствующее магнитное состояние кольца. В этот момент катушка C1 генерирует ток того же направления, что и ранее, но слабее, создавая полюса n1 s1 на кольце; катушка C также генерирует ток того же направления, и соединения могут быть такими, что катушки cc создают полюса ns, как показано на рис. 2a. Результирующая полярность обозначается буквами Ns, и можно заметить, что полюса кольца сдвинуты на одну восьмую от его периферии.


РИС. 2.


РИС. 2а.

На рис. 3 якорь совершил четверть оборота. В этой фазе ток в катушке C максимален и имеет такое направление, что образует полюса Ns на рис. 3a, тогда как ток в катушке C1 равен нулю, поскольку эта катушка находится в нейтральном положении. Таким образом, полюса Ns на рис. 3а смещены на четверть окружности кольца.


РИС. 3.


РИС. 3а.

На рис. 4 показаны катушки Cc в еще более продвинутом положении, якорь совершил три восьмых одного оборота. В этот момент катушка с все еще генерирует ток того же направления, что и раньше, но меньшей силы, создавая сравнительно более слабые полюса ns на рис. 4а. Ток в катушке С1 имеет ту же силу, но противоположного направления. Следовательно, его эффект заключается в том, что на кольце образуются полюса n1 s1, как указано, и получается полярность Ns, при этом полюса теперь смещаются на три восьмых периферии кольца.


РИС. 4.


РИС. 4а.

На рис. 5 завершена половина оборота якоря, и результирующее магнитное состояние кольца показано на рис. 5а. Теперь ток в катушке C равен нулю, в то время как катушка C1 выдает максимальный ток, который имеет то же направление, что и ранее; следовательно, эффект намагничивания обусловлен только катушками c1 c1, и, обращаясь к рис. 5a, можно заметить, что полюса Ns смещены на половину окружности кольца. Во время следующего полуоборота операции повторяются, как показано на рис. 6-8а.


РИС. 5.


РИС. 5а.


РИС. 6.


РИС. 6а.


РИС. 7.


РИС. 7а.


РИС. 8.


РИС. 8а.

Ссылка на диаграммы прояснит, что за один оборот якоря полюса кольца смещаются один раз по его периферии, и, поскольку каждый оборот производит аналогичные эффекты, результатом является быстрое вращение полюсов в гармонии с вращением якоря. Если соединения любой из цепей в кольце поменяны местами, смещение полюсов происходит в противоположном направлении, но операция остается практически такой же. Вместо использования четырех проводов с аналогичным результатом можно использовать три провода, один из которых образует общий возврат для обеих цепей.

Это вращение или кружение полюсов проявляется в ряде любопытных явлений. Если поднести к кольцу диск из стали или другого магнитного металла с изящным поворотом, он начинает быстро вращаться, причем направление вращения меняется в зависимости от положения диска. Например, отметив направление снаружи кольца, можно обнаружить, что внутри кольца оно поворачивается в противоположном направлении, в то время как на него это не влияет, если поместить его в положение, симметричное кольцу. Это легко объясняется. Каждый раз, когда приближается полюс, он индуцирует противоположный полюс в ближайшей точке диска, и в этой точке создается притяжение; вследствие этого, когда полюс смещается дальше от диска, на него оказывается тангенциальное притяжение, и, поскольку действие постоянно повторяется, результатом является более или менее быстрое вращение диска. Поскольку усилие воздействует в основном на ту часть, которая находится ближе всего к кольцу, вращение снаружи и внутри, или вправо и влево, соответственно, происходит в противоположных направлениях, рис. 9. При размещении диска симметрично кольцу, при равном усилии натяжения на противоположных сторонах диска вращение не происходит. Действие основано на магнитной инерции железа; по этой причине диск из твердой стали подвергается гораздо большему воздействию, чем диск из мягкого железа, поскольку последнее способно к очень быстрым изменениям магнетизма. Такой диск оказался очень полезным инструментом во всех этих исследованиях, поскольку он позволил мне обнаружить любую неправильность в действии. Любопытный эффект также оказывается на железные опилки. Помещая несколько штук на бумагу и удерживая их снаружи довольно близко к кольцу, они приходят в вибрирующее движение, оставаясь на том же месте, хотя бумагу можно перемещать взад и вперед; но при поднятии бумаги на определенную высоту, которая, по-видимому, зависит от интенсивности полюсов и скорости вращения, они выбрасываются в направлении, всегда противоположном предполагаемому движению полюсов. Если бумагу с опилками положить плашмя на кольцо и внезапно включить ток, то можно легко заметить наличие магнитного вихря.


РИС. 9.

Чтобы продемонстрировать полную аналогию между кольцом и вращающимся магнитом, электромагнит с сильным напряжением вращался с помощью механической силы, и наблюдались явления, во всех деталях идентичные упомянутым выше.

Очевидно, что вращение полюсов производит соответствующие индуктивные эффекты и может использоваться для генерации токов в замкнутом проводнике, находящемся в пределах влияния полюсов. Для этой цели удобно намотать кольцо с двумя наборами наложенных друг на друга катушек, образующих соответственно первичный и вторичный контуры, как показано на рис. 10. Для обеспечения наиболее экономичных результатов магнитная цепь должна быть полностью замкнута, и с учетом этой цели конструкция может быть изменена по желанию.


РИС. 10.

Индуктивный эффект, оказываемый на вторичные катушки, будет в основном обусловлен смещением магнитного поля; но могут также возникать токи в цепях вследствие изменений интенсивности полюсов. Однако, правильно спроектировав генератор и определив намагничивающий эффект первичных катушек, можно добиться исчезновения последнего элемента. При постоянном напряжении полюсов работа устройства будет совершенной, и будет обеспечен тот же результат, как если бы переключение производилось с помощью коммутатора с бесконечным количеством стержней. В таком случае теоретическая связь между возбуждающим эффектом каждого набора первичных катушек и их результирующим намагничивающим эффектом может быть выражена уравнением окружности, центр которой совпадает с центром ортогональной системы осей, и в которой радиус представляет результирующую величину и координаты обеих ее составляющих. Тогда это соответственно синус и косинус угла a между радиусом и одной из осей (Ox). Ссылаясь на рис. 11, мы имеем r2 = x2 + y2; где x = r cos a, а y = r sin a.


РИС. 11.

Предполагая, что эффект намагничивания каждого набора катушек в трансформаторе пропорционален току — что может быть допущено при слабых степенях намагничивания, — тогда x = Kc и y = kc1, где K - постоянная величина, а c и c1 - ток в обоих наборах катушек соответственно. Предположив, далее, что поле генератора однородно, мы имеем при постоянной скорости c1 = K1 sin a и c = K1 sin (90 ° + a) = K1 cos a, где K1 - постоянная величина. См. рис. 12.

Следовательно, x = K c = K K1 cos a;

y = K c1 = K K1 sin a; и

K K1 = r.


РИС. 12.

То есть для однородного поля расположение двух катушек под прямым углом обеспечит теоретический результат, а интенсивность смещающихся полюсов будет постоянной. Но из r2 = x2 + y2 следует, что при y = 0 r = x; отсюда следует, что совместный эффект намагничивания обоих наборов катушек должен быть равен эффекту одного набора при его максимальном действии. В трансформаторах и в двигателях определенного класса колебания полюсов не имеют большого значения, но в другом классе этих двигателей желательно получить теоретический результат.

При применении этого принципа к конструкции двигателей были разработаны две типичные формы двигателей. Во-первых, форма, имеющая сравнительно небольшое вращательное усилие при старте, но поддерживающая совершенно равномерную скорость при всех нагрузках, двигатель которой был назван синхронным. Во-вторых, форма, обладающая большим усилием вращения при старте, скорость которого зависит от нагрузки.

Эти двигатели могут работать тремя различными способами: 1. Только за счет переменного тока источника. 2. За счет комбинированного действия этих и индуцированных токов. 3. За счет совместного действия переменного и постоянного токов.

Простейшая форма синхронного двигателя получается путем намотки слоистого кольца, снабженного полюсными выступами, на четыре катушки и соединения их указанным выше способом. В качестве якоря можно использовать железный диск с отрезанными сегментами с каждой стороны. Такой двигатель показан на рис. 9. Поскольку диск расположен с возможностью свободного вращения внутри кольца в непосредственной близости от выступов, очевидно, что при смещении полюсов он, благодаря своей тенденции занимать такое положение, чтобы охватывать наибольшее количество силовых линий, будет точно следовать за движением полюсов, и его движение будет синхронным с движением якоря генератора; то есть в особом расположении, показанном на рис. 9, при котором якорь за один оборот производит два импульса тока в каждой из цепей. Очевидно, что если при одном обороте якоря вырабатывается большее количество импульсов, то скорость двигателя соответственно увеличивается. Учитывая, что притяжение, оказываемое на диск, является наибольшим, когда он находится в непосредственной близости от полюсов, из этого следует, что такой двигатель будет поддерживать точно такую же скорость при всех нагрузках в пределах своей мощности.

Для облегчения запуска диск может быть снабжен замкнутой на себя катушкой. Преимущество, обеспечиваемое такой катушкой, очевидно. При запуске токи, возникающие в катушке, сильно возбуждают диск и увеличивают притяжение, оказываемое на него кольцом, и, поскольку в катушке генерируются токи до тех пор, пока частота вращения якоря ниже частоты вращения полюсов, такой двигатель может выполнять значительную работу, даже если частота вращения ниже нормальной. При постоянной интенсивности полюсов в катушке не будет генерироваться ток при вращении двигателя с нормальной скоростью.

Вместо замыкания катушки на саму себя ее концы могут быть соединены с двумя изолированными скользящими кольцами, и к ним может подаваться постоянный ток от подходящего генератора. Правильный способ запустить такой двигатель - замкнуть катушку на себя до тех пор, пока не будет достигнута нормальная скорость или почти такая, а затем включить постоянный ток. Если диск находится под очень сильным напряжением постоянного тока, двигатель может не запуститься, но если он находится под напряжением слабо или вообще так, что намагничивающий эффект кольца преобладает, он запустится и достигнет нормальной скорости. Такой двигатель будет поддерживать абсолютно одинаковую скорость при любых нагрузках. Также было обнаружено, что если движущая сила генератора не является чрезмерной, то при проверке двигателя частота вращения генератора уменьшается синхронно с частотой вращения двигателя. Характерной чертой двигателя этой формы является то, что его нельзя реверсировать путем реверсирования постоянного тока через катушку.

Синхронность этих двигателей может быть продемонстрирована экспериментально различными способами. Для этой цели лучше всего использовать двигатель, состоящий из неподвижного возбуждающего магнита и якоря, расположенного с возможностью вращения внутри него, как показано на рис. 13. В этом случае смещение полюсов якоря вызывает вращение последнего в противоположном направлении. Из этого следует, что при достижении нормальной скорости полюса якоря принимают фиксированное положение относительно возбуждающего магнита, и он намагничивается индуктивно, образуя отдельный полюс на каждом из полюсных наконечников. Если поднести кусок мягкого железа к магниту возбуждения, он вначале будет притягиваться быстрыми вибрирующими движениями, создаваемыми сменой полярности магнита, но по мере увеличения скорости вращения якоря вибрации становятся все менее и менее частыми и, наконец, полностью прекращаются. Затем железо слабо, но постоянно притягивается, показывая, что достигается синхронность и полевой магнит получает индукционное питание.


РИС. 13.

Диск также можно использовать для эксперимента. Если держать его достаточно близко к якорю, он будет вращаться до тех пор, пока скорость вращения полюсов превышает скорость вращения якоря; но когда достигается нормальная скорость или очень близкая к ней, он перестает вращаться и постоянно притягивается.

Проводится грубый, но показательный эксперимент с лампой накаливания. При включении лампы в цепь с генератором постоянного тока и последовательно с магнитной катушкой наблюдаются быстрые колебания света из-за индуцированных токов, возникающих в катушке при запуске; с увеличением скорости колебания происходят с более длительными интервалами, пока они полностью не исчезнут, показывая, что двигатель достиг своей нормальной скорости. Телефонная трубка представляет собой наиболее чувствительный прибор; при подключении к любой цепи двигателя синхронность можно легко обнаружить по исчезновению индуцированных токов.

В двигателях синхронного типа желательно поддерживать величину смещающего магнетизма постоянной, особенно если магниты разделены неправильно.

Получение вращательного усилия в этих двигателях было предметом долгих размышлений. Чтобы обеспечить этот результат, необходимо было сделать такое расположение, чтобы, в то время как полюса одного элемента двигателя смещались переменными токами источника, полюса, создаваемые на других элементах, всегда поддерживались в надлежащем отношении к первому, независимо от частоты вращения двигателя. Такое условие существует в двигателе постоянного тока; но в синхронном двигателе, подобном описанному, это условие выполняется только при нормальной частоте вращения.

Цель была достигнута путем размещения внутри кольца должным образом разделенного цилиндрического железного сердечника, намотанного на несколько независимых витков, замкнутых друг на друга. Двух витков, расположенных под прямым углом, как показано на рис. 14, достаточно, но с преимуществом можно использовать большее их количество. Из такого расположения следует, что при смещении полюсов кольца в замкнутых катушках якоря генерируются токи. Эти токи наиболее интенсивны в точках наибольшей плотности силовых линий или вблизи них, и их эффект заключается в образовании полюсов на якоре под прямым углом к полюсам кольца, по крайней мере теоретически; и поскольку это действие полностью не зависит от скорости, то есть от расположения полюсов, на периферию якоря оказывается непрерывное притяжение. Во многих отношениях эти двигатели аналогичны двигателям постоянного тока. При включении нагрузки скорость, а также сопротивление двигателя уменьшаются, и через питающие катушки пропускается больший ток, что увеличивает усилие. При снятии нагрузки противодействующая электродвижущая сила увеличивается, и через первичную обмотку или питающие катушки проходит меньший ток. Без какой-либо нагрузки скорость очень близка к скорости смещения полюсов возбуждающего магнита.


РИС. 14.

Будет обнаружено, что вращательное усилие в этих двигателях полностью равно усилию вращения двигателей постоянного тока. Усилие кажется наибольшим, когда и якорь, и возбуждающий магнит не имеют никаких выступов; но поскольку при таком расположении поле не может быть сконцентрировано, вероятно, наилучшие результаты будут получены, если оставить выступы полюсов только на одном из элементов. В целом, можно утверждать, что выступы уменьшают крутящий момент и создают тенденцию к синхронности.

Характерной особенностью двигателей такого типа является их свойство очень быстро переключаться на противоположную сторону. Это следует из особенностей работы двигателя. Предположим, что якорь вращается, а направление вращения полюсов поменялось на противоположное. Таким образом, устройство представляет собой динамо-машину, мощность для приведения в действие которой равна импульсу, накопленному в якоре, а ее скорость равна сумме скоростей якоря и полюсов.

Если мы теперь примем во внимание, что мощность для приведения в действие такой динамо-машины была бы почти пропорциональна третьей степени частоты вращения, то только по этой причине якорь следует быстро поменять местами. Но одновременно с реверсированием приводится в действие другой элемент, а именно, когда движение полюсов относительно якоря меняется на противоположное, двигатель действует как трансформатор, в котором сопротивление вторичной цепи было бы ненормально уменьшено за счет создания в этой цепи дополнительной электродвижущей силы. По этим причинам изменение происходит мгновенно.

Если желательно обеспечить постоянную скорость и в то же время приложить определенные усилия на старте, этого результата можно легко достичь различными способами. Например, два якоря, один для крутящего момента, а другой для синхронности, могут быть закреплены на одном валу, и любое желаемое преимущество может быть предоставлено любому из них, или якорь может быть намотан для обеспечения вращательного усилия, но более или менее выраженная тенденция к синхронности может быть придана ему правильной конструкцией железного сердечника; и многими другими способами.

Как средство получения требуемой фазы токов в обеих цепях, расположение двух катушек под прямым углом является самым простым, обеспечивая наиболее равномерное действие; но фаза может быть получена многими другими способами, варьирующимися в зависимости от используемой машины. Любая из используемых в настоящее время динамо-машин может быть легко адаптирована для этой цели путем подсоединения к соответствующим точкам генерирующих катушек. В якорях с замкнутой цепью, например, используемых в системах постоянного тока, лучше всего сделать четыре вывода из равноудаленных точек или стержней коллектора и подсоединить их к четырем изолированным скользящим кольцам на валу. В этом случае каждая из цепей двигателя подключена к двум диаметрально противоположным стержням коллектора. При таком расположении двигатель также может работать на половинном потенциале и по трехпроводной схеме, подключая цепи двигателя в надлежащем порядке к трем контактным кольцам.

В многополярных динамо-машинах, таких как используемые в системах преобразователей, фазу удобно получать путем намотки на якорь двух рядов катушек таким образом, что, пока катушки одного набора или серии вырабатывают максимальный ток, катушки другого будут находиться в нейтральном положении или почти в таком, в результате чего оба набора катушек могут одновременно или последовательно подвергаться индуцирующему действию возбуждающих магнитов.

Обычно цепи в двигателе располагаются аналогичным образом, и для выполнения требований могут быть приняты различные меры; но самым простым и наиболее практичным является размещение первичных цепей на неподвижных частях двигателя, тем самым устраняя, по крайней мере в определенных формах, использование скользящих контактов. В таком случае катушки магнитов подключаются поочередно в обеих цепях; то есть 1, 3, 5 ... в одной и 2, 4, 6 ... в другой, и катушки каждого последовательного набора могут быть подключены все одинаково или поочередно противоположно; в последнем случае получится двигатель с вдвое меньшим числом полюсов, и его действие будет соответственно изменено. На рис. 15, 16 и 17 показаны три разные фазы, магнитные катушки в каждой цепи подключены поочередно противоположно. В этом случае всегда будет четыре полюса, как показано на рис. 15 и 17; четыре полюсных выступа будут нейтральными; а на рис. 16 два соседних полюсных выступа будут иметь одинаковую полярность. Если катушки соединены таким же образом, то будет восемь чередующихся полюсов, как указано буквами n's' на рис. 15.


РИС. 15.


РИС. 16.


РИС. 17.

Использование многополюсных двигателей обеспечивает в этой системе преимущество, столь желаемое и недостижимое в системе постоянного тока, а именно то, что двигатель может работать точно с заданной скоростью, независимо от недостатков конструкции, нагрузки и, в определенных пределах, электродвижущей силы и силы тока.

В общей распределительной системе такого рода следует принять следующий план. На центральной станции электроснабжения должен быть предусмотрен генератор со значительным количеством полюсов. Двигатели, работающие от этого генератора, должны быть синхронного типа, но обладать достаточным вращательным усилием для обеспечения их запуска. При соблюдении надлежащих правил конструкции можно допустить, что частота вращения каждого двигателя будет в некоторой обратной пропорции к его размеру, и количество полюсов следует выбирать соответствующим образом. Тем не менее, исключительные требования могут изменить это правило. Ввиду этого будет выгодно снабдить каждый двигатель большим количеством полюсных выступов или катушек, причем предпочтительно, чтобы это число было кратно двум или трем. Таким образом, простым изменением соединений катушек двигатель может быть адаптирован к любым возможным требованиям.

Если количество полюсов в двигателе четное, действие будет гармоничным и будет получен надлежащий результат; если это не так, лучший план, которому следует следовать, - это изготовить двигатель с двойным количеством полюсов и соединить их указанным выше способом, чтобы в результате получилось вдвое меньше полюсов. Предположим, например, что генератор имеет двенадцать полюсов, и было бы желательно получить частоту вращения, равную 12/7 от частоты вращения генератора. Для этого потребовался бы двигатель с семью полюсными выступами или магнитами, и такой двигатель нельзя было бы должным образом подключить к цепям, если бы не было предусмотрено четырнадцать катушек якоря, что потребовало бы использования скользящих контактов. Чтобы избежать этого, двигатель должен быть снабжен четырнадцатью магнитами, по семь из которых подключены в каждую цепь, причем магниты в каждой цепи чередуются между собой. Якорь должен иметь четырнадцать замкнутых катушек. Работа двигателя будет не такой совершенной, как в случае четного числа полюсов, но недостаток не будет носить серьезного характера.

Однако недостатки, возникающие из-за такой несимметричной формы, будут уменьшаться в той же пропорции, в какой увеличивается количество полюсов.

Если генератор имеет, скажем, n полюсов, а двигатель n1 полюсов, частота вращения двигателя будет равна частоте вращения генератора, умноженной на n / n1.

Частота вращения двигателя, как правило, зависит от количества полюсов, но из этого правила могут быть исключения. Скорость может изменяться в зависимости от фазы токов в цепи, или от характера импульсов тока, или от интервалов между каждым импульсом или между группами импульсов. Некоторые из возможных случаев указаны на диаграммах, рис. 18, 19, 20 и 21, которые не требуют пояснений. На рис. 18 представлено общепринятое условие, обеспечивающее наилучший результат. В таком случае, если используется типичная форма двигателя, показанная на рис. 9, одна полная волна в каждом контуре произведет один оборот двигателя. На рис. 19 тот же результат достигается одной волной в каждом контуре, импульсы подаются последовательно; на рис. 20 - четырьмя, а на рис. 21 - восемью волнами.


РИС. 18.


РИС. 19.


РИС. 20.


РИС. 21.

Такими средствами может быть достигнута любая желаемая скорость, то есть, по крайней мере, в пределах практических требований. Эта система обладает этим преимуществом, помимо других, обусловленных простотой. При полной нагрузке двигатели демонстрируют КПД, полностью равный КПД двигателей постоянного тока. Дополнительным преимуществом трансформаторов является их способность управлять двигателями. Они способны к аналогичным модификациям конструкции и облегчат внедрение двигателей и их адаптацию к практическим требованиям. Их КПД должен быть выше, чем у существующих трансформаторов, и я основываю свое утверждение на следующем:

В трансформаторе, сконструированном в настоящее время, мы создаем токи во вторичной цепи путем изменения силы первичных или возбуждающих токов. Если мы допустим пропорциональность по отношению к железному сердечнику, индуктивный эффект, оказываемый на вторичную катушку, будет пропорционален численной сумме изменений силы возбуждающего тока в единицу времени; отсюда следует, что при данном изменении любое увеличение первичного тока приведет к пропорциональным потерям. Для получения быстрых изменений силы тока, необходимых для эффективной индукции, используется большое количество волнообразных колебаний; из этой практики вытекают различные недостатки. К ним относятся: повышенная стоимость и снижение эффективности генератора; большая трата энергии на нагрев сердечников, а также уменьшенная мощность трансформатора, поскольку сердечник используется неправильно, а реверсирование происходит слишком быстро. Индуктивный эффект также очень мал на определенных фазах, как будет видно из графического представления, и могут быть периоды бездействия, если есть интервалы между последующими импульсами тока или волнами. Вызывая смещение полюсов в трансформаторе и тем самым индуцируя токи, индукция имеет идеальный характер и всегда поддерживается на максимальном уровне. Также разумно предположить, что при смещении полюсов будет потрачено впустую меньше энергии, чем при разворотах.

ГЛАВА IV

_______________

МОДИФИКАЦИИ И РАСШИРЕНИЯ

МНОГОФАЗНЫЕ СИСТЕМЫ ТЕСЛЫ

В своих более ранних статьях и патентах, касающихся многофазных токов, мистер Тесла посвятил себя главным образом изложению общих линий и идей, лежащих в основе этой новой работы; но он немедленно дополнил это серией других поразительных изобретений, которые можно рассматривать как модификации и расширения определенных характеристик систем Теслы. К ним мы сейчас и перейдем.

Таким образом, в предыдущих главах мы показали и описали электрические системы Теслы для передачи мощности, преобразования и распределения электрической энергии, в которых двигатели и трансформаторы содержат две или более катушки или наборов катушек, которые были соединены в независимые цепи с соответствующими катушками генератора переменного тока, причем работа системы обеспечивается за счет взаимодействия переменных токов в независимых цепях при постепенном перемещении полюсов или точек максимального магнитного воздействия двигателей или преобразователей. В этих системах используются два независимых проводника для каждой из независимых цепей, соединяющих генератор с устройствами для преобразования передаваемых токов в механическую энергию или в электрические токи другого характера. Это, однако, не всегда необходимо. Две или более цепей могут иметь один общий обратный путь или провод с потерями, если таковые имеются, которые настолько незначительны, что ими можно полностью пренебречь. Для иллюстрации, если генератор имеет две независимые катушки, а двигатель - две катушки или два набора катушек в соответствующих соотношениях с его рабочими элементами, то один вывод каждой катушки генератора соединен с соответствующими выводами катушек двигателя через два независимых провода, в то время как противоположные выводы соответствующих катушек оба соединены с одним обратным проводом. Следующее описание касается модификации. На рис. 22 представлена схематическая иллюстрация генератора и отдельного двигателя, сконструированных и электрически соединенных в соответствии с изобретением. На рис. 23 представлена схема системы в том виде, в каком она используется для параллельной работы двигателей или преобразователей, или и того, и другого, в то время как на рис. 24 схематически показан способ последовательной работы двух или более двигателей или преобразователей, или обоих. Ссылаясь на рис. 22, Aa обозначают полюса возбуждающих магнитов генератора переменного тока, якорь которого, имеющий в данном случае цилиндрическую форму и установленный на валу C, намотан в продольном направлении катушками B B. На валу C установлены три изолированных контактных кольца, a bc, к двум из которых, как и bc, подключена одна клемма каждой катушки, как и ed. Остальные клеммы, fg, обе подключены к третьему кольцу, a.


РИС. 22.


РИС. 23.


РИС. 24.

Двигатель в данном случае показан состоящим из кольца H, намотанного четырьмя катушками, I I J J, электрически соединенных таким образом, чтобы они могли работать попарно, с возможностью закрепления полюсов кольца в четырех точках на расстоянии девяноста градусов друг от друга. Внутри магнитного кольца H находится диск или цилиндрический сердечник, намотанный на две катушки Gg, которые могут быть соединены с образованием двух замкнутых контуров. Клеммы jk двух комплектов или пар катушек подключены, соответственно, к соединительным штифтам Ef, а другие клеммы, hi, подключены к одному соединительному штифту D. Для управления двигателем используются три линейных провода, соединяющих клеммы генератора с клеммами двигателя.

Что касается очевидного действия или режима работы этого устройства, то одиночный провод D, который является, так сказать, общим обратным проводом для обеих цепей, можно рассматривать как два независимых провода. На иллюстрации, с показанным порядком подключения, катушка B генератора вырабатывает максимальный ток, а катушка B - минимальный; следовательно, ток, который проходит через провод e, кольцо b, щетку b, линейный провод E, клемму E, провод j, катушки Iii, провод или клемму D, линейный провод D, щетку a, кольцо a и провод f, фиксирует полярную линию двигателя на полпути между двумя катушками Iiи; но когда катушка B перемещается из указанного положения, она генерирует меньший ток, в то время как катушка B, перемещаясь в поле, генерирует больше. Ток от катушки B проходит через устройства и провода, обозначенные буквами d, c, Cf, Fk, Jj, i, D, D, a, a и g, и положение полюсов двигателя будет зависеть от результирующего эффекта токов в двух наборах катушек, то есть оно будет увеличиваться пропорционально поступательному движению катушек якоря. Перемещение якоря генератора на четверть оборота, очевидно, приведет катушку B в нейтральное положение, а катушку B - в положение максимального эффекта, и это смещает полюса на девяносто градусов, поскольку они фиксируются исключительно катушками B. Это действие повторяется для каждой четверти полного оборота.

Когда используется более одного двигателя или другого устройства, они могут работать либо параллельно, либо последовательно. На рис. 23 показана первая схема. Электрическое устройство показано в виде преобразователя L, два набора первичных катушек которого pr подключены, соответственно, к сети Fe, которые электрически соединены с двумя катушками генератора. Перекрестные провода lm, обеспечивающие эти соединения, затем подключаются к общему обратному проводу D. Вторичные катушки pp подключены к цепям no, включая, например, лампы накаливания. На этом рисунке целиком показан только один преобразователь, остальные проиллюстрированы схематически.

Когда двигатели или преобразователи должны запускаться последовательно, два провода Ef подводятся от генератора к катушкам первого двигателя или преобразователя, затем переходят к следующему и так далее по всей серии, а затем соединяются с одним проводом D, который замыкает обе цепи через генератор. Это показано на рис. 24, на котором Ji представляют две катушки или наборы катушек двигателей.

Существуют, конечно, и другие условия, при которых та же идея может быть реализована. Например, в случае, если каждый двигатель и генератор имеют по три независимые цепи, одна клемма каждой цепи подключена к линейному проводу, а остальные три клеммы - к общему обратному проводу. Такое расположение обеспечит результаты, аналогичные тем, которые достигаются с генератором и двигателем, имеющими только две независимые цепи, как описано выше.

Применительно к таким машинам и двигателям, которые имеют три или более индуктивных контура с общим электрическим соединением, три или более выводов генератора будут просто подключены к выводам двигателя. Г-н Тесла утверждает, однако, что результаты, полученные таким образом, показывают более низкую эффективность, чем формы, более подробно рассмотренные выше.

ГЛАВА V

_______________

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИЗВЕСТНЫХ ТИПОВ ГЕНЕРАТОРОВ

ТИПА ПОСТОЯННОГО ТОКА

В предыдущих описаниях предполагалось использование генераторов переменного тока, в которых для обеспечения поступательного перемещения магнитных полюсов или результирующего притяжения независимых полевых магнитов катушки, генерирующие ток, являются независимыми или раздельными. Обычные формы динамо-машин постоянного тока могут, однако, использоваться для той же работы в соответствии с методом адаптации, разработанным мистером Теслой. Как будет видно, модификация предполагает лишь незначительные изменения в их конструкции и представляет другие элементы экономии.

На валу данного генератора, либо вместо штатного коллектора, либо в дополнение к нему, закреплено столько пар изолированных коллекторных колец, сколько необходимо для работы цепей. Теперь вам будет понятно, что при работе любого динамо-генератора токи в катушках при их движении через силовое поле проходят разные фазы, то есть при разных положениях катушек токи имеют определенные направления и определенную силу, и что в двигателях Тесла или трансформаторах необходимо, чтобы токи в катушках питания претерпевали изменения силы и направления в определенном порядке. Следовательно, дальнейший этап, а именно, соединение между индуцируемыми или генерирующими катушками машины и контактными кольцами, с которых должны сниматься токи, будет определяться исключительно тем, какой порядок изменения силы и направления токов желателен для получения заданного результата в электрическом преобразовательном устройстве. Это может быть достигнуто различными способами; но на чертежах мы приводим типичные примеры только наилучших и наиболее практичных способов применения изобретения к трем ведущим типам машин, получившим широкое распространение, чтобы проиллюстрировать принцип.

На рис.25 представлена схема, иллюстрирующая способ применения изобретения к хорошо известному типу машин с “замкнутой” или непрерывной цепью. На рис. 26 представлена аналогичная схема, изображающая якорь с отдельными катушками, соединенными диаметрально, или то, что обычно называют машиной с “разомкнутой цепью”. Рис.27 представляет собой схему, показывающую применение изобретения к машине, катушки якоря которой имеют общее соединение.


РИС. 25.


РИС. 26.


РИС. 27.

Ссылаясь на рис. 25, пусть A представляет собой двигатель Тесла или трансформатор, который для удобства мы обозначим как “преобразователь”. Он состоит из кольцевого сердечника B, намотанного на четыре независимые катушки C и D, диаметрально противоположные из которых соединены вместе таким образом, чтобы попарно взаимодействовать при установлении свободных полюсов в кольце, причем каждая пара стремится зафиксировать полюса под углом девяносто градусов друг к другу. Внутри кольца может находиться якорь E, который намотан замкнутыми друг на друга катушками. Цель состоит в том, чтобы пропускать через катушки постоянного тока такой относительной силы и направления, чтобы производить постепенное смещение точек максимального магнитного воздействия вокруг кольца и тем самым поддерживать вращательное движение якоря. Таким образом, на валу F генератора закреплены четыре изолированных контактных кольца a b c d, на которых установлены коллекторные щетки a b d, соединенные проводами G, G, H, H, соответственно, с выводами катушек C и D. в,

Предположим, для иллюстрации, что катушки Dd должны получать максимальный ток, а катушки Cc - в тот же момент минимальный ток, так что полярная линия может находиться посередине между катушками Dd. Таким образом, кольца ab были бы соединены с непрерывной катушкой якоря в ее нейтральных точках по отношению к полю или в точке, соответствующей точке обычных щеток коллектора, и между которыми существует наибольшая разность потенциалов; в то время как кольца cd были бы соединены с двумя точками катушки, между которыми не существует разности потенциалов. Наилучшие результаты будут получены при выполнении этих соединений в точках, равноудаленных друг от друга, как показано на рисунке. Эти соединения проще всего выполнить с помощью проводов L между кольцами и петлями или проводов J, соединяющих катушку I с сегментами коллектора K. Когда преобразователи выполнены таким образом, очевидно, что фазы токов в секциях катушки генератора будут воспроизводиться в катушках преобразователя. Например, после прохождения дуги в девяносто градусов проводники Ll, которые до этого пропускали максимальный ток, получат минимальный ток из-за изменения положения их катушек, и очевидно, что по той же причине ток в этих катушках постепенно упал с максимального значения до минимального при прохождении дуги в девяносто градусов. В этом специальном плане соединений вращение магнитных полюсов преобразователя будет синхронным с вращением катушек якоря генератора, и результат будет одинаковым, независимо от того, являются ли цепи питания производными от непрерывной катушки якоря или от независимых катушек, как в других устройствах мистера Теслы.

На рис. 25 щетки M M показаны пунктирными линиями в их надлежащем нормальном положении. На практике эти щетки могут быть сняты с коммутатора, и поле генератора возбуждается внешним источником тока; или щеткам может быть позволено оставаться на коммутаторе и отводить преобразованный ток для возбуждения поля или использоваться для других целей.

В определенном хорошо известном классе машин, известном как “разомкнутая цепь”, якорь содержит ряд катушек, выводы которых соединяются с сегментами коллектора, причем катушки соединены поперек якоря попарно. Этот тип машины представлен на рис. 26. В этой машине каждая пара катушек проходит те же фазы, что и катушки в некоторых из уже показанных генераторов, и очевидно, что для работы преобразователя Тесла необходимо использовать их только парами или наборами, удлиняя сегменты коллекторов, принадлежащих каждой паре катушек, и устанавливая собирающую щетку на непрерывную часть каждого сегмента. Таким образом, от генератора могут быть отсоединены два или более контура, каждый из которых включает в себя одну или более пар или наборов катушек по желанию.

На рис. 26 I I изображены катушки якоря, T T полюса возбуждающего магнита и F вал, несущий коллекторы, которые удлинены для образования непрерывных участков a b c d. Щетки, опирающиеся на непрерывные участки для отвода переменного тока, обозначены буквой b ć d. Собирающие щетки или те, которые могут использоваться для отвода постоянного тока, обозначены буквой M M. Две пары катушек якоря и их коммутаторы показаны на рисунке как используемые; но все они могут быть использованы аналогичным образом.

Существует другой хорошо известный тип машины, в которой три или более катушек, A B C, на якоре имеют общее соединение, свободные концы которого соединены с сегментами коллектора. Генератор такой формы показан на рис. 27. В этом случае каждая клемма генератора подключена непосредственно или производно к непрерывному кольцу, a bc, и опирающиеся на него собирающие щетки, a bć, снимают переменные токи, которые приводят в действие двигатель. Предпочтительно в этом случае использовать двигатель или трансформатор с тремя питающими катушками A и Bc, расположенными симметрично катушкам генератора, и цепи от последнего подключаются к выводам таких катушек либо напрямую — как когда они неподвижны — либо посредством щеток е и контактных колец е. В этом, как и в других случаях, на генераторе может использоваться обычный коммутатор, а ток, отбираемый от него, используется для возбуждения полевых магнитов генератора или для других целей.

ГЛАВА VI

_______________

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЖЕЛАЕМОЙ СКОРОСТИ

ДВИГАТЕЛЯ ИЛИ ГЕНЕРАТОРА

С целью получения желаемой скорости в двигателях, приводимых в действие переменными токами разной фазы, мистер Тесла разработал различные планы, предназначенные для удовлетворения практических требований данного случая, адаптируя свою систему к типам многополярных машин переменного тока, дающих большое количество оборотов тока за каждый оборот.

Например, мистер Тесла указал, что для адаптации данного типа генератора переменного тока вы можете жестко соединить две целостные машины, закрепив их вместе таким образом, чтобы была получена необходимая разница в фазе; или вы можете прикрепить два якоря к одному валу под воздействием одного и того же поля и с требуемым угловым смещением для получения надлежащей разницы в фазе между двумя токами; или два якоря могут быть прикреплены к одному валу с симметрично расположенными их катушками, но подверженными влиянию двух наборов полевых магнитов, должным образом смещенных; или два набора катушек могут быть намотаны на один и тот же вал. на одном и том же якоре поочередно или таким образом, что они будут вырабатывать токи, фазы которых различаются во времени в достаточной степени для обеспечения вращения двигателя.

Другой метод, входящий в сферу применения той же идеи, посредством которого один генератор может запускать несколько двигателей либо с собственной частотой вращения, либо все с разной частотой вращения, состоит в том, чтобы сконструировать двигатели с меньшим количеством полюсов, чем у генератора, и в этом случае их частота вращения будет больше, чем у генератора, причем скорость вращения будет выше, поскольку количество их полюсов относительно меньше. Это можно понять на примере генератора, имеющего две независимые генерирующие катушки, которые вращаются между двумя полюсными наконечниками, противоположно намагниченными; и двигателя с катушками питания, которые в любой момент времени создают два магнитных полюса в одном элементе, которые стремятся запустить вращение двигателя. Сконструированный таким образом генератор выдает четыре разворота, или импульса, за каждый оборот, по два в каждой из его независимых цепей; и воздействие на двигатель заключается в смещении магнитных полюсов на триста шестьдесят градусов. Очевидно, что если бы четыре реверса в одном и том же порядке можно было производить при каждом полуобороте генератора, двигатель совершал бы два оборота вместо одного у генератора. Этого можно легко достичь, добавив к генератору два промежуточных полюса или изменив его любым из других эквивалентных способов, указанных выше. То же правило применимо к генераторам и двигателям с несколькими полюсами. Например, если генератор сконструирован с двумя контурами, каждый из которых производит двенадцать оборотов тока на оборот, и эти токи направляются через независимые катушки питания двигателя, катушки которого расположены таким образом, чтобы постоянно генерировать двенадцать магнитных полюсов, вращение двух будет синхронным; но если катушки двигателя генерируют только шесть полюсов, подвижный элемент будет вращаться дважды, в то время как генератор вращается один раз; или если у двигателя четыре полюса, его вращение будет в три раза быстрее, чем у генератора.

Эти характеристики, насколько это необходимо для понимания принципа, проиллюстрированы здесь. На рис. 28 приведена схематическая иллюстрация генератора, сконструированного в соответствии с изобретением. На рис. 29 показан аналогичный вид двигателя соответствующей конструкции. На рис. 30 представлена схема генератора модифицированной конструкции. На рис. 31 представлена схема двигателя соответствующего характера. На рис. 32 представлена схема системы, содержащей генератор и несколько двигателей, приспособленных для работы на различных скоростях.


РИС. 28. РИС. 29.


РИС. 30.


РИС. 31.


РИС. 32.

На рис. 28 пусть c представляет собой цилиндрический сердечник якоря, намотанный в продольном направлении изолированными катушками Aa, которые соединены последовательно, причем клеммы последовательно соединены с собирающими кольцами aa на валу G. Посредством этого вала якорь установлен с возможностью вращения между полюсами кольцевого возбуждающего магнита D, образованного полярными выступами, намотанными на катушки E, которые намагничивают указанные выступы. Катушки E включены в цепь генератора F, посредством которого возбуждается возбуждающий магнит. При такой конструкции машина представляет собой хорошо известную форму генератора переменного тока. Однако, чтобы приспособить его к своей системе, мистер Тесла наматывает на якорь С второй набор катушек Bb, промежуточный по отношению к первому, или, другими словами, в таких положениях, что, в то время как катушки одного набора находятся относительно полюсов возбуждающего магнита и вырабатывают максимальный ток, катушки другого набора будут находиться в положении, при котором они вырабатывают минимальный ток. Катушки В также соединены последовательно с двумя соединительными кольцами, закрепленными обычно на валу на противоположном конце якоря.

Двигатель, показанный на рис. 29, имеет кольцевой возбуждающий магнит H с четырьмя полюсными наконечниками, намотанными на катушки I. Якорь сконструирован аналогично генератору, но с двумя наборами из двух катушек в замкнутых цепях, чтобы соответствовать уменьшенному числу магнитных полюсов в поле. Из вышесказанного очевидно, что один оборот якоря генератора, производящий восемь импульсов тока в каждой цепи, приведет к двум оборотам якоря двигателя.

Применение принципа этого изобретения, однако, не ограничивается какой-либо конкретной формой машины. На фиг. На фиг. 30 и 31 показаны генератор и двигатель другого хорошо известного типа. На рис. 30 J J - магниты, расположенные по кругу и намотанные катушками K, которые находятся в цепи с генератором, который подает ток, поддерживающий силовое поле. В обычной конструкции этих машин якорь-проводник L закреплен на подходящей раме таким образом, чтобы вращаться перед магнитами Jj или между этими магнитами и другим аналогичным набором перед ними. На магниты подается напряжение попеременно противоположной полярности на протяжении всей серии, так что при вращении проводника С импульсы тока объединяются или суммируются друг с другом, причем все импульсы, генерируемые проводником в любом заданном положении, направлены в одном и том же направлении. Чтобы приспособить такую машину к своей системе, мистер Тесла добавляет второй набор индуцированных проводников M, во всех отношениях похожих на первый, но расположенных по отношению к нему таким образом, что токи, вырабатываемые в каждом из них, будут отличаться на четверть фазы. При таких соотношениях очевидно, что при уменьшении тока в проводнике L он увеличивается в проводнике M, и наоборот, и что любая из форм двигателя Теслы, изобретенного для использования в этой системе, может приводиться в действие таким генератором.

На рис. 31 показан двигатель, соответствующий машине, изображенной на рис. 30. Конструкция двигателя идентична конструкции генератора, и при подключении к нему он будет работать синхронно с ним. J J - это возбуждающие магниты, а K - катушки на них. L - один из проводников якоря, а M - другой.

На рис. 32 показаны на схеме другие формы машин. Генератор N в данном случае показан состоящим из неподвижного кольца O, намотанного двадцатью четырьмя катушками Pp, чередующиеся катушки которых соединены последовательно в два контура. Внутри этого кольца находится диск или барабан Q с выступами Q, намотанными на катушки питания, включенные в цепь с генератором R. При приведении в действие этого диска или цилиндра в катушках P и P образуются переменные токи, которые отводятся для запуска нескольких двигателей.

Двигатели состоят из кольца или кольцевого возбуждающего магнита S, намотанного двумя наборами питающих катушек Tt, и якорей U, имеющих выступы U, намотанные на катушки V, все они соединены последовательно в замкнутую цепь или каждая замкнута независимо друг от друга.

Предположим, что двенадцать генераторных катушек P намотаны попеременно в противоположных направлениях, так что любые две соседние катушки одного и того же набора стремятся образовать свободный полюс в кольце O между ними, и двенадцать катушек P намотаны аналогичным образом. Следовательно, один оборот диска или цилиндра Q, двенадцать полярных выступов которого имеют противоположную полярность, вызовет двенадцать импульсов тока в каждой из цепей Ww . Следовательно, двигатель X, имеющий шестнадцать катушек или восемь свободных полюсов, будет делать полтора оборота по отношению к одному обороту генератора. Двигатель Y с двенадцатью катушками или шестью полюсами будет вращаться с удвоенной скоростью генератора, а двигатель Z с восемью катушками или четырьмя полюсами будет вращаться в три раза быстрее генератора. Эти многополярные двигатели обладают особенностью, которая часто может быть использована с большой пользой. Например, в двигателе X, рис. 32, восемь полюсов могут быть либо попеременно противоположными, либо в любой момент времени могут быть попеременно два одинаковых и два противоположных полюса. Этого легко достичь, выполнив надлежащие электрические соединения. Эффект от такого изменения, однако, был бы таким же, как уменьшение числа полюсов наполовину и, таким образом, удвоение частоты вращения любого данного двигателя.

Очевидно, что электрические трансформаторы Тесла, которые имеют независимые первичные токи, могут использоваться с описанными генераторами. Относительно устройств, которые мы сейчас описываем, можно также сказать, что наиболее совершенное и гармоничное действие генераторов и двигателей достигается, когда число полюсов каждого из них четное, а не нечетное. Если это не так, то возникнет определенная неравномерность действий, которая становится менее заметной по мере увеличения числа полюсов; хотя это может быть в некоторой степени исправлено специальными положениями, которые здесь нет необходимости объяснять. Из этого также следует, как само собой разумеющееся, что если число полюсов двигателя больше, чем у генератора, то двигатель будет вращаться с меньшей скоростью, чем генератор.

В эту главу мы можем включить метод, разработанный мистером Теслой, позволяющий избежать очень высоких скоростей, которые были бы необходимы для больших генераторов. Вместо вращения якоря генератора с высокой частотой вращения он обеспечивает желаемый результат вращением магнитных полюсов одного элемента генератора, одновременно приводя в движение другой элемент с другой скоростью. Эффект тот же, что и при очень высокой скорости вращения.

В данном случае генератор, который подает ток для работы двигателей или трансформаторов, состоит из разделенного кольца или кольцевого сердечника, намотанного четырьмя диаметрально противоположными катушками, Ee, рис. 33. Внутри кольца установлен цилиндрический сердечник якоря, намотанный в продольном направлении двумя независимыми катушками, Ff, концы которых ведут, соответственно, к двум парам изолированных контактных или собирающих колец, D D G G, на валу якоря. Собирающие щетки d, d, g, g опираются на эти кольца соответственно и передают токи по двум независимым линейным цепям M. M. В основную линию могут быть включены один или несколько двигателей или трансформаторов, или и то, и другое. Если используются двигатели, то они имеют обычную форму конструкции Теслы с независимыми катушками или наборами катушек Jj, включенными, соответственно, в схемы M M. Эти катушки возбуждения намотаны на кольцевое поле или на полюсные наконечники на нем и производят под действием проходящих через них переменных токов постепенное смещение магнетизма от полюса к полюсу. Цилиндрический якорь H двигателя намотан двумя катушками под прямым углом, которые образуют независимые замкнутые цепи.


РИС. 33.

Если используются трансформаторы, один набор первичных катушек, как Nn, намотанных на кольцевой сердечник, подключается к одной цепи, как M, а другие первичные катушки, как Nn, к цепи M. Вторичные катушки K K затем могут быть использованы для управления группами ламп накаливания Pp

В этом генераторе используется возбудитель. Он состоит из двух полюсов, Aa, из стали, постоянно намагниченной, или из железа, возбуждаемого батареей или другим генератором постоянных токов, и цилиндрического сердечника якоря, установленного на валу, B, и намотанного двумя продольными катушками, C C. Один конец каждой из этих катушек соединен с коллекторными кольцами bc соответственно, в то время как оба других конца соединены с кольцом a. Коллекторные щетки bc опираются на кольца bc соответственно, а проводники Ll передают токи от них через катушки E и E генератора. L - обычная возвратная проволока для щетки a. Таким образом, образуются две независимые цепи, одна из которых включает катушки C возбудителя и Ee генератора, другая - катушки C возбудителя и Ee генератора. Из этого следует, что работа возбудителя приводит к поступательному перемещению магнитных полюсов кольцевого сердечника генератора, при этом смещение или вращательное перемещение полюсов происходит синхронно с вращением якоря возбудителя. Рассматривая условия работы созданной таким образом системы, будет обнаружено, что когда возбудитель приводится в действие таким образом, чтобы возбуждать поле генератора, якорь последнего, если оставить свободным для вращения, вращался бы со скоростью, практически такой же, как у возбудителя. Если при таких условиях катушки Ff якоря генератора замкнуть на себя или закоротить, то никакие токи, по крайней мере теоретически, в этих катушках якоря генерироваться не будут. На практике наблюдается наличие незначительных токов, существование которых объясняется более или менее выраженными колебаниями напряженности магнитных полюсов генераторного кольца. Таким образом, если катушки якоря Ff замкнуты через двигатель, последний не будет вращаться до тех пор, пока движение якоря генератора синхронно движению возбудителя или магнитных полюсов его поля. Если, напротив, каким-либо образом контролировать частоту вращения якоря генератора, так что смещение или вращение полюсов поля становится относительно более быстрым, в катушках якоря будут индуцироваться токи. Это, очевидно, следует из прохождения силовых линий через проводники якоря. Чем больше скорость вращения магнитных полюсов относительно скорости якоря, тем быстрее токи, возникающие в катушках последнего, будут следовать друг за другом, и тем быстрее двигатель будет вращаться в ответ на это, и это продолжается до полной остановки генератора якоря, как при торможении, когда двигатель, если он правильно сконструирован, работает со скоростью, с которой вращаются магнитные полюса генератора.

Эффективная сила токов, вырабатываемых в катушках якоря генератора, зависит от силы токов, питающих генератор, и от числа оборотов в единицу времени магнитных полюсов генератора; следовательно, скорость вращения якоря двигателя во всех случаях будет зависеть от относительных скоростей вращения якоря генератора и его магнитных полюсов. Например, если полюса поворачиваются две тысячи раз в единицу времени, а якорь поворачивается восемьсот раз, двигатель провернется тысячу двести раз или около того. Очень незначительная разница в скорости может быть обозначена тонко сбалансированным двигателем.

Теперь предположим, что к якорю генератора подается энергия для поворота его в направлении, противоположном тому, в котором вращаются его магнитные полюса. В таком случае результат был бы аналогичен результату, получаемому генератором, якорь и возбуждающие магниты которого вращаются в противоположных направлениях, и по причине этих условий якорь двигателя будет вращаться со скоростью, равной сумме скоростей якоря и магнитных полюсов генератора, так что сравнительно низкая скорость якоря генератора приведет к высокой скорости двигателя.

В связи с этой системой следует отметить, что при уменьшении сопротивления внешней цепи якоря генератора путем проверки частоты вращения двигателя или добавления переводных устройств при многократной дуге во вторичной цепи или цепях трансформатора сила тока в цепи якоря значительно увеличивается. Это связано с двумя причинами: во-первых, с большой разницей в скоростях двигателя и генератора, и, во-вторых, с тем фактом, что устройство следует аналогии с трансформатором, поскольку по мере уменьшения сопротивления якоря или вторичных цепей сила токов в полевых или первичных цепях генератора увеличивается и соответственно увеличиваются токи в якоре. По аналогичным причинам токи в катушках якоря генератора увеличиваются очень быстро, когда скорость якоря уменьшается при движении в том же направлении, что и магнитные полюса, или наоборот.

Из приведенного выше описания следует, что якорь генератора может вращаться в направлении смещения магнитных полюсов, но более быстро, и что в таком случае частота вращения двигателя будет равна разнице между двумя скоростями.

ГЛАВА VII

_______________

РЕГУЛЯТОР ДЛЯ ВРАЩАЮЩИХСЯ

ДВИГАТЕЛИ ТОКА

Интересное устройство для регулирования и реверсирования было разработано мистером Теслой с целью изменения частоты вращения многофазных двигателей. Он представляет собой преобразователь или трансформатор с одним элементом, способным перемещаться относительно другого, посредством чего индуктивные соотношения могут изменяться вручную или автоматически с целью изменения силы индуцируемого тока. Мистер Тесла предпочитает сконструировать это устройство таким образом, чтобы индуцируемый или вторичный элемент мог перемещаться относительно другого; и изобретение, поскольку оно относится только к конструкции самого устройства, состоит, по существу, в комбинации с двумя противоположными магнитными полюсами якоря, намотанного изолированной катушкой и установленного на валу, посредством чего его можно поворачивать в желаемое положение. протяженность в пределах поля, создаваемого полюсами. Нормальным положением сердечника вторичного элемента является такое, при котором он наиболее полностью замыкает магнитную цепь между полюсами первичного элемента, и в этом положении его катушка находится в наиболее эффективном положении для индуктивного воздействия на нее первичных катушек; но при повороте подвижного сердечника в любую сторону индуцированные токи, подаваемые его катушкой, ослабевают до тех пор, пока при перемещении указанного сердечника и катушки на 90 ° подача тока не прекратится.

На рис. 34 показан вид регулятора сбоку по высоте. Рис. 35 представляет собой прерывистый участок на линии x x на рис. 34. Рис. 36 представляет собой схему, иллюстрирующую наиболее удобный способ применения регулятора к двигателям обычных форм, а рис. 37 представляет собой аналогичную схему, иллюстрирующую применение устройства к двигателям переменного тока Тесла. Регулятор может быть сконструирован многими способами для обеспечения желаемого результата; но то, что, возможно, является его наилучшей формой, показано на рис. 34 и 35.


РИС. 34.


РИС. 35.


РИС. 36.


РИС. 37.

А представляет собой железный каркас. Bb - сердечники индуктивных или первичных катушек C c. D - вал, установленный на боковых стержнях, D, и на котором закреплен секционный железный сердечник, E, намотанный индуктивной или вторичной катушкой, F, витки которой параллельны оси вала. Концы сердечника закруглены таким образом, чтобы он плотно входил в пространство между двумя полюсами и позволял поворачивать сердечник E и удерживать его в любой желаемой точке. Для этой цели предусмотрена рукоятка G, прикрепленная к выступающему концу стержня D.

На рис. 36 пусть H представляет обычный генератор переменного тока, возбуждающие магниты которого возбуждаются подходящим источником тока I. Пусть J обозначает электромагнитный двигатель обычной формы, снабженный якорем K, коллектором L и возбуждающими магнитами M. Хорошо известно, что такой двигатель, если его магнитопроводы разделены на изолированные секции, может практически работать от переменного тока; но при использовании этого регулятора с таким двигателем мистер Тесла включает только один элемент двигателя — скажем, катушки якоря - в основную цепь генератора, осуществляя соединения через щетки и коллектор обычным способом. Он также включает один из элементов регулятора — скажем, неподвижные катушки — в ту же цепь, а в цепи со вторичной или подвижной катушкой регулятора он соединяет катушки возбуждения двигателя. Он также предпочитает использовать гибкие проводники для подключения вторичной катушки регулятора, поскольку таким образом избегает использования скользящих контактов или колец, не создавая помех необходимому перемещению сердечника E.

Если регулятор находится в своем нормальном положении или в том, в котором его магнитная цепь наиболее близко замкнута, он обеспечивает максимальный индуцированный ток, фазы которого настолько соответствуют фазам первичного тока, что двигатель будет работать так, как если бы и поле, и якорь были возбуждены основным током.

Чтобы изменять частоту вращения двигателя до любой величины между минимальной и максимальной, сердечник E и катушки F поворачиваются в любом направлении до такой степени, которая дает желаемый результат, поскольку в своем нормальном положении витки катушки F охватывают максимальное количество силовых линий, все из которых воздействуют на катушку с одинаковым эффектом; следовательно, она будет выдавать максимальный ток; но при повороте катушки F из положения максимального эффекта количество силовых линий, охватываемых ею, уменьшается. Следовательно, индуктивный эффект ослабляется, и ток, подаваемый катушкой F, будет продолжать уменьшаться пропорционально углу, на который поворачивается катушка F, до тех пор, пока после прохождения под углом девяносто градусов витки катушки не окажутся под прямым углом к виткам катушек Cc, и индуктивный эффект не уменьшится до минимума.

Кстати, в некоторых конструкциях на изменение силы индуцируемых токов могут влиять и другие причины. Например, в данном случае будет наблюдаться, что при первом перемещении катушки F определенная часть ее витков выносится за линию прямого воздействия силовых линий и что магнитный путь или цепь для линий нарушается; следовательно, индуктивный эффект будет уменьшен. Далее, после перемещения на определенный угол, который, очевидно, определяется относительными размерами катушки F, диагонально противоположные участки катушки будут одновременно включены в поле, но в таких положениях, что линии, которые создают импульс тока в одной части катушки в определенном направлении, будут создавать в диагонально противоположной части соответствующий импульс в противоположном направлении; следовательно, части тока будут нейтрализовывать друг друга.

Как указывалось ранее, механическая конструкция устройства может сильно варьироваться; но основные условия принципа будут выполняться в любом устройстве, в котором движение элементов относительно друг друга приводит к одинаковым результатам путем изменения индуктивных соотношений двух элементов способом, аналогичным описанному.

Можно также утверждать, что ядро E не является обязательным для работы регулятора; но его присутствие, очевидно, полезно. Этот регулятор, однако, обладает еще одним ценным свойством, заключающимся в его способности реверсировать двигатель, поскольку, если катушку F повернуть на пол-оборота, положение ее витков относительно двух катушек Cc и силовых линий изменится на противоположное, и, следовательно, фазы тока поменяются местами. Это приведет к вращению двигателя в противоположном направлении. Эта форма регулятора также с большим преимуществом применяется к системе использования переменных токов мистера Теслы, в которой магнитные полюса поля двигателя постепенно смещаются посредством комбинированного воздействия на поле намагничивающих катушек, включенных в независимые цепи, через которые проходят переменные токи в надлежащем порядке и соотношениях друг с другом.

На рис. 37 пусть P представляет генератор Тесла, имеющий две независимые катушки, P и P, на якоре, а T - схему двигателя, имеющего две независимые катушки питания или наборы катушек, R R. Одна из цепей генератора, as S S, включает в себя один набор, R R, катушек питания двигателя, в то время как другая цепь, as S S, включает в себя первичные катушки регулятора. Вторичная катушка регулятора включает в себя другие катушки двигателя Rr.

Пока вторичная катушка регулятора находится в своем нормальном положении, она вырабатывает максимальный ток, и двигателю передается максимальный вращательный эффект; но этот эффект будет уменьшаться пропорционально углу поворота катушки F регулятора. Двигатель также будет реверсирован путем изменения положения катушки относительно катушек Cc и, таким образом, изменения фаз тока, вырабатываемого генератором. Это изменяет направление движения смещающихся полюсов, которым следует якорь.

Одним из главных преимуществ этого плана регулирования является экономия электроэнергии. Когда индуктивная катушка вырабатывает максимальный ток, поглощается максимальное количество энергии в первичных катушках; но когда индуктивная катушка поворачивается из своего нормального положения, самоиндукция первичных катушек снижает расход энергии и экономит электроэнергию.

Очевидно, что на практике в качестве первичной или вторичной обмотки могут использоваться либо катушки Cc, либо катушка F, и хорошо известно, что их относительные пропорции могут варьироваться для получения любого желаемого различия или сходства в индуцирующем и индуцируемом токах.

ГЛАВА VIII

_______________

ОДНОКОНТУРНЫЙ, САМОЗАПУСКАЮЩИЙСЯ

СИНХРОНИЗИРУЮЩИЕ ДВИГАТЕЛИ

В первых главах этого раздела мы, принимая во внимание общий основополагающий принцип, рассмотрели отдельный класс двигателей, а именно такие, которые требуют для своей работы специального генератора, способного вырабатывать токи различной фазы. Как само собой разумеющееся, мистер Тесла, признавая желательность использования своих двигателей в связи с обычными системами распределения, обратился к задаче изобретения различных методов для достижения этой цели. Таким образом, в последующих главах мы наблюдаем эволюцию ряда идей, имеющих отношение к этому важному направлению работы. Внимательному читателю должно быть очевидно из ряда встречающихся здесь и там намеков, что даже изобретения, описанные в последующих главах, не отражают всего объема работы, проделанной в этих строках. Их действительно можно было бы рассматривать как примеры.

Мы представим эти различные изобретения в том порядке, который, по нашему мнению, наиболее полезен для понимания предмета большинством читателей. Естественно, что при предложении серии идей такого рода, в которых отсутствуют некоторые этапы или звенья, описания не совсем последовательны; но любой, кто внимательно проследит за основным направлением мыслей, сведенных сейчас воедино, обнаружит, что может достичь удовлетворительного понимания принципов.

Как хорошо известно, определенные виды машин переменного тока обладают свойством при подключении в цепь с генератором переменного тока работать как двигатель синхронно с ним; но, хотя переменный ток будет запускать двигатель после того, как он достигнет скорости, синхронной с частотой вращения генератора, он не запустит его. Следовательно, во всех предыдущих случаях, когда запускались эти “синхронизирующие двигатели”, как их называют, применялись некоторые средства для приведения двигателей в синхронизацию с генератором, или приблизительно так, до подачи переменного тока генератора для их приведения в действие. В некоторых случаях для этой цели использовались механические приспособления. В других были сконструированы двигатели особой и сложной формы. мистер Тесла открыл гораздо более простой метод или план управления синхронизирующими двигателями, который практически не требует никакого другого устройства, кроме самого двигателя. Другими словами, определенным изменением в цепных соединениях двигателя он преобразует его по желанию из двухконтурного двигателя или такого, который уже был описан и который запустится под действием переменного тока, в синхронизирующий двигатель или такой, который будет приводиться в действие генератором только тогда, когда он достигнет определенной скорости вращения, синхронной с частотой вращения генератора. Таким образом, он получил возможность значительно расширить область применения своей системы и обеспечить все преимущества обоих типов двигателей переменного тока.

Выражение “синхронный с генератором” используется здесь в его обычном значении, то есть считается, что двигатель синхронизируется с генератором, когда он сохраняет определенную относительную скорость, определяемую количеством его полюсов и количеством чередований, производимых за оборот генератора. Следовательно, его фактическая скорость может быть выше или медленнее, чем у генератора; но считается, что он синхронен до тех пор, пока сохраняет ту же относительную скорость.

При осуществлении этого изобретения мистер Тесла сконструировал двигатель, который имеет сильную тенденцию к синхронизации с генератором. Предпочтительной является конструкция, в которой якорь снабжен полярными выступами. Возбуждающие магниты намотаны двумя наборами катушек, клеммы которых соединены с переключающим механизмом, с помощью которого сетевой ток может передаваться непосредственно через эти катушки или косвенно по путям, с помощью которых изменяются его фазы. Чтобы запустить такой двигатель, переключатель включается на набор контактов, который включает в одной цепи двигателя мертвое сопротивление, в другой - индуктивное сопротивление, и, поскольку эти две цепи находятся в соединении, очевидно, что разница в фазе тока в таких цепях приведет к вращению двигателя. Когда скорость двигателя, таким образом, была доведена до желаемой, переключатель переключается, чтобы пропускать основной ток непосредственно через цепи двигателя, и хотя токи в обеих цепях теперь будут иметь одинаковую фазу, двигатель продолжит вращаться, становясь настоящим синхронным двигателем. Для обеспечения большей эффективности якорь или его полярные выступы намотаны замкнутыми друг на друга катушками.

На прилагаемых диаграммах рис. 38 иллюстрирует детали изложенного выше плана, а на рис. 39 и 40 - его модификации.


РИС. 38, 39 и 40.

Ссылаясь на рис. 38, обозначим A возбуждающие магниты двигателя, полярные выступы которого намотаны катушками Bc, включенными в независимые цепи, и D якорь с полярными выступами, намотанными на замкнутые друг на друга катушки E, причем двигатель в этих отношениях аналогичен по конструкции уже описанным, но обладает из-за полярных выступов на сердечнике якоря или других аналогичных и хорошо известных особенностей свойствами синхронизирующего двигателя. L L представляет собой проводники линии от генератора переменного тока G.

Рядом с двигателем расположен переключатель, действие которого аналогично показанному на схемах, который сконструирован следующим образом: Ff представляют собой две токопроводящие пластины или рычаги, повернутые на своих концах и соединенные изолирующей поперечиной H с возможностью параллельного перемещения. На пути следования стержней Ff находится контакт 2, который образует один вывод цепи через катушки C, и контакт 4, который является одним выводом цепи через катушки B. Противоположный конец провода катушек C подсоединен к проводу L или стержню F, а соответствующий конец катушек B подсоединен к проводу L и стержню F; следовательно, если стержни сдвинуть так, чтобы они касались контактов 2 и 4, то оба набора катушек Bc будут включены в цепь Ll с множественной дугой или производной. На пути движения рычагов Ff находятся две другие контактные клеммы, 1 и 3. Контакт 1 соединен с контактом 2 через искусственное сопротивление I, а контакт 3 - с контактом 4 через катушку самоиндукции J, так что при перемещении рычагов переключателя в точках 1 и 3 цепи катушек B и C будут подключены по множественной дуге или деривации к цепи L L и будут включать сопротивление и катушку самоиндукции соответственно. Третье положение переключателя - это то, при котором рычаги F и F выведены из контакта с обоими наборами точек. В этом случае двигатель полностью отключен от сети.

Назначение и способ управления двигателем с помощью этих устройств следующие: Обычное положение выключателя, когда двигатель находится вне цепи, отключено от контактных точек. Предполагая, что генератор работает и требуется запустить двигатель, переключатель перемещается до тех пор, пока его рычаги не упрутся в точки 1 и 3. Таким образом, две цепи двигателя соединены с цепью генератора; но из-за наличия сопротивления I в одной и катушки самоиндукции J в другой совпадение фаз тока нарушается в достаточной степени, чтобы вызвать смещение полюсов, которое приводит двигатель во вращение. Когда частота вращения двигателя достигает синхронности с генератором или приблизительно такой, переключатель переключается в точках 2 и 4, таким образом отключая катушки I и J, так что токи в обеих цепях имеют одинаковую фазу; но теперь двигатель работает как синхронный двигатель.

Следует понимать, что при запуске двигатель будет работать только с одной из цепей B или C, подключенной к основной цепи или генераторной цепи, или две цепи могут быть соединены последовательно. Этот последний план предпочтительнее, когда для приведения двигателя в действие используется ток, имеющий большое количество изменений в единицу времени. В таком случае запуск двигателя затруднен, а мертвое и индуктивное сопротивления должны занимать значительную долю электродвижущей силы цепей. Как правило, условия регулируются таким образом, что электродвижущая сила, используемая в каждой из цепей двигателя, равна той, которая требуется для работы двигателя, когда его цепи соединены последовательно. Схема, которой следуют в этом случае, проиллюстрирована на рис. 39. В данном случае двигатель имеет двенадцать полюсов, а якорь имеет полярные выступы D, намотанные замкнутыми катушками E. Используемый переключатель имеет по существу ту же конструкцию, что и показанный на предыдущем рисунке. Однако существует пять контактов, обозначенных как 5, 6, 7, 8 и 9. Цепи двигателя Bc, которые включают в себя альтернативные катушки возбуждения, подключаются к выводам в следующем порядке: один конец цепи C подключен к контакту 9 и контакту 5 через мертвое сопротивление, I. Один вывод цепи B подключен к контакту 7 и контакту 6 через катушку самоиндукции, J. Противоположные выводы обеих цепей подключены к контакту 8.

Один из рычагов переключателя, обозначаемый как F, выполнен с удлинителем f или иным образом, чтобы закрывать оба контакта 5 и 6 при перемещении в положение для запуска двигателя. Следует заметить, что в этом положении и при включении рычага F в контакт 8 ток разделяется между двумя цепями Bc, которые из-за разницы в их электрическом характере производят смещение полюсов, что приводит к вращению двигателя. Когда двигатель достигает нужной скорости, переключатель перемещается таким образом, чтобы рычаги закрывали контакты 7 и 9, тем самым последовательно соединяя цепи B и C. Обнаружено, что при таком расположении двигатель поддерживается во вращении синхронно с генератором. Этот принцип действия, который заключается в преобразовании путем смены соединений или иным образом двухконтурного двигателя или двигателя, работающего за счет постепенного смещения полюсов, в обычный синхронизирующий двигатель, может быть реализован многими другими способами. Например, вместо использования переключателя, показанного на предыдущих рисунках, мы можем использовать временную цепь заземления между генератором и двигателем, чтобы запустить двигатель, по существу, способом, указанным на рис. 40. Пусть G на этом рисунке представляет обычный генератор переменного тока, скажем, с двумя полюсами, Mm, и якорем, намотанным двумя катушками, Nn, под прямым углом и соединенными последовательно. Двигатель имеет, например, четыре полюса, намотанные катушками Bc, которые соединены последовательно, и якорь с полярными выступами D, намотанный замкнутыми катушками E E. Из общего соединения между двумя цепями как генератора, так и двигателя устанавливается заземление, при этом клеммы или концы этих цепей подключаются к линии. Предполагая, что двигатель является синхронизирующим двигателем или таким, который имеет возможность работать синхронно с генератором, но не запускается, он может быть запущен описанным выше устройством путем замыкания соединения заземления как от генератора, так и от двигателя. Таким образом, система становится единым целым с двухконтурным генератором и двигателем, при этом земля образует общий отвод для токов в двух цепях L и L. Когда при таком расположении цепей двигатель приводится в действие, заземляющее соединение разрывается между двигателем или генератором, или обоими вместе, для этой цели используются заземляющие выключатели P P. Затем двигатель работает как синхронизирующий двигатель.

При описании основных характеристик, составляющих данное изобретение, были по необходимости опущены иллюстрации приборов, используемых совместно с электрическими устройствами аналогичных систем, таких, например, как приводные ремни, неподвижные и незакрепленные шкивы для двигателя и т.п.; Но эти вопросы хорошо изучены.

Мистер Тесла считает, что он первый, кто привел в действие электромагнитные двигатели с помощью переменных токов любым из описанных здесь способов, то есть путем постепенного перемещения или вращения их полюсов или точек наибольшего магнитного притяжения с помощью переменных токов до тех пор, пока они не достигнут заданной скорости, а затем теми же токами, вызывающими простое чередование их полюсов, или, другими словами, путем изменения порядка или характера соединений цепи для преобразования двигателя, работающего по одному принципу, в двигатель, работающий по другому.

ГЛАВА IX

_______________

ПЕРЕЙТИ С ДВОЙНОГО ТОКА НА

ДВИГАТЕЛЬ С ОДНИМ ТОКОМ

В другом месте приведено описание метода управления двигателями переменного тока путем первого вращения их магнитных полюсов до тех пор, пока они не достигнут синхронной скорости, а затем чередования полюсов. Таким образом, двигатель преобразуется путем простого изменения соединений цепи с одной, приводимой в действие двумя или более независимыми токами питания, на другую, приводимую в действие либо одним током, либо несколькими токами, действующими как один. Сейчас будет описан другой способ сделать это.

При запуске магнитные полюса одного элемента или поля двигателя постепенно смещаются переменными токами, различающимися по фазе и пропускаемыми через независимые цепи питания, и приводят к короткому замыканию катушек другого элемента. Когда запущенный таким образом двигатель достигает или переходит предельную частоту вращения, синхронную с генератором, мистер Тесла подключает катушки, ранее закороченные, к источнику постоянного тока и путем изменения соединений цепи производит простое чередование полюсов. Затем двигатель продолжает работать синхронно с генератором. Двигатель, показанный здесь на рис. 41, представляет собой одну из обычных форм, с сердечниками возбуждения, либо слоистыми, либо сплошными, и с цилиндрическим слоистым якорем, намотанным, например, катушками Ab под прямым углом. На валу якоря установлены три собирающих или контактных кольца c D E. (Показаны для лучшей иллюстрации разными диаметрами).


РИС. 41.

Один конец катушки A соединяется с одним кольцом, как C, а один конец катушки B соединяется с кольцом D. Остальные концы соединены с кольцом E. Собирающие пружины или щетки F G H опираются на кольца и ведут к контактам выключателя, который будет описан ниже. Катушки возбуждения имеют свои выводы в соединительных стойках Kk и могут быть либо замкнуты сами на себя, либо соединены с источником постоянного тока L посредством переключателя M. Главный или управляющий выключатель имеет пять контактов a, b, c, d, e и два рычага f, которые поворачиваются и соединяются изолирующей перекладиной h с возможностью параллельного перемещения. Эти рычаги подключены к линейным проводам от источника переменного тока N. Контакт a соединен со щеткой G и катушкой B через мертвое сопротивление R и провод P. Контакт b соединен со щеткой F и катушкой A через катушку самоиндукции S и провод O. Контакты c и e соединены со щетками Gf, соответственно, через провода Po, а контакт d напрямую соединен со щеткой H. Рычаг f имеет расширенный конец, который может охватывать контакты ab. Когда рычаг g находится в таком положении на контакте d, переменные токи разделяются между двумя катушками двигателя, и из-за их разной самоиндукции получается разница в фазе тока, которая приводит двигатель во вращение. При запуске происходит короткое замыкание катушек возбуждения.

Когда двигатель достигает желаемой скорости, переключатель переводится в положение, показанное пунктирными линиями, то есть рычаги fg располагаются в точках ce. Это последовательно соединяет две катушки якоря, и затем двигатель будет работать как синхронный двигатель. Катушки возбуждения включаются в цепь с источником постоянного тока при переключении главного выключателя.

ГЛАВА X

_______________

ДВИГАТЕЛЬ С “ЗАДЕРЖКОЙ ТОКА”

ИСКУССТВЕННО ЗАЩИЩЕННЫЙ

Один из общих способов, которым мистер Тесла следовал при разработке своих вращающихся фазных двигателей, заключается в создании практически независимых токов, отличающихся главным образом по фазе, и пропускании их через цепи двигателя. Другой способ состоит в том, чтобы генерировать единый переменный ток, распределять его между цепями двигателя и искусственно создавать запаздывание в одной из этих цепей или ответвлений, например, придавая цепям различную самоиндуктивную способность, и другими способами. В первом случае, в котором необходимая разность фаз в первую очередь достигается при генерации токов, в некоторых случаях токи пропускаются через катушки питания обоих элементов двигателя — возбуждающего устройства и якоря; но дальнейший результат или модификация могут быть получены при выполнении этого в условиях, указанных ниже в случае двигателей, в которых задержка, как указано выше, обеспечивается искусственно.

Инжир. с 42 по 47 включительно приведены схемы различных способов реализации изобретения; и рис. 48, вид сбоку двигателя, использованного мистером Теслой для этой цели.


РИС. 42.


РИС. 43.


РИС. 44.


РИС. 45.


РИС. 46.


РИС. 47.


РИС. 48.

A B на рис. 42 обозначают две цепи питания двигателя, а c D - две цепи на якоре. Цепь или катушка A соединена последовательно с цепью или катушкой C, и две цепи Bd соединены аналогичным образом. Между катушками A и c находится контактное кольцо e, образующее один вывод последней, и щетка a, образующая один вывод первой. Кольцо d и щетка c аналогичным образом соединяют катушки B и D. Противоположные выводы катушек возбуждения подключаются к одной соединительной стойке h двигателя, а выводы катушек якоря аналогичным образом подключены к противоположной соединительной стойке i через контактное кольцо f и щетку g. Таким образом, каждая цепь двигателя, будучи соединенной с другой, включает в себя один якорь и одну катушку возбуждения. Эти цепи имеют разную самоиндукцию и могут быть выполнены различными способами. Для наглядности в одной из этих цепей показано искусственное сопротивление R, а в другой - катушка самоиндукции S. Когда переменный ток пропускается через этот двигатель, он распределяется между двумя его цепями питания. Более высокая самоиндукция одной цепи приводит к большему замедлению тока в ней, чем в другой. Разница фаз между двумя токами влияет на вращение или смещение точек максимального магнитного воздействия, которое обеспечивает вращение якоря. В определенных отношениях этот план включения в цепь как якоря, так и катушек возбуждения является заметным улучшением. Такой двигатель имеет хороший крутящий момент при запуске; однако он также имеет значительную тенденцию к синхронности из-за того, что при правильной конструкции максимальные магнитные эффекты как в якоре, так и в поле совпадают — условие, которое в обычной конструкции этих двигателей с замкнутыми катушками якоря достигается нелегко. Сконструированный таким образом двигатель также демонстрирует лучшее регулирование тока от холостого хода к нагрузке, и разница между кажущейся и реальной энергией, затрачиваемой на его запуск, меньше. Истинная синхронная скорость двигателя этой формы равна скорости генератора, когда оба они одинаковы, то есть, если количество катушек на якоре и на поле равно x, двигатель будет нормально работать с той же скоростью, что и приводящий его в действие генератор, если количество возбуждающих магнитов или полюсов одного и того же поля также равно x.

На рис. 43 показано несколько измененное расположение цепей. В этом случае имеется только одна катушка якоря E, обмотка которой поддерживает эффекты, соответствующие результирующим полюсам, создаваемым двумя цепями возбуждения.

На рис. 44 представлено расположение, при котором и якорь, и возбуждающее устройство намотаны двумя наборами катушек, все по нескольким дугам к линии или основному контуру. Катушки якоря намотаны так, чтобы соответствовать катушкам возбуждения в отношении их самоиндукции. Модификация этой схемы показана на рис. 45, то есть две катушки возбуждения и две катушки якоря являются производными друг от друга и расположены последовательно друг с другом. Катушки якоря в этом случае, как и на предыдущем рисунке, намотаны с разной самоиндукцией, чтобы соответствовать катушкам возбуждения.

Другая модификация показана на рис. 46. В этом случае в линейную цепь включена только одна катушка якоря, обозначаемая как D, в то время как другая, обозначаемая как C, закорочена.

При таком расположении, как показано на рис. 43, или при использовании только одной катушки якоря крутящий момент при запуске несколько снижается, в то время как тенденция к синхронности несколько возрастает.

При таком расположении, как показано на рис. 46, существовали бы противоположные условия. Однако в обоих случаях преимущество заключается в отказе от одного контактного кольца.

На рис. 46 две катушки возбуждения и катушка D якоря имеют кратную дугу. На рис. 47 это расположение изменено, катушка D показана последовательно с двумя катушками возбуждения.

На рис. 48 представлена схема общей формы двигателя, в которой воплощено это изобретение. Электрические соединения между якорем и катушками возбуждения выполняются, как показано на предыдущих рисунках, с помощью щеток и колец, которые не показаны.

ГЛАВА XI

_______________

ДРУГОЙ МЕТОД

ПРЕОБРАЗОВАНИЕ С ПОМОЩЬЮ КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА

К СИНХРОНИЗИРУЮЩЕМУ ДВИГАТЕЛЮ

В предыдущей главе мы описали метод, с помощью которого мистер Тесла меняет тип своего вращающегося двигателя с вращающего момента на синхронизирующий двигатель. Как будет показано, желаемый результат достигается изменением соединений схемы в нужный момент. Теперь мы перейдем к описанию другого способа достижения того же результата. Принцип, заложенный в этот метод, заключается в следующем:

Если переменный ток пропускать только через катушки возбуждения двигателя, имеющего два питающих контура с разной самоиндукцией, и катушки якоря закоротить, двигатель будет иметь сильный крутящий момент, но практически не будет иметь тенденции к синхронизации с генератором; но если тот же ток, который питает поле, пропускать также через катушки якоря, тенденция к сохранению синхронности очень значительно возрастает. Это связано с тем, что максимальные магнитные эффекты, производимые в поле и якоре, более близко совпадают. На основе этого принципа г-н Тесла конструирует двигатель, имеющий независимые цепи возбуждения с различной самоиндукцией, которые подключены к источнику переменного тока. Якорь намотан одной или несколькими катушками, которые соединены с катушками возбуждения через контактные кольца и щетки, а вокруг катушек якоря расположен шунт со средствами для их размыкания или замыкания. При запуске этого двигателя шунт замыкается вокруг катушек якоря, которые, следовательно, будут находиться в замкнутом контуре. Когда ток направляется через двигатель, он разделяется между двумя цепями (нет необходимости рассматривать любой случай, когда используется более двух цепей), которые из-за их разной самоиндукции обеспечивают разность фаз между двумя токами в двух ветвях, что приводит к смещению или вращению полюсов. При изменении тока в замкнутых или короткозамкнутых катушках якоря индуцируются другие токи, и двигатель развивает большой крутящий момент. Когда достигается желаемая скорость, шунт вокруг катушек якоря размыкается, и ток направляется как через катушки якоря, так и возбуждения. В этих условиях двигатель имеет сильную тенденцию к синхронности.

На рис. 49, А и В обозначены катушки возбуждения двигателя. Поскольку цепи, включающие эти катушки, имеют разную самоиндукцию, это представлено катушкой сопротивления R в цепи с A и катушкой самоиндукции S в цепи с B. Тот же результат, конечно, может быть достигнут с помощью намотки катушек. c - цепь якоря, выводами которой являются кольца ab. Щетки cd опираются на эти кольца и соединяются с линейными и полевыми цепями. D - шунт или короткое замыкание вокруг якоря. E - выключатель в шунте.


РИС. 49, 50 и 51.

Следует заметить, что при таком расположении, как показано на рис. 49, поскольку цепи возбуждения A и B имеют разную самоиндукцию, в одной из них всегда будет большее запаздывание тока, чем в другой, и что, как правило, фазы якоря будут соответствовать не одной из них, а результирующей обеих. Поэтому важно соблюдать соответствующие правила при намотке якоря. Например, если двигатель имеет восемь полюсов — по четыре в каждой цепи — результирующих полюсов будет четыре, и, следовательно, обмотка якоря должна быть такой, чтобы образовывать четыре полюса, чтобы образовать настоящий синхронизирующий двигатель.

Схема, рис. 50, отличается от предыдущей только порядком соединений. В данном случае катушка якоря, вместо того чтобы быть соединенной последовательно с катушками возбуждения, находится с ними в многократной дуге. Обмотка якоря может быть аналогична обмотке возбуждения, то есть якорь может иметь две или более катушек, намотанных или приспособленных для различной самоиндукции и, предпочтительно, приспособленных для получения той же разности фаз, что и катушки возбуждения. При запуске двигателя шунт замыкается вокруг обеих катушек. Это показано на рис. 51, на котором катушки якоря имеют форму F G. Чтобы указать на их различный электрический характер, в схеме с ними показаны, соответственно, сопротивление R и катушка самоиндукции S. Две катушки якоря соединены последовательно с катушками возбуждения, и используется такое же расположение шунта или короткого замыкания D. При работе двигателей такого типа преимуществом является конструкция или намотка якоря таким образом, чтобы при коротком замыкании при запуске он имел тенденцию развивать более высокую скорость, чем та, которая синхронизируется с генератором. Например, данный двигатель, имеющий, скажем, восемь полюсов, должен работать при короткозамкнутой обмотке якоря со скоростью две тысячи оборотов в минуту, чтобы обеспечить его синхронность. Однако, как правило, случается, что эта скорость не достигается из-за того, что токи якоря и возбуждения не соответствуют должным образом, так что при пропускании тока через якорь (двигатель не совсем соответствует синхронности) возникает опасность, что он не будет “держаться”, как это называется. Поэтому предпочтительно намотать двигатель или сконструировать его таким образом, чтобы при запуске, когда катушки якоря замыкаются коротким замыканием, двигатель имел тенденцию достигать скорости, превышающей синхронную, — например, вдвое большей последней. В таком случае упомянутая выше трудность не ощущается, поскольку двигатель всегда будет поддерживать синхронность, если синхронная скорость — в предполагаемом случае две тысячи оборотов — достигнута или превышена. Это может быть достигнуто различными способами, но для всех практических целей будет достаточно следующего: на якорь намотаны два комплекта катушек. При запуске только один из них замыкается коротким замыканием, в результате чего образуется несколько полюсов на якоре, которые будут стремиться увеличить скорость выше синхронного предела. Когда такой предел достигнут или пройден, ток направляется через другую катушку, которая за счет увеличения числа полюсов якоря стремится поддерживать синхронность.

На рис. 52 показано такое расположение. Двигатель, имеющий, скажем, восемь полюсов, содержит две цепи возбуждения A и B с разной самоиндукцией. Якорь состоит из двух катушек F и G. Первый замкнут сам на себя, второй соединен с полем и линией через контактные кольца ab, щетки cd и переключатель E. При запуске активна только катушка F, и двигатель имеет тенденцию работать со скоростью, превышающей синхронную; но когда катушка G подключена к цепи, количество полюсов якоря увеличивается, в то время как двигатель становится настоящим синхронным двигателем. Преимущество такого расположения заключается в том, что замкнутая цепь якоря передает двигателю крутящий момент при снижении частоты вращения, но в то же время условия таковы, что двигатель быстрее выходит из синхронизма. Чтобы усилить тенденцию к синхронности, на якоре могут использоваться две цепи, одна из которых замыкается при запуске, и обе подключаются к внешней цепи после достижения или пропуска синхронной скорости. Такое расположение показано на рис. 53. Имеются три контактных кольца ab e и три щетки cd f, которые соединяют цепи якоря с внешней цепью. При запуске переключатель H поворачивается, чтобы завершить соединение между одной соединительной стойкой P и катушками возбуждения. При этом происходит короткое замыкание одной из катушек якоря, как указано в G. Другая катушка F отключена от цепи и разомкнута. Когда двигатель набирает обороты, переключатель H поворачивается обратно, так что соединение от соединительной стойки P с катушками возбуждения осуществляется через катушку G, а переключатель K замыкается, тем самым включая катушку F по множественной дуге с катушками возбуждения. Таким образом, обе катушки якоря активны.


РИС. 52.


РИС. 53.

Из вышеописанных примеров очевидно, что возможны многие другие варианты осуществления изобретения.

ГЛАВА XII

_______________

ДВИГАТЕЛЬ С МАГНИТНЫМ ЗАПАЗДЫВАНИЕМ

Следующее описание касается другой формы двигателя, а именно зависящего от "магнитного запаздывания” или гистерезиса, его особенностью является то, что в нем эффекты притяжения или фазы, хотя и отстают от фаз тока, которые их производят, проявляются одновременно, а не последовательно. Ученые, как правило, не верили в феномен, использованный таким образом на ранней стадии мистером Теслой, и проф. Айртон, вероятно, был первым, кто выступил в его защиту или разъяснил причину его предполагаемого существования.

На рис. 54 показан вид двигателя сбоку, по высоте. Рис. 55 - вид в разрезе под прямым углом к рис. 54. Рис. 56 - вид в конце модификации по высоте и в разрезе детали, а рис. 57 - аналогичный вид другой модификации.


РИС. 54.


РИС. 55.


РИС. 56.


РИС. 57.

На рис. 54 и 55 A обозначает основание или стойку, а Bb - несущую раму двигателя. К несущей раме прикручены болтами два магнитопровода или полюсных наконечника cc из железа или мягкой стали. Они могут быть разделены или ламинированы, и в этом случае следует использовать пластины или прутки из твердого железа или стали, или они должны быть намотаны замкнутыми рулонами. D представляет собой круглую дисковую арматуру, изготовленную из секций или железных пластин и установленную в раме между опорами cc, изогнутыми в соответствии с их круглой формой. Этот диск может быть намотан несколькими замкнутыми катушками E. Ff являются основными катушками питания, поддерживаемыми опорной рамой, так что в сферу их намагничивающего воздействия попадают как полюсные наконечники cc, так и якорь D. Полюсные наконечники c c выступают за витки F F с противоположных сторон, как показано на чертежах. Если через катушки Ff пропустить переменный ток, произойдет вращение якоря, и это вращение объясняется следующим очевидным действием или режимом работы: импульс тока в катушках Ff устанавливает две полярности в двигателе. Выступающий конец полюса С, например, будет иметь один знак, а соответствующий конец полюса С будет иметь противоположный знак. Якорь также имеет два полюса, расположенных под прямым углом к катушкам Ff, подобно полюсам полюсных наконечников, расположенных на одной стороне катушек. Пока течет ток, заметной тенденции к вращению не наблюдается; но после того, как каждый импульс тока прекращается или начинает ослабевать, магнетизм в якоре и на концах полюсных наконечников cc ослабевает или продолжает проявляться, что вызывает вращение якоря за счет силы отталкивания между более близко расположенными точками максимального магнитного воздействия. Этот эффект продолжается за счет изменения направления тока, полярности поля и якоря просто меняются местами. Один или оба элемента — якорь или поле — могут быть намотаны замкнутыми индуктивными катушками для усиления этого эффекта. Хотя на иллюстрациях показано только одно из полей, каждый элемент двигателя на самом деле представляет собой поле, намотанное замкнутыми катушками, причем токи индуцируются в основном в тех витках или катушках, которые параллельны катушкам Ff.

Модифицированная форма этого двигателя показана на рис. 56. В этой форме G является одним из двух стандартов, поддерживающих подшипники вала якоря. Hh представляют собой стойки или боковые стороны рамы, предпочтительно магнитной, концы cc которой изогнуты указанным способом, чтобы соответствовать форме якоря D и образовывать полюса возбуждающего магнита. Конструкция якоря может быть такой же, как на предыдущем рисунке, или это может быть просто магнитный диск или цилиндр, как показано, и катушка или катушки Ff закреплены таким образом, чтобы окружать как якорь, так и полюса cc. Якорь отсоединяется от своего вала, последний пропускается через якорь после того, как он установлен на место. Принцип работы двигателя этой формы такой же, как и ранее описанный, и не нуждается в дополнительных объяснениях.

Однако одной из наиболее важных особенностей двигателей переменного тока является то, что они должны быть адаптированы к используемым в настоящее время цепям переменного тока и способны эффективно работать в них, в которых почти без исключения генераторы обеспечивают очень большое количество чередований. Такой двигатель рассматриваемого типа мистер Тесла сконструировал, развивая принцип работы двигателя, показанного на рис. 56, создавая многополярный двигатель, который проиллюстрирован на рис. 57. В конструкции этого двигателя он использует кольцевую магнитную раму J с выступающими внутрь ребрами или выступами K, все концы которых изгибаются или поворачиваются в одном направлении и обычно имеют форму, соответствующую изогнутой поверхности якоря. Катушки Ff наматываются от одной части K к следующей соседней, при этом концы или петли каждой катушки или группы проводов переносятся к валу таким образом, чтобы образовать U-образные группы витков на каждом конце якоря. Полюсные наконечники cc, будучи по существу концентричными якорю, образуют выступы, вдоль которых укладываются катушки, и должны выступать в некоторой степени за пределы катушек, как показано на рисунке. Цилиндрический или барабанный якорь D имеет ту же конструкцию, что и в других описанных двигателях, и установлен с возможностью вращения внутри кольцевой рамы J и между U-образными концами или изгибами катушек F. Катушки F соединены несколькими или последовательно с источником переменного тока и намотаны таким образом, что при подаче тока или импульса тока заданного направления они будут приводить к чередованию полюсных наконечников c одной полярности и других полюсных наконечников C противоположной полярности. Принцип работы этого двигателя такой же, как и у другого, описанного выше, поскольку при рассмотрении любых двух полюсных наконечников cc импульс тока, проходящий в катушке, которая соединяет их или намотана на обе, имеет тенденцию устанавливать полярности на их концах противоположного знака и устанавливать в сердечнике якоря между ними полярность того же знака, что и у ближайшего полюсного наконечника c. При падении или прекращении импульса тока, установившего эти полярности, магнетизм, который отстает от фазы тока и который продолжает проявляться в полярных выступах cc и якоря, производит посредством отталкивание - вращение якоря. Эффект продолжается при каждом изменении тока на противоположный. То, что происходит в случае одной пары полюсных наконечников, происходит одновременно во всех, так что тенденция к вращению якоря измеряется суммой всех сил, прилагаемых полюсными наконечниками, как описано выше. В этом двигателе также магнитное запаздывание или эффект усиливается за счет намотки одного или обоих сердечников замкнутыми индуктивными катушками. Сердечник якоря показан намотанным таким образом. При использовании закрытых катушек сердечники должны быть ламинированы.

Очевидно, что для приведения в действие описанных выше двигателей может использоваться как импульсный, так и переменный ток.

Понятно, что для правильной конструкции этого двигателя необходимо учитывать степень разделения, массу железа в сердечниках, их размер и количество изменений тока, используемого для запуска двигателя. Другими словами, во всех таких двигателях должно соблюдаться надлежащее соотношение между числом оборотов и массой, размером или качеством железа, чтобы обеспечить наилучшие результаты.

ГЛАВА XIII

_______________

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ РАЗНОСТИ

ФАЗЫ С ПОМОЩЬЮ МАГНИТНОГО ЭКРАНИРОВАНИЯ

В том классе двигателей, в которых используются два или более набора возбуждающих магнитов и в которых искусственным путем устанавливается определенный интервал времени между соответствующими максимальными или минимальными периодами или фазами их магнитного притяжения или действия, интервал или разница в фазе между двумя наборами магнитов ограничена по величине. Желательно, однако, для экономичной работы таких двигателей, чтобы сила или притяжение одного набора магнитов было максимальным в то время, когда сила притяжения другого набора магнитов минимальна, и наоборот; но эти условия до сих пор не были реализованы, за исключением случаев, когда два тока были получены от независимых источников в одной и той же или разных машинах. Поэтому г-н Тесла изобрел двигатель, воплощающий условия, которые более приближаются к теоретическим требованиям идеальной работы, или, другими словами, он искусственно создает разницу магнитных фаз с помощью тока от одного первичного источника, достаточной по величине, чтобы соответствовать требованиям безопасности. требования практической и экономичной работы. Он использует двигатель с двумя наборами возбуждающих или полевых магнитов, каждый из которых намотан катушками, соединенными с источником переменного или быстро меняющегося тока, но образующими два отдельных пути или контура. Магниты одного комплекта в определенной степени защищены от возбуждающего действия тока с помощью магнитного экрана, установленного между магнитом и его питающей катушкой. Этот экран должным образом приспособлен к условиям конкретных случаев, чтобы экранировать или защищать основной сердечник от намагничивания до тех пор, пока он сам не станет насыщенным и больше не сможет сдерживать все силовые линии, создаваемые током. Будет видно, что с помощью этого средства возбуждающее действие начинается в защищенном наборе магнитов на определенный произвольно определенный период времени позже, чем в другом, и что только с помощью этого средства или в сочетании с другими ранее применявшимися средствами или устройствами можно легко обеспечить практическое различие магнитных фаз.

На рис. 58 представлен вид двигателя, частично в разрезе, со схемой, иллюстрирующей изобретение. На рис. 59 представлен аналогичный вид такой же модификации.


РИС. 58.


РИС. 59.

На рис. 58, который демонстрирует простейшую форму изобретения, Aa представляет собой возбуждающий магнит двигателя, имеющий, скажем, восемь полюсов или выступающие внутрь сердечники B и c. Сердечники B образуют один набор магнитов и питаются от катушек D. Сердечники C, образующие другой набор, питаются от катушек E, и катушки соединены, предпочтительно, последовательно друг с другом, в двух производных или разветвленных цепях, Fg, соответственно, от подходящего источника тока. Каждая катушка E окружена магнитным экраном H, который предпочтительно состоит из отожженной, изолированной или окисленной железной проволоки, обернутой или намотанной на катушки указанным способом таким образом, чтобы образовать замкнутую магнитную цепь вокруг катушек и между ними и магнитопроводами c. Между полюсными наконечниками или сердечниками bc установлен якорь K, который, как обычно в машинах этого типа, намотан замкнутыми на себя катушками L . Работа, вытекающая из этого расположения, заключается в следующем: если импульс тока направить через две цепи двигателя, он быстро подаст напряжение на сердечники B, но не на сердечники C, по той причине, что при прохождении через катушки E возникает влияние замкнутых магнитных цепей, образованных экранами H. Первый эффект заключается в эффективном замедлении импульса тока в цепи G, в то время как в то же время доля проходящего тока не намагничивает сердечники C, которые экранированы экранами H. Поскольку увеличивающаяся электродвижущая сила затем усиливает ток через катушки E, железная проволока H становится магнитно насыщенной и неспособной переносить все силовые линии и, следовательно, перестает защищать сердечники C, которые намагничиваются, развивая свой максимальный эффект через промежуток времени, следующий за аналогичным проявлением силы в другом наборе магнитов, степень которого произвольно определяется толщина экрана H и другие хорошо понятные условия.

Из вышесказанного будет видно, что устройство действует двумя способами. Во-первых, за счет замедления тока и, во-вторых, за счет замедления намагничивания одного набора сердечников, из чего легко вытекает его эффективность.

Возможны многие модификации принципа этого изобретения. Одно полезное и эффективное применение изобретения показано на рис. 59. На этом рисунке показан двигатель, во всех отношениях аналогичный описанному выше, за исключением того, что железная проволока H, которая намотана на катушки E, в данном случае соединена последовательно с катушками D. Катушки H из железной проволоки соединены и намотаны таким образом, чтобы иметь небольшую самоиндукцию или вообще не иметь ее, и при добавлении к сопротивлению цепи F действие тока в этой цепи будет ускорено, в то время как в другой цепи G оно будет замедлено. Щит H может быть изготовлен во многих формах, как будет понятно, и использоваться различными способами, как явствует из предыдущего описания.

В качестве модификации своего типа двигателя с “экранированными” полями мистер Тесла сконструировал двигатель с магнитным полем, имеющим два набора полюсов или выступающих внутрь сердечников, расположенных бок о бок, так что практически образуются два силовых поля, расположенных попеременно, то есть с полюсами одного набора или поля напротив промежутков между другими. Затем он соединяет свободные концы одного набора полюсов с помощью многослойных железных полос или перемычек значительно меньшего поперечного сечения, чем сами сердечники, в результате чего все сердечники будут составлять части полных магнитных цепей. Когда катушки на каждом наборе магнитов соединены в несколько цепей или ответвлений от источника переменного тока, электродвижущие силы создаются в каждой цепи или воздействуют на нее одновременно; но катушки на сердечниках с магнитным мостом или шунтированием будут иметь, из-за замкнутых магнитных цепей, высокую самоиндукцию, которая замедляет ток, позволяя в начале каждого импульса проходить незначительному току. С другой стороны, поскольку в другом наборе катушек такого противодействия не наблюдается, ток свободно проходит через них, намагничивая полюса, на которые они намотаны. Однако, как только слоистые перемычки насыщаются и становятся неспособными переносить все силовые линии, создаваемые возрастающей электродвижущей силой и, следовательно, увеличивающимся током, на концах сердечников образуются свободные полюса, которые, действуя совместно с другими, вызывают вращение якоря.

Конструкция, в деталях иллюстрирующая это изобретение, показана на прилагаемых чертежах.

На рис. 60 показан вид двигателя сбоку, воплощающий этот принцип. На рис. 61 показано вертикальное поперечное сечение двигателя. А - это каркас двигателя, который должен быть изготовлен из листов железа, пробитых до нужной формы и скрепленных болтами с изоляцией между листами. В готовом виде рама представляет собой полевой магнит с выступающими внутрь полюс-ными элементами B и c. Чтобы приспособить их к требованиям данного конкретного случая, эти полюсные наконечники расположены не на одной линии друг с другом, те, что обозначены как B, окружают один конец якоря, а другие, обозначенные как C, - противоположный конец, и они расположены попеременно, то есть полюсные наконечники одного комплекта расположены на одной линии с промежутками между полюсами других комплектов.


РИС. 60.


РИС. 61.

Якорь D имеет цилиндрическую форму, также ламинирован обычным способом и намотан в продольном направлении с замкнутыми друг на друга витками. Опоры c соединены или шунтируются перемычками E. Они могут быть изготовлены независимо и прикреплены к опорам, или они могут быть частями форм или заготовок, отштампованных или вырубленных из листового железа. Их размер или масса определяется различными условиями, такими как сила используемого тока, масса или размер сердечников, к которым они приложены, и другими знакомыми условиями.

Катушки F окружают полюсные наконечники B, а другие катушки G намотаны на полюсные наконечники c. Эти катушки соединены последовательно в двух цепях, которые являются ответвлениями цепи от генератора переменного тока, и они могут быть намотаны таким образом, или соответствующие цепи, в которые они включены, могут быть расположены таким образом, что цепь катушек G будет иметь, независимо от описанной конкретной конструкции, более высокую самоиндукцию, чем другая цепь или ответвление.

Функция шунтов или перемычек E заключается в том, что они должны образовывать с сердечниками c замкнутую магнитную цепь для тока заданной силы, так что при насыщении таким током и неспособности переносить больше силовых линий, чем создает такой ток, они не будут в дальнейшей заметной степени препятствовать развитию более сильным током свободных магнитных полюсов на концах сердечников c.

В таком двигателе ток в катушках G настолько замедлен, а проявление свободного магнетизма в полюсах c настолько задерживается после периода максимального магнитного воздействия в полюсах B, что создается сильный крутящий момент, и двигатель работает примерно с мощностью, развиваемой в двигателях такого типа, питаемых независимо генерируемыми токами, отличающимися на полную четверть фазы.

ГЛАВА XIV

_______________

ТИП ОДНОФАЗНОГО ДВИГАТЕЛЯ ТЕСЛА

К настоящему моменту были описаны два основных типа двигателей Тесла: во-первых, те, которые содержат две или более цепи питания, через которые пропускаются переменные токи, отличающиеся друг от друга по фазе в степени, достаточной для обеспечения непрерывного прогрессирования или смещения полюсов или точек наибольшего магнитного воздействия, в соответствии с которыми подвижный элемент двигателя поддерживается во вращении; во-вторых, те, которые содержат полюса или части с различной магнитной восприимчивостью, которые под возбуждающим воздействием одного и того же тока или двух токов, совпадающих по фазе, будут демонстрировать различия в их магнитных периодах или фазах. В двигателях первого класса крутящий момент возникает из-за магнетизма, создаваемого в различных частях двигателя токами от одного и того же или от независимых источников и проявляющих временную разницу в фазе. Во втором классе крутящий момент возникает в результате возбуждающего воздействия тока на различные части двигателя, которые различаются по магнитной восприимчивости, другими словами, части, которые в одинаковой относительной степени реагируют на действие тока, но не одновременно, а через разные промежутки времени.

Однако в другом двигателе Теслы крутящий момент, вместо того чтобы быть исключительно результатом разницы во времени магнитных периодов или фаз полюсов или частей, притягиваемых по какой-либо причине, создается угловым смещением частей, которые, хотя и подвижны относительно друг друга, намагничиваются одновременно или примерно так одними и теми же токами. Этот принцип действия был практически воплощен в двигателе, в котором необходимое угловое смещение между точками наибольшего магнитного притяжения в двух элементах двигателя — якоре и возбуждающем элементе — достигается за счет направления расслоения магнитных сердечников элементов.

На рис. 62 показан вид сбоку такого двигателя с обнаженной частью сердечника его якоря. На рис. 63 показан вид его торца или ребра. На рис. 64 показано центральное поперечное сечение того же самого якоря, причем арматура показана в основном по высоте.


РИС. 62.


РИС. 63.


РИС. 64.

Пусть A A обозначает две пластины, изготовленные из тонких секций или пластин мягкого железа, более или менее изолированные друг от друга, скрепленные болтами a и прикрепленные к основанию B. Внутренние поверхности этих пластин содержат углубления или канавки, в которых спираль или спирали D закреплены наклонно к направлению слоев. Внутри катушек D находится диск E, предпочтительно состоящий из намотанной по спирали железной проволоки или ленты или ряда концентрических колец и установленный на валу F, имеющем подшипники в пластинах A. Такое устройство при воздействии переменного тока способно вращаться и представляет собой двигатель, работу которого можно объяснить следующим образом: ток или импульс тока, проходящий через катушки D, имеет тенденцию намагничивать сердечники Aa и E, все из которых находятся под действием поля катушек. Установленные таким образом полюса, естественно, лежали бы на одной линии под прямым углом к виткам D, но в пластинах A они отклонены из-за направления слоев и появляются на концах этих пластин или вблизи них. Однако в диске, где этих условий нет, полюса или точки наибольшего притяжения находятся на линии, расположенной под прямым углом к плоскости катушек; следовательно, за счет этого углового смещения полюсов или магнитных линий будет создаваться крутящий момент, который приводит диск во вращение, при этом магнитные линии якоря и поля стремятся к параллельному положению. Это вращение продолжается и поддерживается за счет реверсирования тока в катушках Dd, которые попеременно меняют полярность сердечников возбуждения A . Эта тенденция к вращению или эффект будет значительно усилен за счет намотки диска проводниками G, замкнутыми сами на себя и имеющими радиальное направление, в результате чего магнитная напряженность полюсов диска будет значительно увеличена за счет возбуждающего эффекта токов, индуцируемых в катушках G переменными токами в катушках D.

Сердечники диска и магнитного поля могут иметь разную магнитную восприимчивость, а могут и не иметь ее, то есть они оба могут быть из одного и того же вида железа, чтобы катушки D намагничивались примерно в одно и то же мгновение; или один может быть из мягкого железа, а другой из твердого, чтобы между периодами их намагничивания могло проходить определенное время. В любом случае будет обеспечиваться вращение; но если диск не снабжен замкнутыми катушками питания, желательно, чтобы описанная выше разница магнитной восприимчивости использовалась для содействия его вращению.

Сердечники возбуждения и якоря могут быть изготовлены различными способами, как будет хорошо понятно, требуется только, чтобы слои в каждом из них располагались в таком направлении, чтобы обеспечить необходимое угловое смещение точек наибольшего притяжения. Более того, поскольку диск можно рассматривать как состоящий из бесконечного числа радиальных плеч, очевидно, что то, что верно для диска, справедливо и для многих других форм арматуры.

ГЛАВА XV

_______________

ДВИГАТЕЛИ С ЦЕПЯМИ Из

РАЗЛИЧНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ

Как указывалось в другом месте, запаздывание фаз переменного тока прямо пропорционально самоиндукции и обратно пропорционально сопротивлению цепи, по которой протекает ток. Следовательно, чтобы обеспечить надлежащую разность фаз между двумя цепями двигателя, желательно сделать самоиндукцию в одной из них намного выше, а сопротивление намного ниже, чем самоиндукция и сопротивление, соответственно, в другой. В то же время магнитные величины двух полюсов или наборов полюсов, которые создают две цепи, должны быть приблизительно равны. Эти требования привели мистера Теслу к изобретению двигателя, имеющего следующие общие характеристики: Катушки, которые включены в цепь питания, которая должна иметь более высокую самоиндукцию, изготовлены из грубой проволоки или проводника с относительно низким сопротивлением и с максимально возможной длиной или количеством витков. В другом наборе катушек используется сравнительно несколько витков более тонкой проволоки или проволока с более высоким сопротивлением. Более того, чтобы приблизиться к магнитным величинам полюсов, возбуждаемых этими катушками, мистер Тесла использует в цепи самоиндукции сердечники гораздо большей длины, чем в другой цепи сопротивления.

На рис. 65 показан вид двигателя в разрезе под прямым углом к валу. На рис. 66 приведена схема цепей возбуждения.


РИС. 65.


РИС. 66.

На рис. 66 пусть A представляет катушки в одной цепи двигателя, а B - в другой. Схема A должна иметь более высокую самоиндукцию. Следовательно, при формировании катушек этой цепи используется крупнозернистая проволока большой длины или большого количества витков. Для схемы В используется проводник меньшего размера или проводник с более высоким сопротивлением, чем медь, такой как немецкое серебро или железо, и катушки наматываются с меньшим количеством витков. Применяя эти катушки к двигателю, мистер Тесла создает полевой магнит из пластин С из железа и стали, скрепленных обычным способом болтами D. Каждая пластина образована четырьмя (более или менее) длинными сердечниками E, вокруг которых имеется пространство для размещения катушки и равное количество коротких выступов F для размещения катушек цепи сопротивления. Пластины обычно имеют кольцевую форму, имея открытое пространство в центре для размещения якоря G, который мистер Тесла предпочитает наматывать закрытыми катушками. Переменный ток , разделенный между двумя цепями , замедляется по фазам в цепи А в гораздо большей степени, чем в цепи В. Из-за относительных размеров и расположения сердечников и катушек магнитное воздействие полюсов E и F на якорь очень приблизительно.

Важный результат, обеспечиваемый показанной здесь конструкцией, заключается в том, что эти катушки, рассчитанные на более высокую самоиндукцию, почти полностью окружены железом, и, таким образом, замедление очень существенно увеличивается.

ГЛАВА XVI

_______________

ДВИГАТЕЛЬ С РАВНОЙ МАГНИТНОЙ ЭНЕРГИЕЙ

В ПОЛЕВЫХ УСЛОВИЯХ И АРМАТУРЕ

Предположим, что энергия, представленная в магнетизме в поле данного двигателя с вращающимся полем, равна девяноста, а энергия якоря - десяти. Сумма этих величин, которая представляет собой общую энергию, затрачиваемую на приведение в действие двигателя, равна ста; но, предполагая, что двигатель сконструирован таким образом, что энергия в поле представлена пятьюдесятью, а в якоре - пятьюдесятью, сумма все равно равна ста; но если в первом случае произведение равно девятистам, во втором - двум тысячам пятистам, и поскольку вырабатываемая энергия пропорциональна этим произведениям, ясно, что наиболее эффективными являются те двигатели, при прочих равных условиях, в которых магнитные энергии, вырабатываемые в якоре и поле, равны. Этих результатов мистер Тесла добивается, используя одинаковое количество меди или ампер-витков в обоих элементах, когда сердечники обоих равны или приблизительно равны, и один и тот же ток питает оба; или в случаях, когда токи в одном элементе индуцируются по сравнению с токами в другом, он использует в индуцированных катушках избыток меди по сравнению с первичным элементом или проводником.

Представленная здесь условная схема двигателя, рис. 67, даст представление о решении, предложенном мистером Теслой для конкретной проблемы. Ссылаясь на чертеж, A - это возбуждающий магнит, B - якорь, c - катушки возбуждения и D - катушки якоря двигателя.


РИС. 67.

Вообще говоря, если массы сердечников якоря и возбуждающего устройства равны, количество витков меди или ампер в катушках питания обеих катушек также должно быть равным; но эти условия будут изменены в различных типах машин. Следует понимать, что эти результаты наиболее выгодны, когда они существуют в представленных условиях, когда двигатель работает с нормальной нагрузкой, и этот момент следует хорошо иметь в виду.

ГЛАВА XVII

_______________

ДВИГАТЕЛИ С СОВПАДАЮЩИМИ

МАКСИМУМЫ МАГНИТНОГО ЭФФЕКТА

В АРМАТУРЕ И ПОЛЕВЫХ УСЛОВИЯХ

В этой форме двигателя целью мистера Теслы является проектирование и сборка машин, в которых максимумы магнитных эффектов якоря и поля будут более близко совпадать, чем в некоторых из рассмотренных ранее типов. К этим типам относятся: во-первых, двигатели, имеющие две или более питающих цепей одинакового электрического характера, и при работе которых используемые токи различаются главным образом по фазе; во-вторых, двигатели с множеством питающих цепей различного электрического характера, в которых разность фаз создается искусственно или посредством них, и, в-третьих, двигатели с множеством питающих цепей, токи в одной из которых индуцируются за счет токов в другой. Принимая во внимание конструктивные и рабочие условия любого из них — как, например, названного выше — якорь, который установлен с возможностью вращения под совместным влиянием или действием цепей питания, имеет намотанные на него катушки, которые замкнуты сами на себя и в которых токи индуцируются токами питания с целью и результатом подачи питания на сердечник якоря; но при любых таких условиях, которые должны существовать в этих двигателях, очевидно, что должно пройти определенное время между проявлениями импульса тока возбуждения в катушках возбуждения и соответствующим магнитным состоянием или фазой в сердечнике якоря. якорь устанавливается индуцируемым таким образом током; следовательно, данное магнитное влияние или эффект в поле, который является прямым результатом первичного импульса тока, будет более или менее ослаблен или потерян до того, как соответствующий эффект в якоре, вызванный косвенно, достигнет своего максимума. Это условие неблагоприятно для эффективной работы в определенных случаях — как, например, когда перемещение результирующих полюсов или точек максимального притяжения очень велико, или когда используется очень большое количество чередований, — поскольку очевидно, что более сильная тенденция к вращению будет сохраняться, если максимальные магнитные притяжения или условия как в якоре, так и в поле совпадают, при этом энергия, вырабатываемая двигателем, измеряется произведением магнитных величин якоря и поля.

Чтобы обеспечить это совпадение максимальных магнитных эффектов, мистер Тесла изобрел различные средства, как описано ниже. Рис. 68 представляет собой схематическую иллюстрацию системы двигателя Теслы, в которой переменные токи поступают из независимых источников и различаются в основном по фазе.


РИС. 68.

A обозначает полевой магнит или магнитную рамку двигателя; Bb - противоположно расположенные полюсные наконечники, приспособленные для приема катушек одного контура питания; и cc - аналогичные полюсные наконечники для катушек другого контура питания. Эти цепи обозначаются, соответственно, De, проводник D образует общий обратный канал к генератору G. Между этими полюсами смонтирован якорь — например, кольцевой якорь, намотанный серией катушек F, образующих замкнутую цепь или цепи. Действие двигателя, сконструированного таким образом, теперь хорошо изучено. Однако следует заметить, что магнетизм полюсов B, например, создаваемый импульсом тока в катушках на нем, предшествует магнитному эффекту, создаваемому в якоре индуцированным током в катушках F. Следовательно, взаимное притяжение между якорем и полюсами возбуждения значительно уменьшается. Будет обнаружено, что те же условия существуют, если вместо того, чтобы предполагать, что полюса B или c действуют независимо, мы рассматриваем идеальную равнодействующую обоих действующих совместно, что и является реальным условием. Чтобы исправить это, моторное поле сконструировано из вторичных полюсов Bc, которые расположены между остальными. Эти полюсные наконечники намотаны катушками D E, первая из которых относится к катушкам D, вторая - к катушкам E. Основные или первичные катушки D и E намотаны с самоиндукцией, отличной от самоиндукции катушек D и E, причем соотношения установлены таким образом, что если токи в D и E отличаются, например, на четверть фазы, токи в каждой вторичной обмотке, как De, будут отличаться от токов в соответствующей первичной обмотке D или E, скажем, на сорок пять градусов или одну восьмую периода.

Теперь, предполагая, что импульс или чередование в цепи или ветви E только начинается, в то время как в ветви D оно только падает с максимума, условия соответствуют разности фаз в четверть фазы. Следовательно, идеальную равнодействующую сил притяжения двух наборов полюсов Bc можно рассматривать как прогрессирующую от полюсов B к полюсам C, в то время как импульс в E возрастает до максимума, а в D падает до нуля или минимума. Полярность, установленная в якоре, однако, отстает от проявлений полевого магнетизма, и, следовательно, максимальные точки притяжения в якоре и поле, вместо того чтобы совпадать, смещены под углом. Этому эффекту противодействуют дополнительные полюса B C. Магнитные фазы этих полюсов следуют за магнитными фазами полюсов Bc на тот же или почти такой же промежуток времени, который проходит между воздействием полюсов bc и соответствующим индуцированным воздействием в якоре; следовательно, магнитные состояния полюсов Bc и якоря более близко совпадают и получается лучший результат. Как полюса Bc действуют совместно с полюсами якоря, установленными полюсами Bc, так, в свою очередь, полюса Cb действуют аналогично с полюсами, установленными Bc, соответственно. В таких условиях ослабление магнитного воздействия якоря и вторичных полюсов приведет к более близкому совпадению максимума двух полюсов и, соответственно, к более сильному крутящему моменту или магнитному притяжению.

При таком расположении, как показано на рис. 68, можно заметить, что, поскольку соседние полюсные наконечники любой цепи имеют одинаковую полярность, они будут оказывать определенное ослабляющее воздействие друг на друга. Поэтому мистер Тесла предпочитает выводить вторичные полюса из-под прямого влияния других. Это может быть сделано путем конструирования двигателя с двумя независимыми наборами полей и либо с одним, либо с двумя электрически соединенными якорями, либо с использованием двух якорей и одного поля. Эти модификации проиллюстрированы далее.

Рис. 69 представляет собой схематическую иллюстрацию двигателя и системы, в которых разница фаз создается искусственно. В одной ветви есть две катушки D D и две катушки E E в другой ветви основной цепи от генератора G. Эти две цепи или ответвления имеют разную самоиндукцию, причем одна, как и D, выше другой. На это графически указывает то, что катушки D намного больше катушек E. Из-за разницы в электрическом характере двух цепей фазы тока в одной из них запаздывают в большей степени, чем в другой. Пусть эта разница составит тридцать градусов. Сконструированный таким образом двигатель будет вращаться под действием переменного тока; но, как это происходит в ранее описанном случае, соответствующие магнитные эффекты якоря и поля не совпадают из-за времени, которое проходит между данным магнитным эффектом в якоре и состоянием поля, которое его создает. Таким образом, используются вторичные или дополнительные полюса Bc. При тридцатиградусной разнице фаз между токами в катушках De магнитный эффект полюсов Bc должен соответствовать магнитному эффекту, создаваемому током, отличающимся от тока в катушках D или E на пятнадцать градусов. Этого мы можем достичь, намотав на каждый дополнительный полюс B C две катушки H H. Катушки H включены в производную цепь, имеющую ту же самоиндукцию, что и цепь D, а катушки H - в цепь, имеющую ту же самоиндукцию, что и цепь E, так что, если эти цепи различаются на тридцать градусов, намагниченность полюсов Bc будет соответствовать намагниченности, создаваемой током, отличающимся от тока в D или E на пятнадцать градусов. Это верно и во всех остальных случаях. Например, если на рис. 68 катушки De заменить катушками Hh, включенными в производные схемы, то магнетизм полюсов Bc будет соответствовать по эффекту или фазе, если это можно так назвать, току, создаваемому током, отличающимся от тока в любой цепи D или E на сорок пять градусов, или на одну восьмую периода.


РИС. 69.

Это изобретение применительно к производному электродвигателю проиллюстрировано на рис. 70 и 71. На первом изображен конечный вид двигателя с якорем в разрезе и схемой соединений, а на рис. 71 показан вертикальный разрез по полю. Эти рисунки также нарисованы, чтобы показать одно из расположений двух полей, которые могут быть приняты при реализации принципа. Полюса B B c c находятся в одном поле, остальные полюса - в другом. Первые намотаны первичными катушками Ij и вторичными катушками Ij, вторые - катушками K L. Первичные катушки Ij находятся в производных цепях, между которыми из-за их различной самоиндукции существует разница по фазе, скажем, в тридцать градусов. Катушки Ik находятся в цепи друг с другом, как и катушки Jl, и между токами в катушках K и L и их соответствующими первичными токами должна быть разница по фазе, скажем, в пятнадцать градусов. Если полюса bc расположены под прямым углом, катушки якоря должны быть соединены непосредственно поперек, или можно использовать один сердечник якоря, намотанный от конца к концу; но если полюса bc расположены на одной линии, то, как будет хорошо понятно, должно произойти угловое смещение катушек якоря.


РИС. 70.


РИС. 71.

Принцип действия будет понятен из вышеизложенного. Максимальное магнитное состояние пары полюсов, обозначаемое как Bb, близко совпадает с максимальным эффектом в якоре, который отстает от соответствующего состояния в полюсах Bb

ГЛАВА XVIII

_______________

ДВИГАТЕЛЬ, ОСНОВАННЫЙ НА РАЗНОСТИ ФАЗ

В НАМАГНИЧИВАНИИ ВНУТРЕННЕГО

И ВНЕШНИЕ ЧАСТИ ЖЕЛЕЗНОГО СЕРДЕЧНИКА

Хорошо известно, что если магнитный сердечник, даже многослойный или разделенный, намотать изолированной катушкой и направить электрический ток через катушку, намагничивание всего сердечника происходит не сразу, эффект намагничивания проявляется не во всех частях одновременно. Это может быть связано с тем фактом, что действие тока заключается в том, чтобы сначала запитать те пластинки или части сердечника, которые находятся ближе всего к поверхности и примыкают к катушке возбуждения, а оттуда действие распространяется внутрь. Следовательно, между проявлением магнетизма во внешней и внутренней секциях или слоях сердечника проходит определенный промежуток времени. Если сердечник тонкий или имеет небольшую массу, этот эффект может быть незначительным; но в случае толстого сердечника или даже сравнительно тонкого сердечника, если число чередований или скорость изменения силы тока очень велики, временной интервал, возникающий между проявлениями магнетизма внутри сердечника и в тех частях, которые прилегают к катушке, более заметен. При конструировании таких устройств, как двигатели, которые рассчитаны на работу от переменного или эквивалентного тока, такого как пульсирующий или волнообразный ток в целом, мистер Тесла счел желательным и даже необходимым должным образом учитывать это явление и принимать специальные меры для предотвращения его последствий. С конкретной целью воспользоваться этим действием или эффектом и сделать его более выраженным, он конструирует полевой магнит, в котором части сердечника или сердечников, которые проявляют через разные промежутки времени магнитный эффект, сообщаемый им переменными или эквивалентными токами в катушке или катушках питания, расположены по отношению к вращающемуся якорю таким образом, чтобы оказывать на него свое притягивающее действие последовательно в порядке их намагничивания. Этим способом он обеспечивает результат, аналогичный тому, которого он ранее достигал в двигателях других форм или типов, в которых с помощью одного или нескольких переменных токов он добивался вращения или перемещения магнитных полюсов.

Сейчас будет описан этот новый режим работы. На рис. 72 показан боковой выступ такого двигателя. Рис. 73 - боковое возвышение более практичного и эффективного варианта осуществления изобретения. Рис.74 - центральное вертикальное сечение того же самого в плоскости оси вращения.


РИС. 72 и 73.


РИС. 74.

Ссылаясь на рис. 72, пусть X представляет собой большой железный сердечник, который может состоять из нескольких листов или пластин из мягкого железа или стали. Этот сердечник окружен катушкой Y, которая соединена с источником E быстро меняющихся токов. Давайте теперь рассмотрим магнитные условия, существующие в этом ядре в любой точке, такой как b, в центре или вблизи него, и в любой другой точке, такой как a, ближе к поверхности. Когда в намагничивающей катушке Y подается импульс тока, секция или часть в точке а, находящаяся близко к катушке, немедленно подается напряжение, в то время как секция или часть в точке в, которая, используя удобное выражение, “защищена” промежуточными секциями или слоями между а и в, не сразу проявляет свой магнетизм. Однако, по мере увеличения намагниченности a, b также подвергается воздействию, достигая, наконец, своей максимальной силы некоторое время спустя, чем a. При ослаблении тока сначала уменьшается намагниченность a, в то время как b все еще проявляет свою максимальную силу; но продолжающееся ослабление a сопровождается последующим ослаблением b. Предполагая, что ток является переменным, a теперь изменится на противоположный, в то время как b все еще сохраняет первую заданную полярность. Это действие сохраняет магнитное состояние b, следуя за магнитным состоянием a вышеописанным способом. Если якорь — например, простой диск F, установленный с возможностью свободного вращения на оси, — поднести поближе к сердечнику, диску будет придано вращательное движение, направление которого зависит от его положения относительно сердечника, причем тенденция заключается в повороте части диска, ближайшей к сердечнику, из положения а в положение в, как показано на рис. 72.

Это действие или принцип действия был воплощен в практически осуществимой форме двигателя, которая проиллюстрирована на рис. 73. Пусть А на этом рисунке представляет собой круглую железную раму, из диаметрально противоположных точек внутренней части которой выступают сердечники. Каждый сердечник состоит из трех основных частей B, B и C, и они аналогичным образом сформированы с прямой частью или корпусом e, вокруг которого намотана катушка питания, изогнутым плечом или удлинителем c и выступающим внутрь полюсом или концом d. Каждый сердечник состоит из двух частей Bb, с их полярными продолжениями, направленными в одном направлении, и частью c между двумя другими, с ее полярным продолжением, направленным в противоположном направлении. Чтобы уменьшить циркуляцию индуцированных в сердечниках токов, несколько секций изолированы друг от друга способом, обычно применяемым в таких случаях. Эти сердечники намотаны катушками D, которые включены в одну и ту же цепь либо параллельно, либо последовательно, и питаются переменным или пульсирующим током, предпочтительно первым, от генератора E, представленного схематически. Между сердечниками или их полярными продолжениями установлен цилиндрический или аналогичный якорь F, намотанный намагничивающими катушками G, замкнутыми сами на себя.

Принцип работы этого двигателя заключается в следующем: когда импульс тока или его изменение направляется через катушки D, секции Bb сердечников, находящиеся на поверхности и в непосредственной близости от катушек, немедленно получают напряжение. Секции C, с другой стороны, защищены от намагничивающего воздействия катушки расположенными между ними слоями железа B. B. Однако по мере увеличения магнетизма Bb секции c также получают напряжение; но они не достигают своей максимальной силы до определенного времени, следующего за проявлением секциями Bb своего максимума. При ослаблении тока магнитная сила Bb сначала уменьшается, в то время как секции c по-прежнему имеют максимальную прочность; но по мере того, как Bb продолжает ослабевать, внутренние секции также ослабляются. Затем Bb может начать проявлять противоположную полярность, за которой позже следует аналогичное изменение на C, и это действие продолжается. Следовательно, Bb и c можно рассматривать как отдельные магнитные поля, вытянутые таким образом, чтобы воздействовать на якорь в наиболее эффективных положениях, и эффект аналогичен эффекту в других формах двигателей теслы, а именно, вращение или прогрессирование максимальных точек силового поля. Любой якорь — такой, например, как диск, — установленный в этом поле, сначала вращался бы от полюса, проявляя свой магнетизм к тому, который проявляет его позже.

Очевидно, что описанный здесь принцип может быть реализован в сочетании с другими средствами для обеспечения более благоприятного или эффективного действия двигателя. Например, полярные продолжения секций с могут быть намотаны или окружены замкнутыми витками. Эффект этих катушек будет заключаться в еще более эффективном замедлении намагничивания полярных продолжений C.

ГЛАВА XIX

_______________

ДРУГОЙ ТИП ТЕСЛЫ

АСИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

Всем, кто интересуется развитием электротехнического искусства и внимательно, шаг за шагом, следит за работой пионеров, должно быть известно, что мистер Тесла первым применил индуктивные эффекты в постоянно замкнутых цепях при работе двигателей переменного тока. В этой главе описан и проиллюстрирован один простой тип такого двигателя, который послужит иллюстрацией принципа.

Предположим, что обычный генератор переменного тока подключен к цепи практически без самоиндукции, такой, например, как цепь, содержащая только лампы накаливания. При работе машины в цепи будут возникать переменные токи, и фазы этих токов теоретически будут совпадать с фазами создаваемой электродвижущей силы. Такие токи могут рассматриваться и обозначаться как “незарегистрированные токи”.

Разумеется, следует понимать, что на практике в цепи всегда присутствует большая или меньшая самоиндукция, которая в соответствующей степени изменяет эти условия; но для удобства этим можно пренебречь при рассмотрении принципа действия, поскольку применяются те же законы. Предположим далее, что через любые две точки вышеупомянутой цепи, состоящей, например, из первичной обмотки индукционного устройства, образован путь токов. Фазы токов, проходящих через первичную обмотку, вследствие ее самоиндукции, не будут совпадать с фазами приложенной электродвижущей силы, а будут отставать, причем такое отставание прямо пропорционально самоиндукции и обратно пропорционально сопротивлению указанной катушки. Включение этой катушки также вызовет запаздывание токов, проходящих и подаваемых генератором, за приложенной электродвижущей силой, такое запаздывание является средним значением или результирующей запаздывания тока только через первичную обмотку и ”незапланированного тока" во всей рабочей цепи. Далее рассмотрим условия, налагаемые ассоциацией вторичной катушки в индуктивном отношении с первичной обмоткой. Ток, генерируемый во вторичной катушке, будет реагировать на первичный ток, изменяя его замедление в зависимости от величины самоиндукции и сопротивления во вторичной цепи. Если вторичная цепь имеет лишь небольшую самоиндукцию — как, например, когда она содержит только лампы накаливания, — это увеличит фактическую разность фаз между ее собственным и первичным током, во-первых, за счет уменьшения запаздывания между первичным током и приложенной электродвижущей силой, и, во-вторых, за счет ее собственного запаздывания или замедления по отношению к приложенной электродвижущей силе. С другой стороны, если вторичная цепь имеет высокую самоиндукцию, ее отставание от тока в первичной обмотке напрямую увеличивается, в то время как оно будет еще больше увеличено, если первичная обмотка имеет очень низкую самоиндукцию. Лучшие результаты получаются, когда первичная обмотка имеет низкую самоиндукцию.

На рис. 75 приведена схема двигателя Тесла, воплощающая этот принцип. На рис. 76 представлена аналогичная схема его модификации. На рис. 75 пусть A обозначает возбуждающий магнит двигателя, который, как и во всех подобных двигателях, состоит из секций или пластин. Bc - полярные выступы, на которые намотаны катушки. На одну пару этих полюсов, как C, намотаны первичные катушки D, которые непосредственно подключены к цепи генератора переменного тока G. На те же полюса также намотаны вторичные катушки F, либо бок о бок, либо поверх или под первичными катушками, и они соединены с другими катушками E, которые окружают полюса B. B. Токи как в первичной, так и во вторичной обмотках в таком двигателе будут замедленными или будут отставать от приложенной электродвижущей силы; но чтобы обеспечить надлежащую разницу в фазе между самими первичным и вторичным токами, мистер Тесла увеличивает сопротивление цепи вторичной обмотки и уменьшает, насколько это практически возможно, ее самоиндукцию. Это достигается путем использования во вторичной цепи, особенно в катушках E, провода сравнительно небольшого диаметра с небольшим количеством витков вокруг сердечников; или путем использования какого-либо проводника с более высоким удельным сопротивлением, такого как немецкое серебро; или путем введения в какой-либо точке вторичной цепи искусственного сопротивления R. Таким образом, снижается самоиндукция вторичной обмотки и увеличивается ее сопротивление, в результате чего уменьшается отставание между приложенной электродвижущей силой и током в первичных обмотках и увеличивается разность фаз между первичным и вторичным токами.


РИС. 75.


РИС. 76.

В схеме, показанной на рис. 76, задержка во вторичной обмотке увеличивается за счет увеличения самоиндукции этой цепи, в то время как возрастающей тенденции первичной обмотки к задержке противодействуют, устанавливая в ней мертвое сопротивление. Первичные катушки D в этом случае обладают низкой самоиндукцией и высоким сопротивлением, в то время как катушки Ef, включенные во вторичную цепь, обладают высокой самоиндукцией и низким сопротивлением. Это может быть сделано путем надлежащей намотки катушек; или в цепь, включающую вторичные катушки Ef, мы можем ввести катушку самоиндукции S, в то время как в первичную цепь от генератора G и включающую катушки D, может быть введено мертвое сопротивление R. Это означает, что разница фаз между первичной и вторичной обмотками увеличивается. Очевидно, что оба способа увеличения разности фаз, а именно, за счет специальной обмотки, а также за счет дополнительной или внешней индуктивности и мертвого сопротивления, могут использоваться совместно.

При работе этого двигателя импульсы тока в первичных катушках индуцируют токи во вторичных катушках, и под совместным действием этих двух факторов точки наибольшего магнитного притяжения смещаются или вращаются.

На практике оказалось желательным наматывать якорь с замкнутыми катушками, в которых токи индуцируются действием на них первичных обмоток.

ГЛАВА XX

_______________

КОМБИНАЦИИ СИНХРОНИЗИРУЮЩИХ ДВИГАТЕЛЕЙ

И МОМЕНТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

В предыдущих описаниях относительно синхронизирующих двигателей и методов их управления была сделана ссылка на план, принятый мистером Теслой, который в общих чертах заключается в намотке или расположении двигателя таким образом, чтобы с помощью подходящих переключателей его можно было запустить как многоконтурный двигатель или двигатель, работающий за счет чередования его магнитных полюсов, а затем, когда он наберет скорость или почти наберет, преобразовать в обычный синхронизирующий двигатель, или тот, в котором магнитные полюса просто чередуются. В некоторых случаях, например, когда используется большой двигатель и когда число чередований очень велико, возникает большая или меньшая трудность с выводом двигателя на скорость в качестве двухконтурного двигателя, поскольку схема конструкции, которая делает двигатель наилучшим образом приспособленным для работы в качестве синхронизирующего двигателя, снижает его эффективность в качестве крутящего момента или двухконтурного двигателя в предполагаемых условиях запуска. Это легко понять, поскольку в большом синхронизирующем двигателе длина магнитной цепи полярных выступов и их масса настолько велики, что, по-видимому, требуется значительное время для намагничивания и размагничивания. Следовательно, при очень большом числе чередований тока двигатель может не реагировать должным образом. Чтобы избежать этого возражения и запустить синхронизирующий двигатель, в котором соблюдаются эти условия, мистер Тесла объединил два двигателя, один синхронизирующий двигатель, другой многоконтурный или моментный двигатель, и с помощью последнего он доводит первый из названных двигателей до скорости, а затем либо передает весь ток в синхронизирующий двигатель, либо приводит в действие оба двигателя совместно.

Это изобретение включает в себя несколько новых и полезных функций. Следует заметить, во-первых, что оба двигателя работают без каких-либо коммутаторов, и, во-вторых, что частота вращения моментного двигателя может быть выше, чем у синхронизирующего двигателя, как это будет в случае, когда он содержит меньшее количество полюсов или наборов полюсов, так что двигатель будет легче разгоняться. В-третьих, синхронизирующий двигатель может быть сконструирован таким образом, чтобы иметь гораздо более выраженную тенденцию к синхронности без уменьшения легкости, с которой он запускается.

На рис. 77 показан частичный разрез двух двигателей; на рис. 78 - вид с торца синхронизирующего двигателя; на рис. 79 - вид с торца и частичный разрез моментного или двухконтурного двигателя; на рис. 80 - схема используемых цепных соединений; а на рис. 81, 82, 83, 84 и 85 - схемы измененного расположения двух двигателей.


РИС. 77.


РИС. 78.


РИС. 79.


РИС. 80.


РИС. 81, 82, 83, 84 И 85.

Поскольку ни один из двигателей не выполняет никакой работы, пока ток воздействует на другой, два якоря жестко соединены, оба установлены на одном валу A, а возбуждающие магниты B синхронизирующего и c моментного двигателя прикреплены к одному и тому же основанию D. Синхронизирующий двигатель предпочтительно большего размера имеет полярные выступы на якоре, которые вращаются в очень непосредственной близости к полюсам возбуждения, и в других отношениях он соответствует условиям, которые необходимы для обеспечения синхронного действия. Однако полюсные наконечники якоря намотаны замкнутыми катушками E, поскольку это исключает использование скользящих контактов. С другой стороны, двигатель меньшего размера или моментный двигатель имеет, предпочтительно, цилиндрический якорь F, без полярных выступов и намотанный замкнутыми катушками G. Катушки возбуждения моментного двигателя соединены двумя последовательными соединениями H и I, и переменный ток от генератора направляется через эти две цепи или разделяется между ними любым способом для создания последовательности полюсов или точек максимального магнитного воздействия. Этот результат достигается путем соединения двух цепей двигателя, находящихся в производном состоянии, с цепью от генератора, включения в одну цепь двигателя мертвого сопротивления, а в другую катушки самоиндукции, что обеспечивает разницу в фазе между двумя делениями тока. Если оба двигателя имеют одинаковое количество полюсов возбуждения, моментный двигатель при заданном количестве чередований будет иметь тенденцию работать с удвоенной скоростью по сравнению с другим двигателем, поскольку, предполагая, что соединения будут такими, чтобы давать наилучшие результаты, его полюса разделены на две серии, а количество полюсов фактически уменьшено вдвое, которые при воздействии того же количества чередований имеют тенденцию вращать якорь с удвоенной скоростью. Это означает, что основной якорь легче довести до требуемой скорости или превысить ее. Когда главному двигателю передается скорость, необходимая для синхронности, ток передается от моментного двигателя к другому.

Удобное устройство для реализации этого изобретения показано на рис. 80, на котором Jj - катушки возбуждения синхронизирующего устройства, а Hi - катушки возбуждения моментного двигателя. L L - это проводники основной линии. Один конец, скажем, катушек H подключен к проводу L через катушку самоиндукции M. Один конец другого набора катушек I подключен к тому же проводу через мертвое сопротивление N. Противоположные концы этих двух цепей подключены к контакту m выключателя, ручка или рычаг которого соединен с линейным проводом L. Один конец цепи возбуждения синхронизирующего двигателя подключен к проводу L. Другой заканчивается переключающим контактом n. Из схемы будет легко видно, что если повернуть рычаг P при контакте m, то моментный двигатель запустится из-за разницы фаз между токами в двух его цепях питания. Затем, когда будет достигнута желаемая скорость, если рычаг P сдвинуть при контакте n, весь ток пройдет через катушки возбуждения синхронизирующего двигателя, а другая не будет выполнять никакой работы.

Моментный двигатель может быть сконструирован и эксплуатироваться различными способами, многие из которых уже были затронуты. Нет необходимости отключать один двигатель от сети, пока включен другой, поскольку на оба могут воздействовать током одновременно, и мистер Тесла разработал различные варианты расположения двух двигателей для достижения этого. Некоторые из этих схем показаны на рис. С 81 по 85.

Ссылаясь на рис. 81, пусть T обозначает крутящий момент или многоконтурный двигатель, а S - синхронизирующий двигатель, L L - это линейные провода от источника переменного тока. Две цепи моментного двигателя с разной степенью самоиндукции, обозначенные Nm, соединены в выводе с проводом L. Затем они соединяются и подключаются к цепи питания синхронизирующего двигателя, противоположный вывод которого подключен к проводу L. Таким образом, два двигателя подключены последовательно. Чтобы запустить их, мистер Тесла замыкает синхронизирующий двигатель с помощью переключателя P, пропуская весь ток через моментный двигатель. Затем, когда достигается желаемая скорость, переключатель P размыкается, так что ток проходит через оба двигателя. В такой конструкции, как эта, очевидно, желательно по экономическим и другим причинам, чтобы соблюдалось надлежащее соотношение между скоростями двух двигателей.

На рис. 82 показано другое расположение. S - синхронизирующий двигатель, а T - моментный двигатель, причем цепи обоих расположены параллельно. W - схема, также являющаяся производной от цепей двигателя и содержащая переключатель P. S - переключатель в цепи синхронизирующего двигателя. При запуске переключатель S размыкается, отключая двигатель S. Затем P размыкается, пропуская весь ток через двигатель T, придавая ему очень сильный крутящий момент. Когда достигается желаемая скорость, переключатель S замыкается, и ток распределяется между обоими двигателями. С помощью переключателя P оба двигателя могут быть отключены.

На рис. 83 схема, по существу, та же, за исключением того, что переключатель T установлен в цепи, которая включает в себя две цепи моментного двигателя. На рис. 84 показаны два двигателя, соединенных последовательно, с шунтом вокруг обоих, содержащим переключатель S T. Вокруг синхронизирующего двигателя S также имеется шунт с переключателем P. На рис. 85 показано то же расположение; но каждый двигатель снабжен шунтом, в котором расположены переключатели P и T, как показано.

ГЛАВА XXI

_______________

ДВИГАТЕЛЬ С КОНДЕНСАТОРОМ

В ЦЕПИ ЯКОРЯ

Теперь мы переходим к новому классу двигателей, в которых приходится прибегать к конденсаторам с целью создания требуемой разности фаз и нейтрализации эффектов самоиндукции. Мистер Тесла рано начал применять конденсатор в устройствах переменного тока, о том, сколькими способами можно узнать только из прочтения других частей этого тома, особенно тех, которые касаются его высокочастотных работ.

Определенные законы управляют действием или эффектами, производимыми конденсатором при подключении к электрической цепи, по которой пропускается переменный или, в общем, волнообразный ток. Некоторые из наиболее важных из таких эффектов заключаются в следующем: Во-первых, если выводы или пластины конденсатора соединены с двумя точками цепи, потенциалы которых быстро возрастают и падают, конденсатор допускает прохождение или, более строго говоря, передачу тока, хотя его пластины или якоря могут быть настолько тщательно изолированы, что почти полностью предотвращают прохождение тока неизменной силы или направления и умеренной электродвижущей силы. Во-вторых, если цепь, выводы которой соединены с пластинами конденсатора, обладает определенной самоиндукцией, конденсатор будет преодолевать или противодействовать в большей или меньшей степени, в зависимости от хорошо понятных условий, эффектам такой самоиндукции. В-третьих, если две точки замкнутой или полной цепи, по которым протекает быстро нарастающий и спадающий ток, шунтируются или соединяются мостом с помощью конденсатора, возникает изменение силы токов в ответвлениях, а также разница фаз токов в них. Эти эффекты г-н Тесла использовал и применял различными способами в конструкции и эксплуатации своих двигателей, например, создавая разницу в фазе в двух цепях питания двигателя переменного тока путем соединения двух цепей в выводе и последовательного подключения конденсатора в одной из цепей. Дальнейшая разработка, однако, обладает определенными новыми чертами, имеющими практическую ценность, и предполагает знание фактов, менее понятных в целом. Она включает в себя использование конденсатора или конденсаторов в связи с индуктивной цепью двигателя или цепью якоря и некоторые детали конструкции таких двигателей. В двигателе переменного тока типа, конкретно упомянутого выше, или в любом другом, который имеет замкнутую на себя катушку якоря или цепь, последняя представляет собой не только индуктивное сопротивление, но и периодически изменяющееся по величине, оба этих факта усложняют и затрудняют достижение условий, наиболее подходящих для наиболее эффективных условий работы; другими словами, они требуют, во-первых, чтобы для данного индуктивного воздействия на якорь через якорь или индуцируемые катушки проходил максимально возможный ток, и, во-вторых, чтобы всегда существовала разница между токами в цепях подачи питания и индуцируемых цепях. заданное соотношение фаз. Следовательно, все, что имеет тенденцию уменьшать самоиндукцию и увеличивать ток в индуцируемых цепях, при прочих равных условиях увеличит мощность и КПД двигателя, и то же самое будет справедливо для причин, которые действуют для поддержания эффекта взаимного притяжения между магнитами возбуждения и якорем на максимуме. Г-н Тесла обеспечивает эти результаты, подключая к индуцируемой цепи или цепям конденсатор способом, описанным ниже, и он также, с учетом этой цели, конструирует двигатель особым образом.

Ссылаясь на чертежи, на рис. 86 представлен вид, в основном схематический, двигателя переменного тока, в котором применяется настоящий принцип. На рис. 87 показан центральный участок, расположенный на одной линии с валом, сердечника якоря особой формы. На рис. 88 показан аналогичный участок его модификации. На рис. 89 показана отсоединенная секция сердечника. На рис. 90 представлена схема, показывающая измененное расположение якоря или индуцированных цепей.


РИС. 86.


РИС. 87.


РИС. 88.


РИС. 89.


РИС. 90.

Общий план изобретения проиллюстрирован на рис.86. Aa на этом рисунке представляют собой рамку и возбуждающие магниты двигателя переменного тока, полюса или выступы которого намотаны катушками B и C, образующими независимые цепи питания, подключенные либо к одному и тому же, либо к независимым источникам переменного тока, так что токи, протекающие по цепям, соответственно, будут иметь разность фаз. Под воздействием этого поля находится сердечник якоря D, намотанный катушками E. В двигателях, подобных этому описанию, до сих пор эти катушки были замкнуты сами на себя или соединены в замкнутую последовательность; но в данном случае каждая катушка или соединенная серия катушек заканчивается на противоположных пластинах конденсатора F. Для этой цели концы серии катушек выводятся через вал к собирающим кольцам G, которые соединены с конденсатором контактными щетками H и подходящими проводниками, причем конденсатор не зависит от машины. Катушки якоря намотаны или соединены таким образом, что соседние катушки образуют противоположные полюса.

Действие этого двигателя и эффект плана, которому следуют при его конструкции, заключаются в следующем: при запуске двигателя в работу и прохождении переменного тока по катушкам возбуждающих магнитов в катушках якоря индуцируются токи одним набором возбуждающих катушек, обозначенным как B, а на установленные таким образом полюса воздействует другой набор, обозначенный как c. Однако катушки якоря обязательно обладают высокой самоиндукцией, которая противодействует протеканию создаваемых таким образом токов. Конденсатор F не только допускает прохождение или передачу этих токов, но также противодействует эффектам самоиндукции, и путем надлежащей регулировки емкости конденсатора, самоиндукции катушек и периодов токов можно добиться того, что конденсатор полностью преодолеет эффект самоиндукции.

Предпочтительно из-за нежелательности использования скользящих контактов любого типа соединять конденсатор непосредственно с якорем или делать его частью якоря. В некоторых случаях мистер Тесла изготавливает якорь из кольцевых пластин Kk, удерживаемых болтами L между головками M, которые прикреплены к приводному валу, и в образованном таким образом пустотелом пространстве он размещает конденсатор F, обычно наматывая две изолированные пластины по спирали вокруг вала. В других случаях он использует пластины самого сердечника в качестве пластин конденсатора. Например, на рис. 88 и 89 N - приводной вал, Mm - головки сердечника якоря, а Kk - железные пластины, из которых изготовлен сердечник. Эти пластины изолированы от вала и друг от друга и удерживаются вместе стержнями или болтами L. Болты проходят через большое отверстие в одной пластине и маленькое отверстие в следующей, и так далее, электрически соединяя все пластины K, как один якорь конденсатора, и все пластины K, как другой.

К любому из описанных выше конденсаторов могут быть подключены катушки якоря, как поясняется ссылкой на рис. 86.

В двигателях, в которых катушки якоря замкнуты сами на себя — как, например, в двигателях любого типа переменного тока, в которых одна катушка якоря или набор катушек находятся в положении максимальной индукции по отношению к катушкам возбуждения или полюсам, в то время как другая находится в положении минимальной индукции, — катушки лучше всего подключать последовательно, и две точки образованной таким образом цепи соединяются конденсатором. Это показано на рис. 90, на котором E представляет один набор катушек якоря, а E - другой. Их точки соединения соединены через конденсатор F. Можно заметить, что при таком расположении самоиндукция двух ветвей E и E изменяется в зависимости от их положения относительно возбуждающего магнита, и что каждая ветвь поочередно является преобладающим источником индуцированного тока. Следовательно, эффект конденсатора F двоякий. Во-первых, это увеличивает ток в каждой из ветвей поочередно, и, во-вторых, это изменяет фазу токов в ветвях, что является хорошо известным эффектом, возникающим в результате такого расположения конденсатора в контуре, как описано выше. Этот эффект благоприятен для правильной работы двигателя, поскольку он увеличивает протекание тока в цепях якоря из-за заданного индуктивного эффекта, а также потому, что он обеспечивает более близкое совпадение максимальных магнитных эффектов взаимодействующего поля и полюсов якоря.

Разумеется, следует понимать, что причинам, влияющим на эффективность конденсаторов при применении в таких областях применения, как указано выше, необходимо уделять должное внимание при определении практической применимости и КПД двигателей. Главным из них, как хорошо известно, является периодичность тока, и, следовательно, описанные усовершенствования в большей степени адаптированы к системам, в которых поддерживается очень высокая скорость чередования или изменения.

Хотя это изобретение было проиллюстрировано в связи с двигателем особой формы, следует понимать, что оно в равной степени применимо к любому другому двигателю переменного тока, в котором имеется замкнутая катушка якоря, в которой токи индуцируются действием поля, и особенность использования пластин или секций магнитного сердечника для формирования конденсатора применима, как правило, к другим типам устройств переменного тока.

ГЛАВА XXII

_______________

ДВИГАТЕЛЬ С КОНДЕНСАТОРОМ

В ОДНОМ ИЗ ПОЛЕВЫХ КОНТУРОВ

Если оба контура возбуждения вращающегося фазного двигателя питаются от одного и того же источника переменного тока и конденсатор соответствующей емкости включается в один из них, то можно приблизительно получить желаемую разность фаз между токами, текущими непосредственно от источника, и токами, текущими через конденсатор; но большие размеры и стоимость конденсаторов для этой цели, которые отвечали бы требованиям обычных систем со сравнительно низким потенциалом, особенно препятствуют их использованию.

Другой, ныне хорошо известный метод или план обеспечения разности фаз между токами питания двигателей такого типа заключается в индуцировании токами в одной цепи токов в другой цепи или цепях; но поскольку не было предложено средств, которые бы таким образом обеспечивали между фазами первичной обмотки, или индуцирующего, и вторичного, или индуцируемого токов ту разность — теоретически девяносто градусов, - которая наилучшим образом приспособлена для практической и экономичной работы, мистер Тесла разработал средство, которое делает практически осуществимыми оба вышеописанных плана или метода и с помощью которого он может получить экономичный и эффективный двигатель переменного тока. Его изобретение заключается в размещении конденсатора во вторичной цепи или индуктивном контуре двигателя, описанного выше, и повышении потенциала вторичных токов до такой степени, что емкость конденсатора, которая частично зависит от потенциала, должна быть довольно небольшой. Мощность этого конденсатора определяется хорошо понятным образом с учетом самоиндукции и других условий цепи, чтобы токи, проходящие через него, отличались от первичных токов на четверть фазы.

На рис.91 показано изобретение, воплощенное в двигателе, в котором индуктивная связь первичной и вторичной цепей обеспечивается путем намотки их внутри двигателя частично на одни и те же сердечники; но изобретение, как правило, применимо к другим формам двигателей, в которых один из питающих токов каким-либо образом индуцируется от другого.


РИС. 91.

Пусть A B представляет полюса двигателя переменного тока, у которого c - якорь, намотанный катушками D, замкнутыми сами на себя, как это сейчас принято в двигателях такого типа. Полюса A, которые чередуются с полюсами B, намотаны катушками обычной или грубой проволоки E в таком направлении, чтобы они имели попеременную северную и южную полярность, как указано на схеме символами ns. На эти катушки или в другом аналогичном индуктивном отношении намотаны длинные тонкопроволочные катушки Ff и в том же направлении, что и катушки E. Эти катушки являются вторичными, в которых индуцируются токи очень высокого потенциала. Все катушки E в одной серии соединены, а все вторичные F - в другой.

На промежуточных полюсах B намотаны тонкопроволочные катушки питания G, которые соединены последовательно друг с другом, а также с рядом вторичных катушек F, причем направление намотки таково, что импульс тока, индуцируемый первичными катушками E, придает полюсам B такой же магнетизм, как и тот, который создается в полюсах A первичным импульсом. Это условие обозначается символами N S.

В цепь, образованную двумя наборами катушек F и G, введен конденсатор H; в противном случае эта цепь замкнута сама на себя, в то время как свободные концы цепи катушек E подключены к источнику переменного тока. Поскольку емкость конденсатора, необходимая в любом конкретном двигателе такого типа, зависит от частоты чередования или потенциала, или от того и другого, его размер или стоимость, как объяснялось ранее, могут быть приведены в экономичные пределы для использования с обычными цепями, если потенциал вторичной цепи двигателя достаточно высок. Задав конденсатору соответствующие значения, можно получить любую желаемую разность фаз между первичной и вторичной цепями питания.

ГЛАВА XXIII

_______________

МНОГОФАЗНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР ТЕСЛА

Применяя многофазный принцип к конструкции трансформаторов, а также к уже замеченным двигателям, мистер Тесла изобрел несколько очень интересных форм, которые, по его мнению, свободны от недостатков более ранних и, в настоящее время, более знакомых форм. В этих трансформаторах он обеспечивает серию индуктивных катушек и соответствующих индуктивных катушек, которые обычно намотаны на замкнутый сам на себя сердечник, обычно представляющий собой кольцо из многослойного железа.

Два набора катушек наматываются бок о бок, накладываются друг на друга или иным образом размещаются хорошо известными способами, чтобы обеспечить их наиболее эффективное соединение друг с другом и с сердечником. Индуктивные или первичные катушки, намотанные на сердечник, разделены на пары или наборы с помощью соответствующих электрических соединений, так что, в то время как катушки одной пары или набора взаимодействуют при фиксации магнитных полюсов сердечника в двух заданных диаметрально противоположных точках, катушки другой пары или набора — предполагая, для иллюстрации, что их всего два — имеют тенденцию фиксировать полюса под углом девяносто градусов от этих точек. В этом индукционном устройстве используется генератор переменного тока с катушками или наборами катушек, соответствующими катушкам преобразователя, и затем соответствующие катушки генератора и преобразователя соединяются в независимые цепи. Из этого следует, что различные электрические фазы в генераторе сопровождаются соответствующими изменениями магнитного поля в преобразователе; или, другими словами, по мере вращения катушек генератора точки наибольшей напряженности магнитного поля в преобразователе будут постепенно смещаться или вращаться.

На рис. 92 приведена схематическая иллюстрация преобразователя и его электрических соединений. Рис. 93 представляет собой горизонтальное центральное поперечное сечение рис. 92. Рис. 94 представляет собой схему цепей всей системы, генератор показан в разрезе.


РИС. 92 и 93.


РИС. 94.

Мистер Тесла использует сердечник А, замкнутый сам на себя, то есть кольцевой цилиндрической или эквивалентной формы, и поскольку эффективность устройства в значительной степени повышается за счет разделения этого сердечника, он изготавливает его из тонких полосок, пластин или проводов из мягкого железа с электрической изоляцией, насколько это практически возможно. На этот сердечник намотаны, скажем, четыре катушки Bb Bb Bb, используемые в качестве первичных катушек и для которых используются длинные отрезки сравнительно тонкой проволоки. На эти катушки затем наматываются более короткие витки из более грубой проволоки, c c C C, образуя индуцированные или вторичные катушки. Конструкция этого или любого эквивалентного преобразователя может быть дополнительно усовершенствована, как указывалось выше, путем обкладки этих катушек железом — например, путем намотки на катушки слоев изолированной железной проволоки.

Устройство снабжено подходящими крепежными стойками, к которым подводятся концы катушек. Диаметрально противоположные катушки Bb и Bb Bb соединены, соответственно, последовательно, а четыре клеммы подсоединены к соединительным стойкам. Индуктивные катушки соединяются между собой любым желаемым способом. Например, как показано на рис. 94, переменный ток может быть подключен несколькими дугами, когда требуется величина тока — как для работы группы ламп накаливания, — в то время как переменный ток может быть независимо включен последовательно в цепь, включающую дуговые лампы или подобное. Генератор в этой системе будет адаптирован к преобразователю показанным способом. Например, в настоящем случае используется пара обычных постоянных магнитов или электромагнитов Ee, между которыми установлен цилиндрический якорь на валу F, намотанный двумя катушками G G. Клеммы этих катушек подключены, соответственно, к четырем изолированным контактным или собирающим кольцам, H H HH, а четыре провода линейной цепи L соединяют щетки K, опирающиеся на эти кольца, с преобразователем в указанном порядке. Отмечая результаты этой комбинации, можно заметить, что в данный момент времени катушка G находится в нейтральном положении и генерирует небольшой ток или вообще не вырабатывает его, в то время как другая катушка, G, находится в положении, при котором она проявляет свой максимальный эффект. Предполагая, что катушка G соединена в цепь с катушками Bb преобразователя, а катушка G - с катушками Bb, очевидно, что полюса кольца A будут определяться только катушками Bb; но по мере вращения якоря генератора катушка G вырабатывает больший ток, а катушка G - меньший, пока G не достигнет своего максимума, а G - нейтрального положения. Очевидным результатом будет смещение полюсов кольца А на одну четверть его периферии. Перемещение катушек через следующую, подключенную через четверть оборота, — во время которого катушка G попадает в поле противоположной полярности и генерирует ток противоположного направления и увеличивающейся силы, в то время как катушка G, переходя из своего максимального положения в нейтральное, генерирует ток уменьшающейся силы и того же направления, что и раньше, — вызывает дальнейшее смещение полюсов через вторую четверть кольца. Очевидно, что вторая половина оборота будет повторением того же действия. За счет смещения полюсов кольца A создается мощный динамический индуктивный эффект на катушки cc. Помимо токов, генерируемых во вторичных катушках за счет динамо-магнитной индукции, в тех же катушках будут возникать другие токи вследствие многочисленных изменений интенсивности полюсов в кольце A. Этого следует избегать путем поддержания постоянной интенсивности полюсов, для достижения чего следует соблюдать осторожность при проектировании и дозировании генератора, а также при распределении катушек в кольце A и уравновешивании их воздействия. Когда это делается, токи создаются только за счет динамо-магнитной индукции, при этом получается тот же результат, как если бы полюса были сдвинуты коммутатором с бесконечным числом сегментов.

Модификации, применимые к преобразователям других типов, во многих отношениях применимы и к этому, например, те, которые относятся более конкретно к форме сердечника, относительной длине и сопротивлениям первичной и вторичной катушек, а также к устройствам для их запуска.

ГЛАВА XXIV

_______________

ТРАНСФОРМАТОР ПОСТОЯННОГО ТОКА

С МАГНИТНЫМ ЭКРАНОМ Между КАТУШКАМИ

ПЕРВИЧНЫХ И ВТОРИЧНЫХ

Мистер Тесла применил свой принцип магнитного экранирования деталей также и к конструкции трансформаторов, причем экран был установлен между первичной и вторичной катушками. В трансформаторах обычного типа будет обнаружено, что волна электродвижущей силы вторичной обмотки очень близко совпадает с волной первичной обмотки, будучи, однако, противоположного знака. В то же время токи, как первичный, так и вторичный, отстают от своих соответствующих электродвижущих сил; но поскольку это отставание практически или почти одинаково в случае каждого из них, из этого следует, что максимум и минимум первичного и вторичного токов будут почти совпадать, но отличаться по знаку или направлению, при условии, что вторичная обмотка не нагружена или если она содержит устройства, обладающие свойством самоиндукции. С другой стороны, отставание первичной обмотки от приложенной электродвижущей силы может быть уменьшено путем нагружения вторичной обмотки неиндуктивным или мертвым сопротивлением, таким как лампы накаливания, в результате чего увеличивается временной интервал между максимальными или минимальными периодами первичного и вторичного токов. Этот временной интервал, однако, ограничен, и результаты, полученные за счет разности фаз в работе таких устройств, как двигатели переменного тока Тесла, могут быть реализованы лишь приблизительно с помощью таких средств создания или обеспечения этой разности, как указано выше, поскольку в таких случаях желательно, чтобы между первичным и вторичным токами или теми, которые, каким бы образом они ни создавались, проходят через две цепи двигателя, существовала разность фаз в девяносто градусов; или, другими словами, ток в одной цепи должен быть максимальным, когда ток в другой цепи минимален. Чтобы более точно достичь этого условия, повышенное замедление вторичного тока обеспечивается следующим образом: вместо приведения первичной и вторичной катушек или цепей трансформатора в максимально близкие отношения, как это делалось до сих пор, мистер Тесла в определенной степени защищает вторичную обмотку от индуктивного действия или эффекта первичной обмотки, окружая либо первичную, либо вторичную обмотку сравнительно тонким магнитным экраном. В этих измененных условиях, пока первичный ток имеет небольшое значение, экран защищает вторичную обмотку; но как только первичный ток достигает определенной силы, которая определяется произвольно, защитный магнитный экран насыщается и начинается индуктивное воздействие на вторичную обмотку. Следовательно, это приводит к тому, что вторичный ток начинает протекать на определенную долю периода позже, чем это было бы без установленного экрана, и поскольку это замедление может быть достигнуто без обязательного замедления также и первичного тока, обеспечивается дополнительное запаздывание, и временной интервал между максимальными или минимальными периодами первичного и вторичного токов увеличивается. Такой трансформатор может быть сконструирован таким образом, чтобы при правильном соотношении нескольких его элементов и определении надлежащих соотношений между первичной и вторичной обмотками, толщиной магнитного экрана и другими условиями обеспечивать постоянный ток при любых нагрузках.

На рис. 95 показано поперечное сечение трансформатора, воплощающего это усовершенствование. На рис. 96 представлен аналогичный вид трансформатора модифицированной формы, схематично показывающий способ его использования.


РИС. 95.

Aa - это основной сердечник трансформатора, состоящий из кольца мягкой отожженной и изолированной или окисленной железной проволоки. На этот сердечник намотана вторичная цепь или катушка B b. Затем этот последний покрывается слоем или слоями отожженных и изолированных железных проводов cc, намотанных в направлении, перпендикулярном вторичной катушке. Затем по всей длине наматывается первичная катушка или провод D D. Из характера этой конструкции будет очевидно, что до тех пор, пока экран, образованный проводами c, находится ниже магнитного насыщения, вторичная катушка или цепь эффективно защищены от индуктивного воздействия первичной обмотки, хотя при разомкнутой цепи она может проявлять некоторую электродвижущую силу. Когда напряжение первичной обмотки достигает определенного значения, экран С, насыщаясь, перестает защищать вторичную обмотку от индуктивного воздействия, и, как следствие, в ней возникает ток. По аналогичным причинам, когда ток в первичной обмотке ослабевает, ослабление вторичной обмотки замедляется в той же или примерно такой же степени.

Конкретная конструкция трансформатора в значительной степени несущественна. Например, на рис. 96 сердечник А выполнен из тонких изолированных железных пластин или дисков. Первичный контур D наматывается рядом с сердечником A. Поверх него накладывается экран C, который в данном случае состоит из тонких полос или пластин железа, должным образом изолированных и окружающих первичную обмотку, образуя замкнутую магнитную цепь. Вторичная обмотка B намотана на экран c. На рис. 96 также E является источником переменного или быстро меняющегося тока. Первичная обмотка трансформатора подключена к цепи генератора. F представляет собой двухконтурный двигатель переменного тока, одна из цепей которого соединена с основной цепью от источника E, а на другую подается ток от вторичной обмотки трансформатора.


РИС. 96.

Часть II

Эффекты Теслы с

Высокая частота и

Токи высокого потенциала

ГЛАВА XXV

_______________

ВВЕДЕНИЕ—

ОБЪЕМ ЛЕКЦИЙ ТЕСЛЫ

Прежде чем приступить к изучению трех представленных здесь лекций Теслы, читателю, возможно, будет полезно обратить его внимание на основные моменты, представляющие интерес и имеющие значение в них. Первая из этих лекций была прочитана в Нью-Йорке, в Колумбийском колледже, перед Американским институтом инженеров-электриков 20 мая 1891 года. Настоятельное желание, немедленно выраженное со всех концов Европы, получить возможность стать свидетелем блестящих и необычных экспериментов, которыми сопровождалась лекция, побудило мистера Теслу отправиться в Англию в начале 1892 года, когда он предстал перед Институтом инженеров-электриков, а днем позже, по специальной просьбе, перед Королевским институтом. В обоих случаях его прием был самым восторженным и лестным. Затем он отправился по приглашению во Францию и повторил свои новые демонстрации перед Международным обществом электриков и Французским физическим обществом. Мистер Тесла вернулся в Америку осенью 1892 года, а в феврале 1893 года прочитал свою третью лекцию в Институте Франклина в Филадельфии, выполняя давнее обещание, данное профессору Дж. Хьюстон. На следующей неделе, по просьбе президента Национальной ассоциации электрического освещения Джеймса И. Айера, та же лекция была повторно прочитана в Сент-Луисе. Предполагалось ограничить количество приглашений только членами клуба, но обращения жителей города были настолько многочисленными и настоятельными, что возникла необходимость выделить очень большой зал. Таким образом, лекцию прослушала аудитория в более чем 5000 человек, и в некоторых частях она пользовалась большей популярностью, чем любая из ее предшественниц. Несмотря на эту уступку требованиям времени и случая, мистер Тесла без колебаний продемонстрировал множество новых и блестящих экспериментов и продвинулся в области открытий далеко за пределы любой точки, которую он ранее обозначал публично.

Теперь мы можем перейти к текущему обзору самих лекций. Область, охватываемая ими, настолько обширна, что здесь можно затронуть только ведущие идеи и эксперименты; кроме того, предпочтительно, чтобы лекции тщательно просматривались ради них самих, поскольку более чем вероятно, что каждый студент обнаружит в них новую красоту или стимул. Продолжая ход рассуждений, которому мистер Тесла следовал в своей первой лекции, следует отметить, что он начал с признания факта, который он теперь экспериментально продемонстрировал, что для создания световых волн в первую очередь должны задействоваться электростатические эффекты, а дальнейшие исследования привели его к мнению, что все электрические и магнитные эффекты могут быть отнесены к электростатическим молекулярным силам. Это мнение находит исключительное подтверждение в одном из самых поразительных экспериментов, которые он описывает, а именно в получении настоящего пламени путем перемешивания электростатически заряженных молекул. В высшей степени интересно отметить, что этот результат указывает на способ получения пламени, которое не потребляет никакого материала и в котором не происходит никакого химического воздействия. Это также проливает свет на природу обычного пламени, которое, по мнению мистера Теслы, возникает из-за электростатических действий молекул, что, если это правда, привело бы непосредственно к идее, что даже химическое сродство может быть электростатическим по своей природе и что, как уже было высказано, молекулярные силы в целом могут быть отнесены к одной и той же причине. Это необычное явление правдоподобным образом объясняет необъяснимый факт, что здания часто загораются во время грозы, даже не будучи пораженными молнией. Это также может объяснить полное исчезновение судов в море.

Одним из поразительных доказательств правильности идей, выдвинутых мистером Теслой, является тот факт, что, несмотря на использование самых мощных электромагнитных индуктивных эффектов, можно получить лишь слабую светимость, и это только в непосредственной близости от источника возмущения; тогда как, когда электростатические эффекты усиливаются, той же начальной энергии достаточно для возбуждения светимости на значительных расстояниях от источника. То, что активны только электростатические эффекты, по-видимому, ясно доказано экспериментами мистера Теслы с индукционной катушкой, работающей с переменными токами очень высокой частоты. Он показывает, как можно заставить трубки ярко светиться на значительных расстояниях от любого объекта, если поместить их в мощное, быстро меняющееся электростатическое поле, и описывает множество интересных явлений, наблюдаемых в таком поле. Его эксперименты открывают возможность освещения квартиры простым созданием в ней такого электростатического поля, и это, в определенном смысле, представляется идеальным методом освещения комнаты, поскольку позволяет свободно перемещать осветительное устройство. Мощность, с которой загораются эти разряженные трубки, лишенные каких-либо электродов, безусловно, замечательна.

То, что принцип, предложенный мистером Теслой, является широким, очевидно из множества способов, которыми он может быть применен на практике. Нам достаточно сослаться на разнообразие показанных или описанных устройств, все из которых являются новыми по своему характеру и, без сомнения, приведут к дальнейшим важным результатам в руках мистера Теслы и других исследователей. Эксперимент, например, по зажиганию одной нити накала или куска огнеупорного материала с помощью одного провода, сам по себе достаточен, чтобы придать работе мистера Теслы оригинальность, а многочисленные другие эксперименты и эффекты, которые можно варьировать по желанию, столь же новы и интересны. Таким образом, нить накаливания, вращающаяся в нерастраченном шаре, хорошо известный эксперимент Крукса с разомкнутой цепью и многие другие предложенные не преминут заинтересовать читателя. Мистер Тесла провел исчерпывающее исследование различных форм разряда, создаваемого индукционной катушкой при работе с этими быстро меняющимися токами, начиная с нитевидного разряда и проходя через различные стадии до настоящего электрического пламени.

Очень важным моментом при внедрении переменного тока высокого напряжения, на который указывает мистер Тесла, является необходимость тщательно избегать попадания любых газообразных веществ в аппарат высокого напряжения. Он показывает, что, по крайней мере, при очень быстро меняющихся токах высокого потенциала разряд может проходить практически через любую практически возможную толщину лучших изоляторов, если присутствует воздух. В таких случаях воздух, находящийся внутри устройства, сильно перемешивается, и в результате молекулярной бомбардировки детали могут нагреваться настолько сильно, что это приведет к разрыву изоляции. Практическим результатом этого является то, что, в то время как при постоянных токах можно использовать любой тип изоляции, при быстроменяющихся токах, вероятно, лучше всего использовать масла, факт, который был замечен, но до сих пор удовлетворительно не объяснен. Признание вышеуказанного факта имеет особое значение при конструировании дорогостоящих коммерческих индукционных катушек, которые часто приходят в негодность необъяснимым образом. Истинность этих взглядов мистера Теслы становится очевидной благодаря интересным экспериментам, иллюстрирующим поведение воздуха между заряженными поверхностями: светящиеся потоки, образованные заряженными молекулами, появляются даже тогда, когда между заряженными поверхностями помещены большие слои лучших изоляторов. Эти светящиеся потоки сами по себе представляют собой очень интересное исследование для экспериментатора. Благодаря этим быстро меняющимся токам они становятся намного мощнее и создают красивые световые эффекты, когда исходят от провода, вертушки или другого объекта, прикрепленного к выводу катушки; и интересно отметить, что при очень высокой частоте они исходят от шарика почти так же свободно, как от точки.

Из этих экспериментов мы также получаем лучшее представление о важности учета емкости и самоиндукции в используемом устройстве и возможностях, предлагаемых использованием конденсаторов в сочетании с переменными токами, использованием токов высокой частоты, среди прочего, что позволяет уменьшить конденсатор до практически осуществимых размеров. Другим интересным и имеющим практическое значение моментом является факт, доказанный мистером Теслой, что для переменных токов, особенно высокочастотных, требуются изоляторы, обладающие небольшой удельной индуктивной способностью, которые в то же время обладают высокой изолирующей способностью.

Мистер Тесла также делает интересное и ценное предложение относительно экономичного использования железа в машинах и трансформаторах. Он показывает, как, поддерживая непрерывным намагничиванием поток линий через железо, можно поддерживать его проницаемость вблизи максимальной и обеспечить более высокую производительность и экономичность в таком устройстве. Этот принцип может оказаться важным с коммерческой точки зрения при разработке систем переменного тока. Предположение мистера Теслы о том, что того же результата можно добиться, нагревая железо с помощью гистерезиса и вихревых токов и увеличивая проницаемость таким образом, хотя это может показаться менее практичным, тем не менее открывает другое направление для исследований и совершенствования.

Демонстрация того факта, что при использовании переменных токов высокой частоты достаточная энергия может передаваться в практически осуществимых условиях через стекло лампы накаливания за счет электростатической или электромагнитной индукции, может привести к отклонениям в конструкции таких устройств. Другим важным достигнутым экспериментальным результатом является работа ламп и даже двигателей при разрядке конденсаторов, причем этот метод позволяет преобразовывать постоянный или переменный ток. В этой связи г-н Тесла выступает за совершенствование устройства, способного вырабатывать электричество высокого напряжения из тепловой энергии, полагая, что это лучший способ получения электрической энергии для практических целей, в частности для производства света.

Хотя многие, вероятно, были готовы столкнуться с любопытными явлениями импеданса при использовании конденсатора, разряженного с перебоями, показанные эксперименты были чрезвычайно интересны из-за их парадоксального характера. Горение лампы накаливания любой мощности при подключении через стержень из тяжелого металла, наличие узлов на стержне и возможность исследования стержня с помощью обычного вольтметра Cardew - все это необычные разработки, но, возможно, наиболее интересным наблюдением является явление полного сопротивления, наблюдаемое в лампе с прямой нитью накала, которая остается темной, пока лампочка горит.

Способ мистера Теслы управлять индукционной катушкой с помощью разрушающего разряда и, таким образом, получать огромную разницу потенциалов от сравнительно небольших и недорогих катушек будет оценен экспериментаторами по достоинству и найдет ценное применение в лабораториях. Действительно, его многочисленные предложения и подсказки относительно конструкции и использования аппаратуры в этих исследованиях будут высоко оценены и окажут существенную помощь в будущих исследованиях.

Лондонская лекция была прочитана дважды. В своей первой форме, до создания Института инженеров-электриков, это было в некотором отношении дополнением к нескольким моментам, которые специально не обсуждались в нью-йоркской лекции, но привели к множеству дополнительных открытий и новых исследований. Его повторение, в другой форме, в Королевском институте произошло благодаря профессору . Дьюар, который вместе с лордом Рэлеем проявлял самый живой интерес к работе мистера Теслы и чья доброта еще раз продемонстрировала сильную любовь англичан к научной истине и признательность ее приверженцев. Как неутомимый экспериментатор, мистер Тесла, безусловно, нигде не чувствовал себя так уютно, как в гостях у Фарадея и в качестве гостя его преемника. В этой лекции в Королевском институте были подведены основные итоги работы мистера Теслы в области высоких потенциалов и частот, и мы можем здесь воспользоваться столь ценным изложением в простой форме предмета, который отнюдь не легок для понимания, пока он не будет тщательно изучен.

На этих лондонских лекциях среди многих примечательных моментов, затронутых в первую очередь, была трудность конструкции генераторов переменного тока для получения необходимых очень высоких частот. Для получения высоких частот необходимо было обеспечить несколько сотен полярных проекций, которые обязательно были небольшими и имели множество недостатков, тем более что приходилось прибегать к чрезвычайно высоким окружным скоростям. В некоторых из первых машин и якорь, и поле имели полярные выступы. Эти машины производили любопытный шум, особенно когда якорь запускался из состояния покоя, когда поле заряжалось. Было установлено, что наиболее эффективной машиной является машина с барабанной арматурой, железный корпус которой состоял из очень тонкой проволоки, отожженной с особой тщательностью. Конечно, было желательно избегать использования железа в арматуре, и было сконструировано несколько машин такого типа с подвижными или неподвижными проводниками, но полученные результаты оказались не совсем удовлетворительными из-за больших механических и других возникших трудностей.

Изучение свойств высокочастотных токов, получаемых от этих машин, очень интересно, поскольку почти каждый эксперимент раскрывает что-то новое. Две катушки, по которым проходит такой ток, притягиваются или отталкиваются друг от друга с силой, которая из-за несовершенства нашего осязания кажется непрерывной. Интересное наблюдение, уже отмеченное в другой форме, состоит в том, что кусок железа, окруженный катушкой, по которой проходит ток, кажется непрерывно намагниченным. Эта кажущаяся непрерывность может быть объяснена недостатком осязания, но есть свидетельства того, что в токах такой высокой частоты один из импульсов преобладает над другим.

Как и следовало ожидать, проводники, по которым проходят такие токи, быстро нагреваются из-за увеличения сопротивления, и эффект нагрева железа относительно намного выше. Гистерезисные потери в железе настолько велики, что железный сердечник, даже если он мелко разделен, нагревается за невероятно короткое время. Чтобы дать представление об этом, обычная железная проволока диаметром 1/16 дюйма, вставленная в катушку с 250 витками, при токе, оцениваемом в пять ампер, проходящем через катушку, в течение двух секунд нагревается настолько, что может опалить дерево. За пределами определенной частоты железный сердечник, независимо от того, насколько тонко он разделен, оказывает демпфирующее действие, и было легко найти точку, в которой на импеданс катушки не влияло наличие сердечника, состоящего из пучка очень тонких, хорошо отожженных и покрытых лаком железных проволок.

Эксперименты с телефоном, проводником в сильном магнитном поле, конденсатором или электрической дугой, по-видимому, дают определенные доказательства того, что звуки, намного превышающие обычно принятые пределы слышимости, были бы восприняты, если бы производились с достаточной мощностью. Дуга, создаваемая этими токами, обладает несколькими интересными особенностями. Обычно он издает звук, высота звука которого соответствует удвоенной частоте тока, но если частота достаточно высока, он становится бесшумным, причем предел слышимости определяется в основном линейными размерами дуги. Любопытной особенностью электрической дуги является ее стойкость, которая частично объясняется неспособностью газового столба охлаждаться и значительным увеличением сопротивления, как в случае с низкими частотами, и частично тенденцией такой высокочастотной машины поддерживать постоянный ток.

В связи с этими машинами конденсатор представляет особый интерес для изучения. Поразительные эффекты достигаются при правильной регулировке мощности и самоиндукции. Легко увеличить электродвижущую силу машины во много раз по сравнению с первоначальным значением, просто отрегулировав емкость конденсатора, подключенного к индуктивной цепи. Если конденсатор находится на некотором расстоянии от машины, разность потенциалов на выводах последней может составлять лишь малую долю от разности потенциалов на конденсаторе.

Но самые интересные опыты получаются, когда напряжение токов, идущих от машины, повышается с помощью индукционной катушки. Вследствие огромной скорости изменения первичного тока получается гораздо более высокая разность потенциалов, чем при использовании катушек, работающих обычными способами, и, благодаря высокой частоте, вторичный разряд обладает многими поразительными особенностями. Оба электрода ведут себя в целом одинаково, хотя из некоторых наблюдений следует, что один импульс тока преобладает над другим, как упоминалось ранее.

Установлено, что физиологические эффекты разряда высокого напряжения настолько малы, что удар катушки можно выдержать без каких-либо неудобств, за исключением, возможно, небольшого ожога, вызванного разрядом при приближении руки к одному из выводов. Считается, что значительно меньшие физиологические эффекты этих токов обусловлены либо иным распределением по организму, либо тканями, действующими как конденсаторы. Но в случае индукционной катушки с большим количеством витков безвредность в основном обусловлена тем фактом, что во внешней цепи, когда она замкнута через тело экспериментатора, доступно очень мало энергии из-за большого импеданса катушки.

При изменении частоты и силы токов через первичную обмотку катушки характер вторичного разряда сильно меняется, и наблюдается не менее пяти различных форм: слабый чувствительный нитевой разряд, мощный пылающий разряд и три формы щеточных или струящихся разрядов. Каждый из них обладает определенными примечательными особенностями, но наиболее интересными для изучения являются последние.

При определенных условиях потоки, которые, предположительно, возникают из-за сильного перемешивания молекул воздуха, свободно выходят из всех точек катушки, даже через толстую изоляцию. Если между первичной и вторичной обмотками есть наименьшее воздушное пространство, то они будут образовываться там и наверняка повредят катушку, медленно нагревая изоляцию. Поскольку они образуются даже при обычных частотах, когда потенциал избыточен, следует самым тщательным образом избегать воздушного пространства. Эти высокочастотные стримеры отличаются по внешнему виду и свойствам от тех, которые производятся статической машиной. Создаваемый ими ветер невелик и должен был бы полностью прекратиться, если бы можно было получить еще значительно более высокие частоты. Особенностью является то, что они исходят так же свободно от поверхностей, как и от точек. Благодаря этому металлическая лопасть, установленная на одном из выводов катушки с возможностью свободного вращения и покрытая изоляцией с одной из сторон, быстро вращается. Такая лопасть не будет вращаться с постоянным потенциалом, но с высокочастотной катушкой она будет вращаться, даже если она полностью покрыта изоляцией, при условии, что изоляция с одной стороны либо толще, либо имеет более высокую удельную индуктивность. Электрический радиометр Крукса также вращается при подключении к одному из выводов катушки, но только при очень высоком разряде или при обычном давлении.

Есть еще одна и более поразительная особенность такого высокочастотного стримера, а именно, он горячий. Тепло легко ощущается при частотах около 10 000, даже если потенциал не слишком высок. Эффект нагрева, конечно же, обусловлен молекулярными столкновениями. Если бы частоту и потенциал можно было увеличить достаточно сильно, то можно было бы создать щетку, во всех деталях напоминающую пламя и дающую свет и тепло, но без протекания химического процесса.

Горячая щетка при правильном изготовлении напоминает струю горящего газа, вырывающуюся под большим давлением, и издает необычайно сильный запах озона. Большое озонирующее действие объясняется тем фактом, что перемешивание молекул воздуха в такой щетке более сильное, чем в обычном стримере статической машины. Но самые мощные щеточные разряды были получены при использовании токов гораздо более высоких частот, чем это было возможно получить с помощью генераторов переменного тока. Эти токи были получены путем прерывистой разрядки конденсатора и создания колебаний. Таким образом были получены токи частотой в несколько сотен тысяч.

Токи такого рода, указал мистер Тесла, производят поразительные эффекты. На этих частотах импеданс медного стержня настолько велик, что между двумя точками короткого и толстого стержня может поддерживаться разность потенциалов в несколько сотен вольт, и можно поддерживать обычную лампу накаливания горящей на полной мощности свечи, прикрепив клеммы лампы к двум точкам стержня на расстоянии не более нескольких дюймов друг от друга. Когда частота чрезвычайно высока, на таком стержне обнаруживаются узлы, и их легко обнаружить с помощью лампы.

Преобразовывая таким образом разряды высокого напряжения низкочастотной катушки, оказалось практически возможным поддерживать горение нескольких ламп в обычной цепи в лаборатории, а за счет уменьшения частоты колебаний стало возможным управлять небольшими двигателями.

Этот план также позволяет преобразовывать разряды высокого напряжения одного направления в токи низкого напряжения однонаправленного действия, регулируя цепь таким образом, чтобы не было колебаний. При пропускании колеблющихся разрядов через первичную обмотку специально сконструированной катушки легко получить огромную разность потенциалов всего за несколько витков вторичной обмотки.

Поначалу при создании успешной катушки этого плана возникли большие трудности. Было обнаружено, что необходимо держать весь воздух или газообразные вещества в целом подальше от заряженных поверхностей, и было прибегнуто к погружению в масло. Используемые провода были густо покрыты гуттаперчей и намотаны в масле, или воздух откачивался с помощью насоса Шпренгеля. Общее устройство было следующим: для зарядки лейденских банок использовалась обычная индукционная катушка, работающая от низкочастотного генератора переменного тока. Банки были изготовлены таким образом, чтобы разряжаться через один или несколько зазоров через первичную обмотку второй катушки. Чтобы обеспечить действие зазора, дугу задували магнитом или воздушной струей. Для регулировки потенциала во вторичной обмотке использовался небольшой масляный конденсатор, или на клеммы навинчивались полированные латунные шарики разного размера и регулировалось их расстояние.

Когда условия были тщательно подобраны для каждого эксперимента, были получены великолепные эффекты. Два провода, протянутых через комнату, каждый из которых был подключен к одной из клемм катушки, излучали потоки такой мощности, что свет от них позволял различать предметы в комнате; провода стали светящимися, даже несмотря на то, что были покрыты толстой и превосходнейшей изоляцией. Когда два прямых провода или два концентрических круга проводов подсоединяются к клеммам и устанавливаются на нужном расстоянии, между ними образуется однородный светящийся слой. Таким образом, удалось полностью покрыть ручьями площадь более одного квадратного метра. При присоединении к одному выводу большого круга провода, а к другому выводу маленькой сферы потоки фокусируются на сфере, создают на ней сильно освещенное пятно и создают вид светящегося конуса. Очень тонкая проволока, наклеенная на пластину из твердой резины большой толщины, на противоположной стороне которой закреплено покрытие из фольги, становится интенсивно светящейся, когда покрытие подключено к другому выводу катушки. Такой эксперимент можно провести и с токами низкой частоты, но гораздо менее удовлетворительно.

Когда выводы такой катушки, даже очень маленькой, разделены резиновой или стеклянной пластиной, разряд распространяется по пластине в виде потоков, нитей или сверкающих искр и представляет собой великолепное зрелище, с которым не может сравниться самая большая катушка, эксплуатируемая обычными способами. С помощью простой регулировки с помощью катушки можно производить череду ярких искр, точно так же, как с помощью станка Holtz.

При определенных условиях, когда частота колебаний очень велика, видны белые, похожие на фантомы потоки, вырывающиеся из выводов катушки. Главной интересной особенностью их является то, что они свободно струятся по вытянутой руке или другому проводящему объекту, не производя никаких ощущений, и руку можно поднести очень близко к клемме без возникновения искры. Предположительно, это связано с тем фактом, что значительная часть энергии уносится или рассеивается в стриммерах, и разница потенциалов между терминалом и рукой уменьшается.

В ходе таких экспериментов было обнаружено, что частота вибрации и быстрота чередования искр между ручками в заметной степени влияют на внешний вид струй. Когда частота очень низкая, воздух выходит более или менее таким же образом, как при постоянной разнице потенциалов, и потоки состоят из отдельных нитей, обычно смешанных с тонкими искрами, которые, вероятно, соответствуют последовательным разрядам, происходящим между ручками. Но когда частота очень высока, а дуга разряда издает громкий и ровный звук (что указывает как на то, что имеет место колебание, так и на то, что искры сменяют друг друга с большой скоростью), тогда образующиеся световые потоки совершенно однородны. Обычно они имеют пурпурный оттенок, но когда молекулярная вибрация усиливается за счет повышения потенциала, они приобретают белый цвет.

Интенсивность свечения потоков быстро возрастает при увеличении потенциала; и при частотах всего в несколько сотен тысяч, если бы катушка выдерживала достаточно высокую разность потенциалов, нет сомнений, что пространство вокруг провода могло бы излучать сильный свет просто за счет перемешивания молекул воздуха при обычном давлении.

Такие разряды очень высокой частоты, которые освещают воздух при обычном давлении, мы, весьма вероятно, имеем возможность наблюдать при северном сиянии. Из многих из этих экспериментов представляется разумным сделать вывод, что внезапные космические возмущения, такие как извержения на Солнце, вызывают чрезвычайно быструю вибрацию электростатического заряда земли и вызывают свечение в результате сильного перемешивания воздуха в верхних и даже в нижних слоях. Считается, что если бы частота была низкой или даже более того, если бы заряд вообще не вибрировал, нижние плотные слои разрушились бы, как при разряде молнии. Признаки такого разрушения наблюдались неоднократно, но их можно отнести к фундаментальным возмущениям, которых немного, поскольку наложенная вибрация была бы настолько быстрой, чтобы не допустить разрушительного разрыва.

Изучение этих разрядных явлений привело мистера Теслу к признанию некоторых важных фактов. Как уже говорилось, было обнаружено, что газообразные вещества должны быть самым тщательным образом удалены из любого диэлектрика, который подвергается большим, быстро меняющимся электростатическим напряжениям. Поскольку при использовании твердых изоляторов трудно полностью исключить газ, необходимо прибегнуть к жидким диэлектрикам. Когда используется твердый диэлектрик, не имеет большого значения, насколько он толстый и насколько хорош; при наличии воздуха образуются струйки, которые постепенно нагревают диэлектрик и снижают его изолирующую способность, и в конце концов разряд прорывается наружу. В обычных условиях лучшими изоляторами являются те, которые обладают наибольшей удельной индуктивностью, но такие изоляторы не лучше всего использовать при работе с этими высокочастотными токами, поскольку в большинстве случаев более высокая удельная индуктивность является скорее недостатком. Основным качеством изолирующей среды для этих токов является непрерывность. По этой причине в основном необходимо использовать жидкие изоляторы, такие как масла. Если две металлические пластины, подсоединенные к выводам катушки, погружены в масло и расположены на некотором расстоянии друг от друга, катушка может продолжать работать в течение любого периода времени без поломки или без нагрева масла, но при попадании пузырьков воздуха они светятся; молекулы воздуха, ударяясь о масло, нагревают его и через некоторое время разрушают изоляцию. Если вместо масла вставить между последними твердую пластину из лучшего диэлектрика, даже в несколько раз толще масла, находящегося между металлическими пластинами, при этом воздух имеет свободный доступ к заряженным поверхностям, диэлектрик неизменно нагревается и разрушается.

Применение масла целесообразно или необходимо даже при низких частотах, если потенциалы таковы, что образуются стримеры, но только в таких случаях, как видно из теории действия. Если потенциалы настолько низкие, что не образуются струйки, то даже невыгодно использовать масло, поскольку оно может, главным образом за счет ограничения тепла, стать причиной разрушения изоляции.

Исключение газообразных веществ желательно не только из соображений безопасности устройства, но и из соображений экономии, особенно в конденсаторе, в котором значительная потеря энергии может происходить просто из-за присутствия воздуха, если электрическая плотность на заряженных поверхностях велика.

В ходе этих исследований было замечено явление, представляющее особый научный интерес. Это может быть отнесено к явлениям щетки, на самом деле это разновидность щетки, которая образуется на одном конце или вблизи него в высоком вакууме. В колбе с проводящим электродом, даже если последний изготовлен из алюминия, щеточка существует очень недолго, но она может сохраняться в течение значительного периода времени в колбе, лишенной какого-либо проводящего электрода. Для наблюдения за этим явлением лучше всего использовать большую сферическую колбу, имеющую в центре маленькую колбу, опирающуюся на трубку, прикрепленную к горлышку первой. Когда большая колба разряжена до высокой степени, а внутренняя часть маленькой колбы подключена к одному из выводов катушки, при определенных условиях вокруг маленькой колбы появляется туманная дымка, которая после прохождения нескольких стадий принимает форму щетки, обычно под прямым углом к трубке, поддерживающей маленькую колбу. Когда щетка принимает такую форму, она может быть доведена до состояния чрезвычайной чувствительности к электростатическому и магнитному воздействию. Лампочка висит прямо вниз, а все предметы удалены от нее, поэтому приближение наблюдателя на несколько шагов приведет к тому, что щетка отлетит в противоположную сторону, и если он обойдет лампочку, она всегда будет оставаться на противоположной стороне. Он может начать вращаться вокруг терминала задолго до того, как достигнет этой чувствительной стадии. Когда он начинает вращаться, главным образом, но также и раньше, на него воздействует магнит, и на определенном этапе он становится восприимчивым к магнитному воздействию в поразительной степени. Небольшой постоянный магнит, полюса которого расположены на расстоянии не более двух сантиметров, будет заметно воздействовать на щетку на расстоянии двух метров, замедляя или ускоряя вращение в зависимости от того, как он удерживается относительно щетки.

Когда лампочка висит глобусом вниз, вращение всегда происходит по часовой стрелке. В южном полушарии это происходило бы в противоположном направлении, а на (магнитном) экваторе щетка вообще не должна вращаться. Вращение может быть обратным с помощью магнита, находящегося на некотором расстоянии. По-видимому, кисть вращается лучше всего, когда она находится под прямым углом к силовым линиям земли. Весьма вероятно, что при максимальной скорости он вращается синхронно с чередованием, скажем, 10 000 раз в секунду. Вращение может быть замедлено или ускорено приближением или удалением наблюдателя или любого проводящего тела, но его нельзя обратить вспять, установив лампочку в любое положение. Очень любопытные эксперименты можно проводить с кистью, когда она находится в наиболее чувствительном состоянии. Например, когда кисть находится в одном положении, экспериментатор может, выбрав правильное положение, приблизить руку на определенное значительное расстояние к колбе, и он может заставить кисть опуститься, просто напрягая мышцы руки, простого изменения конфигурации руки и последующего незаметного смещения достаточно, чтобы нарушить хрупкое равновесие. Когда он начинает медленно вращаться, а руки удерживаются на должном расстоянии, невозможно совершить даже малейшее движение, не произведя видимого эффекта на кисть. Металлическая пластина, подключенная к другому выводу катушки, воздействует на нее на большом расстоянии, часто замедляя вращение до одного оборота в секунду.

Мистер Тесла надеется, что это явление окажет ценную помощь в исследовании природы сил, действующих в электростатическом или магнитном поле. Если в пространстве происходит какое-либо движение, которое поддается измерению, такая кисть была бы способна выявить его. Это, так сказать, луч света, лишенный трения, инерции. Благодаря своей удивительной чувствительности к электростатическим или магнитным возмущениям он может служить средством передачи сигналов по подводным кабелям с любой скоростью и даже передачи разведданных на расстояние без проводов.

При работе с индукционной катушкой с такими быстро меняющимися токами удивительно впервые отметить огромную важность соотношения емкости, самоиндукции и частоты, влияющих на общий результат. Совместное действие этих элементов создает множество любопытных эффектов. Например, две металлические пластины подсоединены к клеммам и установлены на небольшом расстоянии, так что между ними образуется дуга. Эта дуга предотвращает протекание сильного тока через катушку. Если дугу прерывать вставлением стеклянной пластины, емкость полученного конденсатора противодействует самоиндукции, и пропускается более сильный ток. Влияние емкости является наиболее поразительным, поскольку в этих экспериментах, поскольку и самоиндукция, и частота высоки, критическая емкость очень мала, и ее нужно лишь слегка изменять, чтобы произвести очень значительное изменение. Экспериментатор приводит свое тело в контакт с выводами вторичной обмотки катушки или присоединяет к одному или обоим выводам изолированные элементы очень небольшого объема, такие как лампочки с разряженным воздухом, и он вызывает значительное повышение или понижение потенциала на вторичной обмотке и сильно влияет на протекание тока через первичную обмотку.

Во многих наблюдаемых явлениях присутствие воздуха или, вообще говоря, среды газообразной природы (используя этот термин не для обозначения конкретных свойств, а в отличие от однородности или совершенной непрерывности) играет важную роль, поскольку позволяет рассеивать энергию в результате молекулярного удара или бомбардировки. Это действие объясняется таким образом: когда изолированное тело, подключенное к клемме катушки, внезапно заряжается до высокого потенциала, оно индуктивно воздействует на окружающий воздух или любую другую газообразную среду, которая там может быть. Молекулы или атомы, находящиеся рядом с ним, конечно, притягиваются сильнее и перемещаются на большее расстояние, чем находящиеся дальше. Когда ближайшие молекулы ударяются о тело, они отталкиваются, и столкновения происходят на всех расстояниях в пределах индуктивного расстояния. Теперь ясно, что, если потенциал постоянен, но таким образом может быть вызвана небольшая потеря энергии, поскольку молекулы, находящиеся ближе всего к телу, получив дополнительный заряд, переданный им при контакте, не притягиваются до тех пор, пока они не расстанутся, если не со всеми, то по крайней мере с большей частью дополнительного заряда, что может быть достигнуто только после очень многих столкновений. Это вытекает из того факта, что при постоянном потенциале потери в сухом воздухе невелики. Когда потенциал не постоянный, а переменный, условия совершенно другие. В этом случае происходит ритмичная бомбардировка, независимо от того, теряют ли молекулы после контакта с телом переданный заряд или нет, и, более того, если заряд не теряется, удары становятся еще более сильными. Тем не менее, если частота импульсов будет очень мала, потери, вызванные ударами и коллизиями, не будут серьезными, если только потенциал не будет чрезмерным. Но когда используются чрезвычайно высокие частоты и более или менее высокие потенциалы, потери могут быть очень большими. Общая энергия, теряемая в единицу времени, пропорциональна произведению количества ударов в секунду, или частоты, на энергию, теряемую при каждом ударе. Но энергия удара должна быть пропорциональна квадрату электрической плотности тела, исходя из предположения, что заряд, передаваемый молекуле, пропорционален этой плотности. Из этого делается вывод, что общая потерянная энергия должна быть пропорциональна произведению частоты на квадрат электрической плотности; но этот закон нуждается в экспериментальном подтверждении. Если предположить, что предыдущие соображения верны, то при быстром изменении потенциала тела, погруженного в изолирующую газовую среду, любое количество энергии может быть рассеяно в пространстве. Таким образом, большая часть этой энергии не рассеивается в виде длинных эфирных волн, распространяющихся на значительные расстояния, как принято считать, а расходуется на потери при ударах и соударениях, то есть на тепловые колебания, на поверхности и вблизи тела. Для уменьшения рассеивания необходимо работать с небольшой электрической плотностью — чем меньше, тем выше частота.

Поведение газовой среды при таких быстрых колебаниях потенциала делает вероятным, что электростатические возмущения земли, вызванные космическими явлениями, могут оказывать большое влияние на метеорологические условия. Когда возникают такие возмущения, как частота колебаний заряда, так и потенциал, по всей вероятности, чрезмерны, и энергия, преобразуемая в тепло, может быть значительной. Поскольку плотность должна быть распределена неравномерно, либо из-за неровности земной поверхности, либо из-за состояния атмосферы в различных местах, производимый эффект, соответственно, будет варьироваться от места к месту. Таким образом, значительные колебания температуры и давления атмосферы могут быть вызваны в любой точке поверхности Земли. Колебания могут быть постепенными или очень внезапными, в зависимости от природы первоначального возмущения, и могут вызвать дождь и штормы или каким-либо образом изменить погоду на местном уровне.

Из большого опыта, накопленного в ходе этих исследований, становится очевидным, что при разрядах молнии воздух является важным элементом. Например, во время шторма на гвозде или заостренном выступе здания может образоваться ручей. Если молния ударяет где-то поблизости, безвредный статический разряд может вследствие создаваемых колебаний принять характер высокочастотного потока, а гвоздь или выступ могут нагреться до высокой температуры в результате сильного воздействия молекул воздуха. Таким образом, считается, что здание может быть подожжено без попадания в него молнии. Аналогичным образом небольшие металлические предметы могут плавиться и улетучиваться — как это часто происходит при разрядах молнии — просто потому, что они окружены воздухом. Если бы они были погружены в практически сплошную среду, такую как нефть, они, вероятно, были бы в безопасности, поскольку энергию пришлось бы расходовать в другом месте.

Поучительный опыт, имеющий отношение к этому предмету, заключается в следующем: берется стеклянная трубка диаметром около дюйма и длиной в несколько дюймов и запаивается в нее платиновая проволока, проходящая через центр трубки из конца в конец. Трубка разряжена в умеренной степени. Если по проводу пропускать постоянный ток, он нагревается равномерно во всех частях, и газ в трубке не имеет значения. Но если через проволоку направляются высокочастотные разряды, она сильнее нагревается на концах, чем в средней части, и если частота или скорость заряда достаточно высока, проволоку с таким же успехом можно разрезать посередине, поскольку большая часть нагрева на концах происходит из-за разреженного газа. Здесь газ может действовать только как проводник без полного сопротивления, отводя ток от провода, поскольку полное сопротивление последнего чрезвычайно увеличено, и просто нагревая концы провода из-за их сопротивления прохождению разряда. Но вовсе не обязательно, чтобы газ в трубке был проводящим; это может быть при чрезвычайно низком давлении, все равно концы провода будут нагреваться; однако, как установлено опытом, только два конца в таком случае не были бы электрически соединены через газовую среду. Теперь то, что при таких частотах и потенциалах происходит в разряженной трубе, происходит при разряде молнии при обычном давлении.

Исходя из легкости, с которой любое количество энергии может передаваться через газ, мистер Тесла делает вывод, что лучший способ обезвредить разряд молнии - это каким-то образом обеспечить ему прохождение через объем газа.

Признание некоторых из вышеперечисленных фактов имеет отношение к далеко идущим научным исследованиям, в которых используются чрезвычайно высокие частоты и потенциалы. В таких случаях воздух является важным фактором, который необходимо учитывать. Так, например, если два провода присоединены к клеммам катушки, и от них отходят стримеры, происходит рассеивание энергии в виде тепла и света, и провода ведут себя как конденсатор большей емкости. Если провода погружены в масло, рассеивание энергии предотвращается или, по крайней мере, уменьшается, а кажущаяся пропускная способность уменьшается. Воздействие воздуха, по-видимому, затрудняет определение по измеренной или вычисленной емкости конденсатора, в котором воздействуют на воздух, его фактической емкости или периода вибрации, особенно если конденсатор имеет очень малую поверхность и заряжен до очень высокого потенциала. Поскольку многие важные результаты зависят от правильности оценки периода вибрации, этот вопрос требует самого тщательного изучения исследователями.

В лейденских банках потери из-за присутствия воздуха сравнительно невелики, в основном из-за большой поверхности покрытий и небольшого внешнего воздействия, но при наличии полосок сверху потери могут быть значительными и это влияет на период вибрации. В резонаторе плотность мала, но частота экстремальна и может привести к значительной погрешности. Во всяком случае, представляется несомненным, что периоды колебаний заряженного тела в газообразной и в сплошной среде, такой как нефть, различны из-за действия первого, как было объяснено.

Другой признанный факт, имеющий определенное значение, заключается в том, что в аналогичных исследованиях общие соображения статического экранирования неприменимы при наличии газовой среды. Это видно из следующего эксперимента.: Берется короткая и широкая стеклянная трубка, которая покрывается толстым слоем бронзовой пудры, едва пропускающей свет. Трубка сильно разряжена и подвешивается на металлическом зажиме на конце проволоки. Когда провод подсоединяется к одной из клемм катушки, газ внутри трубки загорается, несмотря на металлическое покрытие. Здесь металл, очевидно, не экранирует газ внутри, как это должно быть, даже если он очень тонкий и плохо проводящий. Тем не менее, в состоянии покоя металлическое покрытие, каким бы тонким оно ни было, прекрасно защищает внутреннюю поверхность.

Одним из наиболее интересных результатов, полученных при проведении этих экспериментов, является демонстрация того факта, что газовая среда, на которую воздействуют вибрации в результате быстрых изменений электростатического потенциала, является жесткой. В качестве иллюстрации этого результата можно привести эксперимент, проведенный мистером Теслой: стеклянная трубка диаметром около дюйма и длиной три фута, с наружными конденсаторными покрытиями на концах, разрядилась до определенной точки, когда трубка была свободно подвешена к проводу, соединяющему верхнее покрытие с одним из выводов катушки, и разряд появился в виде светящейся нити, проходящей через ось трубки. Обычно нить была резко очерчена в верхней части трубки и терялась в нижней части. Когда магнит или палец быстро проходили рядом с верхней частью светящейся нити, она смещалась с места под действием магнитного или электростатического воздействия, и возникала поперечная вибрация, подобная вибрации подвешенного шнура с одним или несколькими отчетливыми узлами, которая длилась несколько минут и постепенно затухала. Подвешивая к нижнему покрытию конденсатора металлические пластины разного размера, можно было изменять скорость вибрации. Эта вибрация, по-видимому, без сомнения показывает, что нить обладает жесткостью, по крайней мере, при поперечных перемещениях.

Было проведено множество экспериментов, чтобы продемонстрировать это свойство на воздухе при обычном давлении. Хотя никаких положительных доказательств получено не было, тем не менее считается, что высокочастотная щетка или стример, если бы частоту можно было сдвинуть достаточно далеко, были бы определенно жесткими. Тогда внутри него можно было бы совершенно свободно перемещать небольшую сферу, но если бы ее бросили на него, сфера отскочила бы. Обычное пламя не может обладать заметной жесткостью, поскольку вибрация является бесцельной; но считается, что электрическая дуга должна обладать этим свойством в большей или меньшей степени. Светящаяся полоса, возбуждаемая в лампе повторными разрядами лейденской банки, также должна обладать жесткостью, а при деформации и внезапном высвобождении должна вибрировать.

Исходя из аналогичных соображений, делаются другие интересные выводы. Наиболее вероятной средой, заполняющей пространство, является среда, состоящая из независимых носителей, погруженных в изолирующую жидкость. Если предположить, что через эту среду действуют огромные электростатические напряжения, интенсивность которых быстро меняется, это позволило бы телу перемещаться через нее, но при этом оно было бы жестким и эластичным, хотя сама жидкость могла бы быть лишена этих свойств. Кроме того, исходя из предположения, что независимые носители имеют любую конфигурацию, так что сопротивление жидкости движению в одном направлении больше, чем в другом, напряжение такого рода заставило бы носители располагаться группами, поскольку они были бы обращены друг к другу сторонами с наибольшей электрической плотностью, и в этом положении сопротивление жидкости приближению было бы меньше, чем удалению. Если бы в среде с вышеуказанными характеристиками щетка формировалась при постоянном потенциале, обмен носителями происходил бы непрерывно, и в щетке было бы меньше носителей на единицу объема, чем в пространстве на некотором расстоянии от электрода, что соответствует разрежению. Если бы потенциал быстро менялся, результат был бы совсем другим; чем выше частота импульсов, тем медленнее происходил бы обмен носителями; наконец, движение переноса через измеримое пространство прекратилось бы, и при достаточно высокой частоте и интенсивности напряжения носители притянулись бы к электроду, что привело бы к сжатию.

Интересной особенностью этих высокочастотных токов является то, что они позволяют управлять всеми видами устройств, подключая устройство только одним подводящим проводом к источнику электроэнергии. Фактически, при определенных условиях может оказаться более экономичным подавать электрическую энергию с помощью одного провода, чем с помощью двух.

Особый интерес, проявленный мистером Теслой, представляет эксперимент по запуску двигателя, работающего по принципу вращающегося магнитного поля, описанному мистером Теслой, с использованием только одной изолированной линии. Простая форма такого двигателя получается путем намотки на многослойный железный сердечник первичной и прилегающей к ней вторичной катушки, замыкания концов последней и помещения свободно перемещаемого металлического диска под воздействие движущегося поля. Вторичная катушка, однако, может быть опущена. Когда один из концов первичной катушки двигателя подсоединен к одному из выводов высокочастотной катушки, а другой конец - к изолированной металлической пластине, что, следует отметить, не является абсолютно необходимым для успеха эксперимента, диск приводится во вращение.

Эксперименты такого рода, по-видимому, позволяют приводить в действие двигатель в любой точке земной поверхности от центрального источника, без какой-либо связи с ним, кроме как через землю. Если бы с помощью мощного оборудования были произведены быстрые изменения потенциала земли, по заземленному проводу, достигающему некоторой высоты, проходил бы ток, который можно было бы увеличить, подсоединив свободный конец провода к телу определенного размера. Ток может быть преобразован в низкое напряжение и использован для приведения в действие двигателя или другого устройства. Эксперимент, представляющий большой научный интерес, вероятно, лучше всего удался бы на корабле в море. Таким образом, даже если бы не было возможности управлять механизмами, разведданные могли бы передаваться совершенно точно.

В ходе этого экспериментального исследования особое внимание было уделено нагревающим эффектам, создаваемым этими токами, которые не только поразительны, но и открывают возможность получения более эффективного источника освещения. Достаточно подсоединить к клемме катушки тонкий провод или нить накаливания, чтобы температура последней заметно повысилась. Если провод или нить накаливания заключены в лампочку, эффект нагрева усиливается за счет предотвращения циркуляции воздуха. Если воздух в колбе сильно сжат, смещения будут меньше, удары менее сильными и эффект нагрева уменьшится. Напротив, если выпустить воздух из колбы, нить накаливания в закрытой лампе накаляется, и таким образом может быть получено любое количество света.

Нагрев внутренней нити накала лампы зависит от стольких факторов различной природы, что трудно привести общепринятое правило, при котором происходит максимальный нагрев. Что касается размера колбы, то установлено, что при обычном или лишь незначительно отличающемся атмосферном давлении, когда воздух является хорошим изолятором, нить накала в маленькой колбе нагревается сильнее из-за лучшего удержания тепла в этом случае. При более низких давлениях, когда воздух становится проводящим, эффект нагрева в большой колбе выше, но при чрезмерно высоких степенях разрежения, по-видимому, за пределами определенного и довольно небольшого размера сосуда, заметной разницы в нагревании нет.

Форма сосуда также имеет определенное значение, и было установлено, что из соображений экономии предпочтительнее использовать сферическую колбу с электродом, установленным в ее центре, где сталкиваются отскакивающие молекулы.

В целях экономии желательно, чтобы вся энергия, подаваемая на лампу от источника, достигала нагреваемого тела без потерь. Потери при передаче энергии от источника к корпусу могут быть уменьшены за счет использования тонких проводов, сильно покрытых изоляцией, и за счет использования электростатических экранов. Следует отметить, что экран не может быть подключен к заземлению, как в обычных условиях.

В самой лампочке большая часть подаваемой энергии может быть потеряна в результате молекулярной бомбардировки провода, соединяющего нагреваемое тело с источником. Значительное улучшение было достигнуто за счет покрытия стеклянной ножки, содержащей проволоку, плотно прилегающей проводящей трубкой. Эта трубка немного выступает над стеклом и предотвращает растрескивание последнего вблизи нагретого корпуса. Эффективность проводящей трубки ограничена очень высокими степенями истощения. Это уменьшает потерю энергии при бомбардировке по двум причинам; во-первых, заряд, создаваемый атомами, распространяется на большую площадь, и, следовательно, электрическая плотность в любой точке мала, и атомы отталкиваются с меньшей энергией, чем если бы они ударялись о хороший изолятор; во-вторых, поскольку трубка наэлектризована атомами, которые первыми вступают с ней в контакт, продвижение следующих атомов по трубке более или менее сдерживается отталкиванием, которое наэлектризованная трубка должна оказывать на аналогично наэлектризованные атомы. Считается, что это объясняет, почему разряд через лампочку устанавливается с гораздо большей легкостью при наличии изолятора, чем при наличии проводника.

В ходе исследований было опробовано огромное количество ламп различной конструкции с электродами из разного материала, и был сделан ряд интересных наблюдений. Мистер Тесла обнаружил, что износ электрода тем меньше, чем выше частота. Этого следовало ожидать, поскольку в этом случае нагрев осуществляется за счет множества небольших ударов, а не за счет меньших и более сильных, которые быстро разрушают конструкцию. Ухудшение также меньше, когда вибрация является гармонической. Таким образом, электрод, поддерживаемый при определенной степени нагрева, служит гораздо дольше при токах, получаемых от генератора переменного тока, чем при токах, получаемых с помощью разрушающего разряда. Один из самых прочных электродов был получен из сильно спрессованного карборунда, который является разновидностью углерода, недавно произведенного мистером Э. Г. Ачесоном из Мононгахела-Сити, штат Пенсильвания. Из опыта следует, что для обеспечения наибольшей прочности электрод должен иметь форму сферы с хорошо отполированной поверхностью.

В некоторых колбах огнеупорные тела помещались в угольный стакан и подвергались молекулярному воздействию. В таких экспериментах наблюдалось, что сначала нагревали угольный стакан, пока не была достигнута более высокая температура; затем большая часть бомбардировки была направлена на огнеупорное тело, и углерод был удален. Как правило, при установке в колбу различных корпусов самый твердый плавкий элемент удалялся и оставался при значительно более низкой температуре. Это было вызвано тем фактом, что большая часть подаваемой энергии проходила бы свой путь через тело, которое легче сплавлялось или “испарялось”.

Достаточно любопытно, что в ходе некоторых проведенных экспериментов выяснилось, что тело плавилось в колбе под воздействием молекул за счет выделения меньшего количества света, чем при плавлении под воздействием тепла обычными способами. Это может быть связано с ослаблением структуры тела под воздействием сильных ударов и меняющихся нагрузок.

Некоторые эксперименты, по-видимому, указывают на то, что при определенных условиях тело, проводящее или непроводящее, может при бомбардировке излучать свет, который, по всей видимости, обусловлен фосфоресценцией, но на самом деле может быть вызван накалом бесконечно малого слоя, при этом средняя температура тела сравнительно мала. Так могло бы быть, если бы каждое отдельное ритмическое воздействие было способно мгновенно возбуждать сетчатку, а ритм был бы достаточно высоким, чтобы вызывать непрерывное впечатление в глазу. Согласно этой точке зрения, катушка, приводимая в действие разрушающим разрядом, была бы в высшей степени приспособлена для получения такого результата, и опытным путем установлено, что ее способность возбуждать фосфоресценцию необычайно велика. Он способен возбуждать фосфоресценцию при сравнительно низких степенях истощения, а также отбрасывает тени при давлениях, намного превышающих те, при которых длина свободного пробега сопоставима с размерами сосуда. Последнее наблюдение имеет определенное значение, поскольку оно может изменить общепринятые взгляды на явления "лучистого состояния”.

Мысль, которая рано и естественно пришла в голову мистеру Тесле, заключалась в том, чтобы использовать мощный индуктивный эффект токов высокой частоты для получения света в герметичном стеклянном сосуде без использования подводящих проводов. Соответственно, было сконструировано много ламп накаливания, в которых энергия, необходимая для поддержания кнопки или нити накаливания при высоком накале, подавалась через стекло либо электростатической, либо электродинамической индукцией. Интенсивность излучаемого света было легко регулировать с помощью нанесенного снаружи конденсаторного покрытия, соединенного с изолирующей пластиной, или просто с помощью пластины, прикрепленной к лампочке, которая в то же время выполняла функцию абажура.

Предмет эксперимента, который был исчерпывающе рассмотрен в Англии профессором Дж. Дж. Томсоном, был независимо продолжен мистером Теслой с самого начала этого исследования, а именно, возбуждение электродинамической индукцией светящейся полосы в закрытой трубке или колбе. При наблюдении за поведением газов и полученными световыми явлениями была отмечена важность электростатических эффектов, и оказалось желательным создавать огромные разности потенциалов, чередующиеся с чрезвычайной быстротой. Эксперименты в этом направлении привели к некоторым из наиболее интересных результатов, полученных в ходе этих исследований. Было обнаружено, что при быстром изменении высокого электростатического потенциала можно зажигать разряженные трубки на значительных расстояниях от проводника, подключенного к катушке надлежащей конструкции, и что с помощью катушки можно создать переменное электростатическое поле, действующее по всей комнате и зажигающее трубку везде, где она была размещена в пределах четырех стен. Фосфоресцирующие лампы могут возбуждаться в таком поле, и этот эффект легко регулировать, подсоединив к лампе небольшую изолированную металлическую пластину. Аналогичным образом можно было поддерживать нить накала или кнопку, установленную в трубке, при ярком накале, и в одном эксперименте слюдяная лопатка вращалась при накале платиновой проволоки.

Переходя теперь к лекции, прочитанной в Филадельфии и Сент-Луисе, можно отметить, что поверхностному читателю введение мистера Теслы, касающееся важности глаза, может показаться отступлением, но вдумчивый читатель найдет в нем много пищи для размышлений и спекуляций. На протяжении всего его выступления можно проследить усилия мистера Теслы по популярному изложению мыслей и взглядов на электрические явления, которые в последние годы захватили научный мир, но о которых широкая публика еще только имеет представление. Мистер Тесла также довольно подробно останавливается на своем хорошо известном методе высокочастотного преобразования; и большое количество подробной информации будет с благодарностью воспринято студентами и экспериментаторами в этой нетронутой области. Использование подходящих аналогий при объяснении задействованных фундаментальных принципов позволяет всем легко получить четкое представление об их природе. Опять же, легкость, с которой, благодаря усилиям мистера Теслы, эти высокочастотные токи теперь могут быть получены из цепей, пропускающих практически любой вид тока, не может не привести к значительному расширению этой области исследований, которая предлагает так много возможностей. Мистер Тесла, каким бы истинным философом он ни был, без колебаний указывает на недостатки в некоторых своих методах и указывает направления, которые ему кажутся наиболее многообещающими. Особое внимание он уделяет использованию среды, в которую должны быть погружены разрядные электроды, чтобы этот метод преобразования мог быть доведен до наивысшего совершенства. Он, очевидно, приложил все усилия, чтобы дать как можно больше полезной информации тем, кто хочет следовать по его пути, поскольку он подробно показывает схемы, которые следует применять во всех обычных случаях, встречающихся на практике, и хотя некоторые из этих методов были описаны им двумя годами ранее, дополнительная информация по-прежнему актуальна и приветствуется.

В своих экспериментах он сначала останавливается на некоторых явлениях, вызываемых электростатическим взаимодействием, которое, по его мнению, в свете современных теорий является наиболее важной силой в природе, которую нам следует исследовать. В самом начале он демонстрирует поразительно новый эксперимент, иллюстрирующий действие быстро меняющейся электростатической силы в газовой среде, прикасаясь одной рукой к одной из клемм трансформатора напряжением 200 000 Вольт и поднося другую руку к противоположной клемме. Мощные потоки, которые исходили из его руки и поражали аудиторию, послужили отличной иллюстрацией некоторых выдвинутых взглядов и предоставили мистеру Тесле возможность указать на истинные причины, по которым с помощью этих токов такое количество энергии может проходить через тело безнаказанно. Затем он экспериментально показал разницу между постоянной и быстро меняющейся силой, действующей на диэлектрик. Это различие наиболее ярко проиллюстрировано в эксперименте, в котором лампочка, прикрепленная к концу провода, соединенному с одной из клемм трансформатора, разрывается, хотя все посторонние предметы находятся на расстоянии от лампы. Затем он иллюстрирует, как механические движения создаются изменяющейся электростатической силой, действующей через газовую среду. Важность действия воздуха особенно хорошо иллюстрируется интересным экспериментом.

Обращаясь к другому классу явлений, а именно к динамическому электричеству, мистер Тесла в ряде экспериментов добился различных эффектов, используя только один провод, с очевидным намерением донести до своей аудитории идею о том, что электрические колебания или ток могут передаваться с легкостью, без какой-либо обратной цепи; а также о том, как передаваемые таким образом токи могут быть преобразованы и использованы для многих практических целей. Затем показан ряд экспериментов, иллюстрирующих влияние частоты, самоиндукции и мощности; затем представлен ряд способов управления двигателем и другими устройствами с использованием одного провода. Также показан ряд новых явлений импеданса, которые не могут не вызывать интереса.

Затем мистер Тесла остановился на предмете, который, по его мнению, имеет большое значение, а именно на электрическом резонансе, который он популярно объяснил. Он выразил свою твердую убежденность в том, что при соблюдении надлежащих условий интеллект и, возможно, даже сила могут передаваться через медиума или через землю; и он считает эту проблему достойной серьезного и немедленного рассмотрения.

Переходя теперь, в частности, к световым явлениям, он оригинально проиллюстрировал четыре различных вида этих явлений, что для многих, должно быть, стало откровением. Г-н Тесла приписывает эти световые эффекты молекулярным или атомным воздействиям, возникающим в результате изменения электростатического напряжения в газовой среде. В серии новых экспериментов он проиллюстрировал влияние газа, окружающего проводник, и, вне всякого сомнения, показал, что при токах высокой частоты и высокого потенциала окружающий газ имеет первостепенное значение для нагрева проводника. Он объясняет нагрев частично током проводимости, а частично бомбардировкой и демонстрирует, что во многих случаях нагрев может быть практически вызван только бомбардировкой. Он также указал, что скин-эффект в значительной степени модифицируется присутствием газа или атомной среды в целом. Он также показал несколько интересных экспериментов, в которых проиллюстрирован эффект конвекции. Вероятно, одним из наиболее любопытных экспериментов в этой связи является тот, в котором тонкую платиновую проволоку, натянутую вдоль оси вытяжной трубки, доводят до накала в определенных точках, соответствующих положению бороздок, в то время как в других местах она остается темной. Этот эксперимент проливает интересный свет на природу бороздок и может привести к важным открытиям.

Г-н Тесла также продемонстрировал рассеяние энергии через атомную среду и подробно остановился на поведении пустого пространства при передаче тепла, и в этой связи показал любопытное поведение потока электродов, из чего он делает вывод, что на молекулы газа, вероятно, нельзя воздействовать непосредственно на измеримых расстояниях.

Мистер Тесла кратко изложил основные результаты, достигнутые в ходе проведения своих исследований, таким образом, который послужит ценным руководством для всех, кто может быть вовлечен в эту работу. Возможно, наибольший интерес вызовут его общие утверждения относительно явления фосфоресценции, наиболее важным фактом, выявленным в этом направлении, является то, что при возбуждении фосфоресцентной лампы определенный потенциал дает наиболее экономичный результат.

Лекции теперь будут представлены в порядке их поступления.

ГЛАВА XXVI

_______________

ЭКСПЕРИМЕНТЫ С ПЕРЕМЕННЫМИ ТОКАМИ

ОЧЕНЬ ВЫСОКОЙ ЧАСТОТЫ

И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ К МЕТОДАМ

ИСКУССТВЕННОГО ОСВЕЩЕНИЯ*

Нет предмета более увлекательного, более достойного изучения, чем природа. Понять этот великий механизм, обнаружить действующие силы и законы, которые ими управляют, - вот высшая цель человеческого интеллекта.

Природа накопила во Вселенной бесконечную энергию. Вечным получателем и передатчиком этой бесконечной энергии является эфир. Признание существования эфира и функций, которые он выполняет, является одним из важнейших результатов современных научных исследований. Простой отказ от идеи действия на расстоянии, предположение о медиуме, пронизывающем все пространство и связывающем всю грубую материю, освободили умы мыслителей от вездесущих сомнений и, открыв новый горизонт — новые и непредвиденные возможности, — пробудили новый интерес к явлениям, с которыми мы давно знакомы. Это был большой шаг к пониманию сил природы и их многообразных проявлений в наших органах чувств. Это было для просвещенного студента-физика тем же, чем понимание механизма огнестрельного оружия или паровой машины для варвара. Явления, на которые мы раньше смотрели как на чудеса, не поддающиеся объяснению, теперь мы видим в ином свете. Искра индукционной катушки, свечение лампы накаливания, проявления механических сил токов и магнитов больше не находятся за пределами нашего понимания; вместо непостижимого, как раньше, их наблюдение наводит теперь на мысль о простом механизме, и хотя относительно его точной природы все еще остаются догадками, тем не менее мы знаем, что истина больше не может быть скрыта, и инстинктивно мы чувствуем, что понимание приходит к нам. Мы все еще восхищаемся этими прекрасными явлениями, этими странными силами, но мы больше не беспомощны; мы можем в определенной степени объяснить их, дать им объяснение, и мы надеемся, что наконец преуспеем в разгадке тайны, которая их окружает.

То, насколько мы можем понять окружающий нас мир, является конечной мыслью каждого изучающего природу. Грубость наших чувств мешает нам распознать скрытое устройство материи, и астрономия, эта величайшая и наиболее позитивная из естественных наук, может научить нас только тому, что происходит, так сказать, в непосредственной близости от нас: об отдаленных частях безграничной вселенной с ее бесчисленными звездами и солнцами мы ничего не знаем. Но далеко за пределами восприятия наших органов чувств дух все еще может направлять нас, и поэтому мы можем надеяться, что даже эти неизвестные миры — бесконечно малые и великие — могут в какой-то мере стать нам известными. И все же, даже если это знание достигнет нас, ищущий ум обнаружит барьер, возможно, навсегда непреодолимый, на пути истинного распознавания того, что кажется существующим, простая видимость чего является единственной и хрупкой основой всей нашей философии.

Из всех форм неизмеримой, всепроникающей энергии природы, которая постоянно меняется и движется, подобно душе, оживляющей инертную вселенную, электричество и магнетизм, пожалуй, самые завораживающие. Эффекты гравитации, тепла и света мы наблюдаем ежедневно, и вскоре мы привыкаем к ним, и вскоре они теряют для нас характер чудесных явлений; но электричество и магнетизм, с их особой взаимосвязью, с их кажущимся двойственным характером, уникальными среди сил природы, с их феноменами притяжения, отталкивания и вращения, странными проявлениями таинственных агентов, стимулируют и возбуждают разум к размышлениям и исследованиям. Что такое электричество и что такое магнетизм? Эти вопросы задавались снова и снова. Самые способные умы неустанно бились над проблемой; тем не менее, на этот вопрос еще не получен полный ответ. Но хотя мы даже сегодня не можем сказать, что представляют собой эти особые силы, мы значительно продвинулись в решении проблемы. Теперь мы уверены, что электрические и магнитные явления приписываются эфиру, и, возможно, у нас есть основания утверждать, что эффекты статического электричества - это эффекты эфира под напряжением, а эффекты динамического электричества и электромагнетизма - эффекты эфира в движении. Но это все еще оставляет вопрос о том, что такое электричество и магнетизм, без ответа.

Во-первых, мы, естественно, задаемся вопросом, что такое электричество и существует ли такая вещь, как электричество? Интерпретируя электрические явления, мы можем говорить об электричестве или об электрическом состоянии, статуе или эффекте. Если мы говорим об электрических эффектах, мы должны различать два таких эффекта, противоположных по характеру и нейтрализующих друг друга, поскольку наблюдение показывает, что существуют два таких противоположных эффекта. Это неизбежно, поскольку в среде со свойствами эфира мы никак не можем напрячь или произвести смещение или движение любого рода, не вызвав в окружающей среде эквивалентного и противоположного эффекта. Но если мы говорим об электричестве, имея в виду некую вещь, мы должны, я думаю, отказаться от идеи двух электричеств, поскольку существование двух таких вещей крайне маловероятно. Ибо как мы можем представить себе, что должны существовать две вещи, эквивалентные по количеству, сходные по своим свойствам, но противоположного характера, обе цепляющиеся за материю, обе притягивающие и полностью нейтрализующие друг друга? Такое предположение, хотя и наводится на мысль о многих явлениях, хотя и является наиболее удобным для их объяснения, не заслуживает особого одобрения. Если существует такая вещь, как электричество, то может быть только одна такая вещь, и, возможно, избыток и недостаток этой одной вещи; но более вероятно, что ее состояние определяет положительный и отрицательный характер. Старая теория Франклина, хотя и не оправдывает себя в некоторых отношениях, в конце концов, с определенной точки зрения является наиболее правдоподобной. Тем не менее, несмотря на это, теория двух электричеств является общепринятой, поскольку она, по-видимому, объясняет электрические явления более удовлетворительным образом. Но теория, которая лучше объясняет факты, не обязательно верна. Изобретательные умы будут изобретать теории, соответствующие наблюдениям, и почти у каждого независимого мыслителя есть свои взгляды на этот предмет.

Не с целью высказать свое мнение, а с желанием лучше познакомить вас с некоторыми результатами, которые я опишу, показать вам рассуждения, которым я следовал, отступления, которые я сделал, — я осмеливаюсь выразить в нескольких словах взгляды и убеждения, которые привели меня к этим результатам.

Я придерживаюсь идеи, что есть вещь, которую мы привыкли называть электричеством. Вопрос в том, что это за вещь? или, что из всех вещей, о существовании которых мы знаем, у нас есть наилучшие основания называть электричеством? Мы знаем, что он действует подобно несжимаемой жидкости; что в природе его должно быть постоянное количество; что его нельзя ни произвести, ни уничтожить; и, что более важно, электромагнитная теория света и все наблюдаемые факты учат нас, что электрические и эфирные явления идентичны. Поэтому сразу напрашивается идея, что электричество можно было бы назвать эфиром. Фактически, эта точка зрения в определенном смысле была выдвинута доктором Лоджем. Его интересную работу прочитали все, и многих убедили его аргументы. Его выдающиеся способности и интересная природа предмета завораживают читателя; но когда впечатления исчезают, человек понимает, что ему приходится иметь дело только с остроумными объяснениями. Я должен признаться, что я не могу поверить в два электричества, а тем более в дважды составленный эфир. Загадочное поведение эфира как твердого вещества по отношению к волнам света и тепла и как жидкости по отношению к движению тел через него, безусловно, объясняется наиболее естественным и удовлетворительным образом, если предположить, что эфир находится в движении, как предположил сэр Уильям Томсон; но независимо от этого, нет ничего, что позволило бы нам с уверенностью заключить, что, хотя жидкость и не способна передавать поперечные колебания со скоростью несколько сотен или тысяч в секунду, она, возможно, не способна передавать такие колебания, когда они достигают сотен миллионов миллионов в секунду. Никто также не может доказать, что существуют поперечные эфирные волны, излучаемые машиной переменного тока, дающие небольшое количество колебаний в секунду; при таких медленных возмущениях эфир, находясь в состоянии покоя, может вести себя как настоящая жидкость.

Возвращаясь к теме и принимая во внимание, что существование двух видов электричества, мягко говоря, крайне маловероятно, мы должны помнить, что у нас нет доказательств существования электричества, и мы не можем надеяться получить его, если не присутствует грубая материя. Следовательно, электричество нельзя назвать эфиром в широком смысле этого термина; но, по-видимому, ничто не мешает назвать электричество эфиром, связанным с материей, или связанным эфиром; или, другими словами, так называемый статический заряд молекулы - это эфир, каким-то образом связанный с молекулой. Рассматривая это в таком свете, мы были бы вправе сказать, что электричество участвует во всех молекулярных действиях.

Теперь, что именно представляет собой эфир, окружающий молекулы, чем он отличается от эфира вообще, можно только предполагать. Он не может отличаться по плотности, поскольку эфир несжимаем: следовательно, он должен находиться под каким-то напряжением или в движении, и последнее наиболее вероятно. Чтобы понять его функции, было бы необходимо иметь точное представление о физическом строении материи, о котором, конечно, мы можем составить только ментальную картину.

Но из всех взглядов на природу тот, который предполагает единую материю и единую силу и совершенное единообразие во всем, является наиболее научным и с наибольшей вероятностью верным. Бесконечно малый мир, в котором молекулы и их атомы вращаются и движутся по орбитам почти так же, как небесные тела, неся с собой и, вероятно, вращаясь вместе с ними эфир, или, другими словами, неся с собой статические заряды, представляется мне наиболее вероятной точкой зрения, которая правдоподобным образом объясняет большинство наблюдаемых явлений. Вращение молекул и их эфира создает эфирные напряжения или электростатические деформации; выравнивание эфирных напряжений вызывает эфирные движения или электрические токи, а орбитальные движения вызывают эффекты электро- и постоянного магнетизма.

Около пятнадцати лет назад профессор. Роуленд продемонстрировал наиболее интересный и важный факт, а именно, что переносимый повсюду статический заряд производит эффект электрического тока. Оставляя в стороне точную природу механизма, который производит притяжение и отталкивание токов, и представляя электростатически заряженные молекулы в движении, этот экспериментальный факт дает нам ясное представление о магнетизме. Мы можем представить себе физически существующие силовые линии или трубки, образованные рядами направленно движущихся молекул; мы можем видеть, что эти линии должны быть замкнутыми, что они должны иметь тенденцию укорачиваться и расширяться и т.д. Она также разумным образом объясняет самое загадочное явление из всех, постоянный магнетизм, и, в целом, обладает всеми прелестями теории Ампера, не обладая ее существенным недостатком, а именно предположением о молекулярных токах. Не вдаваясь далее в подробности, я бы сказал, что я рассматриваю все электростатические, электрические и магнитные явления как происходящие из-за электростатических молекулярных сил.

Предыдущие замечания я счел необходимыми для полного понимания предмета, как он представляется моему уму.

Из всех этих явлений наиболее важными для изучения являются явления тока в связи с уже обширным и постоянно растущим использованием тока в промышленных целях. Прошло уже столетие с тех пор, как был создан первый практический источник тока, и с тех пор явления, сопровождающие протекание токов, тщательно изучались, и благодаря неустанным усилиям ученых были открыты простые законы, которые ими управляют. Но оказывается, что эти законы действуют только тогда, когда течения носят устойчивый характер. Когда силы течений быстро меняются, проявляются совершенно иные явления, часто неожиданные, и действуют совершенно иные законы, которые даже сейчас не определены так полно, как хотелось бы, хотя благодаря работе, главным образом, английских ученых, было накоплено достаточно знаний по этому вопросу, чтобы позволить нам рассматривать простые случаи, которые сейчас встречаются в повседневной практике.

Явления, характерные для изменяющегося характера токов, значительно усиливаются при увеличении скорости изменения, следовательно, изучение этих токов значительно облегчается использованием правильно сконструированного аппарата. Имея в виду эту и другие цели, я сконструировал машины переменного тока, способные выдавать более двух миллионов оборотов тока в минуту, и главным образом благодаря этому обстоятельству я могу предложить вашему вниманию некоторые из достигнутых к настоящему времени результатов, которые, я надеюсь, окажутся шагом вперед из-за их прямого отношения к одной из наиболее важных проблем, а именно к созданию практичного и эффективного источника света.

Изучение таких быстро меняющихся токов очень интересно. Почти каждый эксперимент раскрывает что-то новое. Многие результаты, конечно, можно предсказать, но гораздо больше непредвиденных. Экспериментатор делает много интересных наблюдений. Например, мы берем кусок железа и прикладываем его к магниту. Начиная с низких колебаний и поднимаясь все выше и выше, мы чувствуем, как импульсы сменяют друг друга все быстрее и быстрее, становятся все слабее и, наконец, исчезают. Затем мы наблюдаем непрерывное притяжение; притяжение, конечно, не является непрерывным; нам так только кажется; наше чувство осязания несовершенно.

Затем мы можем установить дугу между электродами и наблюдать, как по мере увеличения частоты чередований нота, сопровождающая чередование дуг, становится все более пронзительной, постепенно ослабевает и, наконец, прекращается. Колебания воздуха, конечно, продолжаются, но они слишком слабы, чтобы их можно было уловить; наш слух подводит нас.

Мы наблюдаем небольшие физиологические эффекты, быстрый нагрев железных сердечников и проводников, любопытные индуктивные эффекты, интересные явления с конденсаторами и еще более интересные световые явления с индукционной катушкой высокого напряжения. Все эти эксперименты и наблюдения представляли бы величайший интерес для изучающего, но их описание увело бы меня слишком далеко от основного предмета. Отчасти по этой причине, а отчасти из-за их гораздо большей важности, я ограничусь описанием световых эффектов, производимых этими токами.

В экспериментах с этой целью используется индукционная катушка высокого напряжения или эквивалентное устройство для преобразования сравнительно низких токов в токи высокого напряжения.

Если вы будете достаточно заинтересованы в результатах, которые я опишу, чтобы приступить к экспериментальному изучению этого предмета; если вы будете убеждены в истинности аргументов, которые я приведу, — вашей целью будет получение высоких частот и высоких потенциалов; другими словами, мощных электростатических эффектов. Тогда вы столкнетесь со многими трудностями, которые, если их полностью преодолеть, позволили бы нам добиться поистине замечательных результатов.

Сначала возникнет трудность получения требуемых частот с помощью механического устройства, и, если они будут получены иным способом, возникнут препятствия иного характера. Далее, будет трудно обеспечить требуемую изоляцию без значительного увеличения размеров устройства, поскольку требуемые потенциалы высоки, и из-за быстроты чередования изоляция представляет особые трудности. Так, например, при наличии газа разряд может действовать за счет молекулярной бомбардировки газа и последующего нагрева через слой толщиной до дюйма самого лучшего твердого изоляционного материала, такого как стекло, твердая резина, фарфор, сургуч и т.д.; Фактически, через любое известное изоляционное вещество. Таким образом, главным требованием к изоляции аппарата является исключение попадания любых газообразных веществ.

В целом мой опыт показывает, что тела, обладающие наибольшей удельной индуктивностью, такие как стекло, обеспечивают изоляцию гораздо худшего качества по сравнению с другими, которые, хотя и являются хорошими изоляторами, имеют гораздо меньшую удельную индуктивность, например, масла, причем диэлектрические потери, несомненно, больше в первом случае. Сложность изоляции, конечно, существует только тогда, когда потенциалы чрезмерно высоки, поскольку при таких потенциалах, как несколько тысяч вольт, не возникает особых трудностей при передаче тока от машины, производящей, скажем, 20 000 колебаний в секунду, на значительное расстояние. Это количество чередований, однако, слишком мало для многих целей, хотя и вполне достаточно для некоторых практических применений. Эта трудность изоляции, к счастью, не является существенным недостатком; в основном это влияет на размер устройства, поскольку при использовании чрезмерно высоких потенциалов световые устройства будут располагаться недалеко от устройства, а часто и довольно близко к нему. Поскольку воздушная бомбардировка изолированного провода зависит от действия конденсатора, потери могут быть сведены к минимуму за счет использования чрезмерно тонких проводов с сильной изоляцией.

Другая трудность будет связана с емкостью и самоиндукцией, которыми обязательно обладает катушка. Если катушка большая, то есть если она содержит большую длину провода, она, как правило, не подходит для чрезмерно высоких частот; если она маленькая, она может быть хорошо приспособлена для таких частот, но тогда потенциал может быть не таким высоким, как хотелось бы. Хороший изолятор, предпочтительно обладающий небольшой удельной индуктивностью, давал бы двойное преимущество. Во-первых, это позволило бы нам сконструировать очень маленькую катушку, способную выдерживать огромные перепады потенциалов; и, во-вторых, такая маленькая катушка, из-за своей меньшей емкости и самоиндукции, была бы способна к более быстрой и энергичной вибрации. Таким образом, проблему создания катушки или индукционного устройства любого типа, обладающего необходимыми качествами, я считаю одной из немаловажных, и она занимала меня в течение значительного времени.

Исследователю, желающему повторить эксперименты, которые я опишу, с машиной переменного тока, способной подавать ток желаемой частоты, и индукционной катушкой, будет полезно снять первичную катушку и установить вторичную таким образом, чтобы иметь возможность смотреть через трубку, на которую намотана вторичная обмотка. Затем он сможет наблюдать потоки, которые проходят от первичной обмотки к изолирующей трубке, и по их интенсивности он будет знать, насколько сильно он может напрячь катушку. Без этой меры предосторожности он наверняка повредит изоляцию. Однако такое расположение позволяет легко заменять первичные элементы, что желательно в этих экспериментах.

Выбор типа машины, наиболее подходящей для данной цели, должен быть оставлен на усмотрение экспериментатора. Здесь проиллюстрированы три различных типа машин, которые, помимо других, я использовал в своих экспериментах.

На рис. 97 представлена машина, использовавшаяся в моих экспериментах перед этим институтом. Полевой магнит состоит из кольца из кованого железа с 384 выступами полюсов. Арматура состоит из стального диска, к которому прикреплен тонкий, тщательно приваренный обод из кованого железа. На обод намотано несколько слоев тонкой, хорошо отожженной железной проволоки, которая при намотке пропускается через шеллак. Проволока якоря намотана на латунные штыри, обмотанные шелковой нитью. Диаметр проволоки якоря в машинах этого типа не должен превышать 1/6 толщины выступов полюсов, в противном случае локальное воздействие будет значительным.


РИС. 97.

На рис. 98 представлена более крупная машина другого типа. Возбуждающий магнит этой машины состоит из двух одинаковых частей, которые либо охватывают катушку возбуждения, либо намотаны независимо. Каждая деталь имеет 480 полюсных выступов, выступы одного из которых обращены к выступам другого. Якорь состоит из колеса из твердой бронзы, несущего проводники, которые вращаются между выступами возбуждающего магнита. Для намотки проводников якоря я счел наиболее удобным действовать следующим образом. Я изготовляю кольцо из твердой бронзы требуемого размера. Это кольцо и обод колеса снабжены соответствующим количеством штифтов, и оба закреплены на пластине. При намотке проводников якоря штифты срезаются, а концы проводников закрепляются двумя кольцами, которые прикручиваются к бронзовому кольцу и ободу колеса соответственно. Затем все это можно снять и сформировать прочную структуру. Проводники в машинах такого типа должны состоять из листовой меди, толщина которой, конечно, зависит от толщины выступов полюсов; или же следует использовать скрученные тонкие провода.


РИС. 98.

На рис. 99 представлена машина меньшего размера, во многих отношениях похожая на первую, только здесь проводники якоря и катушка возбуждения остаются неподвижными, в то время как вращается только блок из кованого железа.


РИС. 99.

Было бы бесполезно удлинять это описание, если бы я подробнее останавливался на деталях конструкции этих машин. Кроме того, они были описаны несколько более подробно в "Инженере-электрике" от 18 марта 1891 года. Однако я считаю разумным обратить внимание исследователя на две вещи, важность которых, хотя и самоочевидна, он, тем не менее, склонен недооценивать; а именно, на локальное действие проводников, которого следует тщательно избегать, и на зазор, который должен быть небольшим. Я могу добавить, что, поскольку желательно использовать очень высокие окружные скорости, якорь должен быть очень большого диаметра, чтобы избежать непрактичных скоростей ленты. Из нескольких типов этих машин, которые были сконструированы мной, я обнаружил, что тип, показанный на рис. 97, доставил мне меньше всего хлопот при конструировании, а также при обслуживании, и в целом это была хорошая экспериментальная машина.

При работе с индукционной катушкой с очень быстрыми переменными токами одними из первых заметных световых явлений, естественно, являются явления, связанные с разрядом высокого напряжения. По мере увеличения количества чередований в секунду или по мере изменения тока, проходящего через первичную обмотку, — при его большом количестве — внешний вид разряда постепенно меняется. Было бы трудно описать происходящие незначительные изменения и условия, которые их вызывают, но можно отметить пять различных форм выделения.

Сначала можно наблюдать слабые, чувствительные выделения в виде тонкой нити неяркого цвета. (Рис. 100а.) Это всегда происходит, когда при большом количестве чередований в секунду ток через первичную обмотку очень мал. Несмотря на чрезмерно малый ток, скорость изменения велика, и поэтому разница потенциалов на выводах вторичной обмотки значительна, так что дуга возникает на больших расстояниях; но количество “электричества”, приводимого в движение, незначительно, его едва хватает для поддержания тонкой, нитевидной дуги. Он чрезмерно чувствителен и может быть сделан таким образом, что простой акт дыхания вблизи катушки повлияет на него, и, если он не будет совершенно хорошо защищен от потоков воздуха, он будет постоянно извиваться. Тем не менее, в такой форме он чрезмерно стойкий, и когда клеммы приближаются, скажем, на треть расстояния удара, его можно выдуть лишь с трудом. Такая исключительная стойкость при коротком замыкании в значительной степени обусловлена чрезмерно тонкой дугой, которая, следовательно, обеспечивает очень малую поверхность для взрыва. Его большая чувствительность при очень большом сроке службы, вероятно, обусловлена движением взвешенных в воздухе частиц пыли.


РИС. 100а.

Когда ток через первичную обмотку увеличивается, разряд становится шире и сильнее, и эффект емкости катушки становится видимым до тех пор, пока, наконец, при надлежащих условиях не образуется белая пылающая дуга, рис. 100b, часто толщиной с палец и проходящая через всю катушку. Он развивает заметный жар и может быть дополнительно охарактеризован отсутствием высокой ноты, которая сопровождает менее мощные разряды. Получать разряд от катушки в этих условиях было бы нежелательно, хотя при других условиях, когда потенциал намного выше, разряд от катушки может быть принят безнаказанно. Для получения такого рода разряда количество чередований в секунду не должно быть слишком большим для используемой катушки; и, вообще говоря, должны соблюдаться определенные соотношения между емкостью, самоиндукцией и частотой.


РИС. 100b.

Важность этих элементов в цепи переменного тока в настоящее время хорошо известна, и в обычных условиях применимы общие правила. Но в индукционной катушке преобладают исключительные условия. Во-первых, самоиндукция не имеет большого значения до возникновения дуги, когда она проявляется, но, возможно, никогда не бывает столь заметной, как в обычных цепях переменного тока, потому что емкость распределена по всей катушке и по причине того факта, что катушка обычно разряжается через очень большие сопротивления; следовательно, токи исключительно малы. Во-вторых, емкость продолжает непрерывно увеличиваться по мере увеличения потенциала вследствие поглощения, которое происходит в значительной степени. Из-за этого не существует критической зависимости между этими величинами, и обычные правила, по-видимому, неприменимы. По мере увеличения потенциала либо вследствие увеличения частоты, либо из-за увеличения тока через первичную обмотку, количество запасаемой энергии становится все больше и больше, а емкость приобретает все большее значение. До определенного момента емкость выгодна, но после этого она начинает быть огромным недостатком. Из этого следует, что каждая катушка дает наилучший результат при заданной частоте и первичном токе. Очень большая катушка при работе с токами очень высокой частоты может давать искру не более ⅛ дюйма. За счет увеличения емкости выводов состояние может быть улучшено, но чего действительно хочет катушка, так это более низкой частоты.

Когда происходит горящий разряд, условия, очевидно, таковы, что по цепи протекает наибольший ток. Эти условия могут быть достигнуты путем изменения частоты в широких пределах, но самая высокая частота, при которой все еще может возникать горящая дуга, определяет при данном первичном токе максимальное расстояние срабатывания катушки. При горящем разряде эффект увеличения мощности не заметен; скорость, с которой накапливается энергия, тогда просто равна скорости, с которой она может быть удалена через цепь. Такой разряд является самым суровым испытанием для катушки; разрыв, когда он происходит, аналогичен разрыву лейденской банки с избыточным зарядом. Чтобы дать грубое приближение, я бы сказал, что при использовании обычной катушки с сопротивлением, скажем, 10 000 Ом, самая мощная дуга будет генерироваться со скоростью около 12 000 чередований в секунду.

Когда частота увеличивается сверх этой нормы, потенциал, конечно, возрастает, но дистанция поражения, тем не менее, может уменьшаться, как это ни парадоксально. По мере повышения потенциала катушка приобретает все больше и больше свойств статической машины, пока, наконец, не можно будет наблюдать прекрасное явление струящегося разряда, рис. 101, который может возникать по всей длине катушки. На этом этапе потоки начинают свободно вытекать из всех точек и выступов. Также будет видно, что эти потоки в изобилии проходят в пространстве между первичной обмоткой и изолирующей трубкой. Когда потенциал чрезмерно высок, они всегда будут появляться, даже если частота низкая и даже если первичная обмотка будет окружена слоем воска, твердой резины, стекла толщиной не более дюйма или любым другим изолирующим веществом. Это сильно ограничивает мощность катушки, но позже я покажу, как мне удалось в значительной степени преодолеть этот недостаток в обычной катушке.


РИС. 101.

Помимо потенциала, интенсивность потоков зависит от частоты; но если катушка очень большая, они проявляют себя, независимо от того, насколько низкие частоты используются. Например, в очень большой катушке с сопротивлением 67 000 Ом, сконструированной мной некоторое время назад, они появляются со скоростью всего 100 чередований в секунду и менее, а изоляция вторичной обмотки составляет ¾ дюйма эбонита. При большой интенсивности они издают шум, подобный тому, который издается при зарядке аппарата Holtz, но гораздо более мощный, и они издают сильный запах озона. Чем ниже частота, тем больше вероятность внезапного повреждения катушки. При чрезмерно высоких частотах они могут проходить свободно, не производя никакого другого эффекта, кроме медленного и равномерного нагрева изоляции.

Наличие этих потоков показывает важность изготовления дорогостоящей катушки, позволяющей видеть сквозь трубку, окружающую первичную обмотку, и последняя должна быть легко заменяемой; или же пространство между первичной и вторичной обмотками должно быть полностью заполнено изоляционным материалом, чтобы исключить попадание воздуха. Несоблюдение этого простого правила при изготовлении коммерческих катушек приводит к разрушению многих дорогостоящих катушек.

На стадии, когда происходит струйный разряд, или с несколько более высокими частотами, можно, приблизившись к клеммам совсем близко и должным образом регулируя эффект емкости, произвести настоящий сноп мелких серебристо-белых искр или пучок чрезмерно тонких серебристых нитей (рис. 102) среди мощной щетки — каждая искра или нить, возможно, соответствует одному чередованию. Этот разряд, произведенный в надлежащих условиях, вероятно, является самым красивым разрядом, и когда на него направлена воздушная струя, он представляет собой необычный вид. Поток искр при прохождении через тело вызывает некоторое неудобство, тогда как при простом прохождении разряда, скорее всего, вообще ничего не почувствуется, если держать в руках крупные токопроводящие предметы, чтобы защитить их от получения небольших ожогов.


РИС. 102.

Если частота еще больше увеличивается, то катушка отказывается давать искру, за исключением случаев, когда она находится на сравнительно небольших расстояниях, и может наблюдаться пятая типичная форма разряда (рис. 103). Тенденция вытекать и рассеиваться в этом случае настолько велика, что при поднесении щетки к одному контакту искрения не возникает, даже если, как я неоднократно пытался, рука или любой проводящий предмет находятся внутри потока; и, что еще более странно, светящийся поток совсем нелегко отклонить при приближении проводящего тела.


РИС. 103.

На этом этапе потоки, по-видимому, с наибольшей свободой проходят через изоляторы значительной толщины, и особенно интересно изучить их поведение. Для этой цели удобно подсоединить к выводам катушки две металлические сферы, которые могут быть размещены на любом желаемом расстоянии, рис. 104. Сферы предпочтительнее пластин, поскольку за разрядом лучше наблюдать. Вставляя диэлектрические тела между сферами, можно наблюдать красивые явления разряда. Если сферы расположены достаточно близко и между ними пробегает искра, то при помещении тонкой пластины эбонита между сферами искра мгновенно гаснет, и разряд распространяется в виде интенсивно светящегося круга диаметром в несколько дюймов, при условии, что сферы достаточно большие. При прохождении потоков резина нагревается и через некоторое время размягчается настолько, что таким образом можно склеить две пластины. Если сферы расположены на таком расстоянии друг от друга, что искра не возникает, даже если они находятся далеко за пределами расстояния удара, при вставке толстой стеклянной пластины происходит мгновенный переход разряда от сфер к стеклу в виде светящихся потоков. Создается впечатление, что эти потоки проходят почти через диэлектрик. На самом деле это не так, поскольку потоки возникают из-за молекул воздуха, которые сильно возбуждаются в пространстве между противоположно заряженными поверхностями сфер. Когда нет другого диэлектрика, кроме воздуха, бомбардировка продолжается, но слишком слаба, чтобы быть видимой; при вставке диэлектрика индуктивный эффект значительно усиливается, и, кроме того, проецируемые молекулы воздуха наталкиваются на препятствие, и бомбардировка становится настолько интенсивной, что потоки становятся светящимися. Если бы с помощью каких-либо механических средств мы могли вызвать такое сильное перемешивание молекул, мы могли бы вызвать то же самое явление. Струя воздуха, выходящая через маленькое отверстие под огромным давлением и ударяющаяся об изолирующий материал, такой как стекло, может светиться в темноте, и таким образом можно было бы вызвать фосфоресценцию стекла или других изоляторов.


РИС. 104.

Чем больше удельная индуктивная способность вставленного диэлектрика, тем более мощный эффект получается. Из-за этого потоки проявляют себя с чрезмерно высокими потенциалами, даже если толщина стекла достигает полутора-двух дюймов. Но помимо нагрева из-за бомбардировки, несомненно, происходит некоторый нагрев в диэлектрике, который, по-видимому, больше в стекле, чем в эбоните. Я объясняю это большей удельной индуктивностью стекла, вследствие чего при той же разности потенциалов в нем поглощается большее количество энергии, чем в резине. Это все равно что подключить к батарее медный и латунный провода одинакового размера. Медный провод, хотя и является более совершенным проводником, будет нагреваться сильнее из-за того, что потребляет больший ток. Таким образом, то, что в противном случае считается достоинством стекла, здесь является недостатком. Стекло обычно поддается гораздо быстрее, чем эбонит; когда оно нагревается до определенной степени, разряд внезапно прорывается в одной точке, принимая затем обычную форму дуги.

Эффект нагрева, создаваемый молекулярной бомбардировкой диэлектрика, конечно, уменьшался бы с увеличением давления воздуха, а при огромном давлении им можно было бы пренебречь, если бы частота соответственно не увеличивалась.

В этих экспериментах часто будет наблюдаться, что, когда сферы находятся за пределами расстояния удара, приближение стеклянной пластины, например, может вызвать скачок искры между сферами. Это происходит, когда емкость сфер несколько ниже критического значения, которое дает наибольшую разницу потенциалов на клеммах катушки. При приближении к диэлектрику удельная индуктивная способность пространства между сферами увеличивается, производя тот же эффект, как если бы емкость сфер была увеличена. В этом случае потенциал на выводах может подняться настолько высоко, что в воздушном пространстве образуются трещины. Эксперимент лучше всего проводить с плотным стеклом или слюдой.

Другое интересное наблюдение состоит в том, что пластина из изолирующего материала, когда через нее проходит разряд, сильно притягивается любой из сфер, то есть ближайшей, очевидно, из-за меньшего механического эффекта бомбардировки с этой стороны и, возможно, также из-за большей электризации.

Исходя из поведения диэлектриков в этих экспериментах, мы можем заключить, что лучшим изолятором для этих быстро меняющихся токов был бы тот, который обладает наименьшей удельной индуктивной способностью и в то же время способен выдерживать наибольшие перепады потенциалов; и, таким образом, указаны два диаметрально противоположных способа обеспечения требуемой изоляции, а именно, использовать либо идеальный вакуум, либо газ под большим давлением; но первый был бы предпочтительнее. К сожалению, ни один из этих двух способов не может быть легко реализован на практике.

Особенно интересно отметить поведение чрезмерно высокого вакуума в этих экспериментах. Если к выводам катушки подсоединить пробирку, снабженную внешними электродами и максимально разряженную, рис. 105, электроды пробирки мгновенно нагреваются до высокой температуры, и стекло на каждом конце пробирки становится интенсивно фосфоресцирующим, но середина кажется сравнительно темной и некоторое время остается прохладной.


РИС. 105.

Когда частота настолько высока, что наблюдается разряд, показанный на рис. 103, в катушке, без сомнения, происходит значительное рассеяние. Тем не менее, змеевик может работать в течение длительного времени, так как нагрев происходит постепенно.

Несмотря на то, что разница потенциалов может быть огромной, при прохождении разряда через тело практически не ощущается, при условии, что руки вооружены. В некоторой степени это связано с более высокой частотой, но главным образом с тем фактом, что извне доступно меньше энергии, когда разность потенциалов достигает огромной величины, вследствие того обстоятельства, что с повышением потенциала энергия, поглощаемая катушкой, увеличивается пропорционально квадрату потенциала. До определенного момента доступная извне энергия увеличивается с повышением потенциала, затем она начинает быстро убывать. Таким образом, в случае с обычной индукционной катушкой высокого напряжения существует любопытный парадокс, заключающийся в том, что, хотя при заданном токе через первичную обмотку удар может быть смертельным, при многократно большем токе он может быть совершенно безвредным, даже если частота будет той же. При высоких частотах и чрезмерно высоких потенциалах, когда клеммы не подключены к корпусам определенного размера, практически вся энергия, подаваемая на первичную обмотку, поглощается катушкой. При этом не происходит ни прорыва, ни локального повреждения, но весь материал, изолирующий и проводящий, равномерно нагревается.

Чтобы избежать недопонимания относительно физиологического действия переменных токов очень высокой частоты, я считаю необходимым заявить, что, хотя неоспоримым фактом является то, что они несравненно менее опасны, чем токи низкой частоты, не следует думать, что они совсем безвредны. Только что сказанное относится только к токам от обычной индукционной катушки высокого напряжения, которые обязательно очень малы; при поступлении непосредственно от машины или от вторичной обмотки с низким сопротивлением они производят более или менее мощные эффекты и могут привести к серьезным травмам, особенно при использовании в сочетании с конденсаторами.

Струйный разряд индукционной катушки высокого напряжения во многих отношениях отличается от разряда мощной статической машины. По цвету он не имеет ни фиолетового цвета положительного, ни яркости отрицательного статического разряда, но находится где-то посередине, будучи, конечно, альтернативно положительным и отрицательным. Но поскольку поток более мощный, когда точка или вывод наэлектризован положительно, чем когда наэлектризован отрицательно, из этого следует, что острие щетки больше похоже на положительный, а корень - на отрицательный статический разряд. В темноте, когда кисть очень мощная, корень может казаться почти белым. Ветер, создаваемый выходящими струями, хотя и может быть очень сильным — часто даже до такой степени, что его можно ощутить на значительном расстоянии от катушки, — тем не менее, учитывая количество разряда, меньше, чем тот, который создается принудительной щеткой статической машины, и он воздействует на пламя гораздо менее сильно. Исходя из природы этого явления, мы можем заключить, что чем выше частота, тем, конечно, меньше должен быть ветер, создаваемый потоками, а при достаточно высоких частотах при обычном атмосферном давлении ветер вообще не создавался бы. При частотах, достижимых с помощью машины, механический эффект достаточно велик, чтобы вращать со значительной скоростью большие штифтовые колеса, которые в темноте имеют красивый вид из-за обилия потоков (рис. 106).


РИС. 106.

В общем, большинство экспериментов, обычно выполняемых со статической машиной, могут быть выполнены с индукционной катушкой при работе с очень быстрыми переменными токами. Производимые эффекты, однако, гораздо более поразительны и обладают несравненно большей силой. Когда небольшой отрезок обычного провода, покрытого хлопком, рис. 107, присоединяется к одному выводу катушки, потоки, исходящие из всех концов провода, могут быть настолько интенсивными, что создают значительный световой эффект. Когда потенциалы и частоты очень высоки, кажется, что провод, изолированный гуттаперчей или резиной и прикрепленный к одной из клемм, покрыт светящейся пленкой. Очень тонкий оголенный провод, подсоединенный к клемме, испускает мощные потоки и непрерывно вибрирует взад-вперед или вращается по кругу, создавая своеобразный эффект (рис. 108). Некоторые из этих экспериментов были описаны мной в "Мире электричества" от 21 февраля 1891 года.


РИС. 107.


РИС. 108.

Еще одной особенностью быстропеременного разряда индукционной катушки является его радикально иное поведение по отношению к остриям и закругленным поверхностям.

Если толстый провод, снабженный шариком на одном конце и заострением на другом, присоединить к положительному выводу статической машины, практически весь заряд будет потерян через заострение из-за чрезвычайно большого натяжения, зависящего от радиуса кривизны. Но если такой провод присоединить к одному из выводов индукционной катушки, то можно заметить, что при очень высоких частотах потоки исходят из шарика почти так же обильно, как и из острия (рис. 109).


РИС. 109.

Вряд ли возможно, чтобы мы могли создать такое состояние в равной степени в статической машине, по той простой причине, что натяжение увеличивается пропорционально квадрату плотности, которая, в свою очередь, пропорциональна радиусу кривизны; следовательно, при постоянном потенциале потребовался бы огромный заряд, чтобы заставить потоки вытекать из полированного шара, когда он соединен с острием. Но с индукционной катушкой, разряд в которой чередуется с большой скоростью, дело обстоит иначе. Здесь мы имеем дело с двумя различными тенденциями. Во-первых, существует тенденция к утечке, которая существует в состоянии покоя и которая зависит от радиуса кривизны; во-вторых, существует тенденция к рассеиванию в окружающий воздух под действием конденсатора, которая зависит от поверхности. Когда одна из этих тенденций достигает максимума, другая - минимума. В точке световой поток возникает главным образом из-за молекул воздуха, вступающих в телесный контакт с точкой; они притягиваются и отталкиваются, заряжаются и разряжаются, и, поскольку их атомные заряды таким образом нарушаются, вибрируют и испускают световые волны. На мяче, напротив, нет никаких сомнений в том, что эффект в значительной степени создается индуктивно, молекулы воздуха не обязательно вступают в контакт с мячом, хотя они, несомненно, это делают. Чтобы убедиться в этом, нам нужно только усилить действие конденсатора, например, обволакивая шар на некотором расстоянии лучшим проводником, чем окружающая среда, при этом проводник, конечно, изолирован; или же окружая его лучшим диэлектриком и приближаясь к изолированному проводнику; в обоих случаях потоки будут вырываться более обильно. Кроме того, чем крупнее мяч с заданной частотой или чем выше частота, тем больше у мяча будет преимущество перед очком. Но, поскольку для того, чтобы потоки были видны, требуется определенная интенсивность воздействия, очевидно, что в описанном эксперименте шар не следует брать слишком большого размера.

Вследствие этой двойной тенденции с помощью точек можно производить эффекты, идентичные тем, которые производятся с помощью потенциала. Таким образом, например, путем присоединения к одному выводу катушки небольшого отрезка загрязненного провода, имеющего много заострений и обеспечивающего большие возможности для отвода, потенциал катушки может быть повышен до того же значения, что и при присоединении к выводу полированного шарика с поверхностью, во много раз большей, чем у провода.

Интересный эксперимент, демонстрирующий действие точек, можно провести следующим образом: присоедините к одному из выводов катушки обтянутый ватой провод длиной около двух футов и отрегулируйте условия так, чтобы из провода вытекали струйки. В этом эксперименте первичную катушку предпочтительно расположить так, чтобы она входила во вторичную катушку только примерно наполовину. Теперь прикоснитесь к свободному выводу вторичной обмотки проводящим предметом, который держите в руке, или же подсоедините его к изолированному корпусу определенного размера. Таким образом, потенциал на проводе может быть значительно повышен. Результатом этого будет либо увеличение, либо уменьшение потоков. Если они увеличиваются, провод слишком короткий; если они уменьшаются, он слишком длинный. Регулируя длину провода, находят точку, в которой прикосновение к другой клемме вообще не влияет на потоки. В этом случае повышению потенциала в точности противодействует падение напряжения через катушку. Можно заметить, что небольшие длины проволоки приводят к значительной разнице в величине и яркости потоков. Первичная катушка расположена сбоку по двум причинам: во-первых, для увеличения потенциала на проводе; и, во-вторых, для увеличения падения напряжения через катушку. Таким образом, повышается чувствительность.

Существует еще одна и гораздо более поразительная особенность щеточного разряда, создаваемого очень быстрыми переменными токами. Чтобы соблюсти это, лучше всего заменить обычные клеммы катушки двумя металлическими столбиками, изолированными хорошей толщиной эбонита. Также хорошо заделать все щели воском, чтобы кисточки не могли образовываться нигде, кроме верхушек колонн. Если тщательно отрегулировать условия — что, конечно, должно быть предоставлено мастерству экспериментатора, — так, чтобы потенциал достиг огромной величины, можно получить две мощные кисти длиной в несколько дюймов, почти белые у корней, которые в темноте имеют поразительное сходство с двумя язычками газа, выходящими под давлением (рис. 110). Но они не только напоминают, они являются настоящим пламенем, поскольку они горячие. Конечно, они не такие горячие, как газовая горелка, но они были бы такими, если бы частота и потенциал были достаточно высокими. Вырабатываемое, скажем, с частотой двадцати тысяч оборотов в секунду тепло легко ощущается, даже если потенциал не слишком высок. Выделяемое тепло, конечно, возникает из-за воздействия молекул воздуха на клеммы и друг на друга. Поскольку при обычных давлениях длина свободного пробега чрезмерно мала, возможно, что, несмотря на огромную начальную скорость, сообщаемую каждой молекуле при соприкосновении с концом, ее продвижение — при столкновении с другими молекулами — замедляется до такой степени, что она не удаляется далеко от конца, но может ударяться об одно и то же много раз подряд. Чем выше частота, тем меньше молекула способна уйти, и это тем более важно, поскольку для данного эффекта требуется меньший потенциал; и возможна частота — возможно, даже достижимая, — при которой практически те же молекулы ударялись бы о терминал. При таких условиях обмен молекулами был бы очень медленным, а тепло, выделяемое на терминале и очень близко к нему, было бы чрезмерным. Но если бы частота продолжала постоянно увеличиваться, то выделяемое тепло начало бы уменьшаться по очевидным причинам. В положительной щетке статической машины обмен молекулами происходит очень быстро, поток постоянно имеет одно направление, и столкновений меньше; следовательно, эффект нагрева должен быть очень небольшим. Все, что ухудшает возможность обмена, имеет тенденцию увеличивать локальное выделение тепла. Таким образом, если лампочку поднести к клемме катушки так, чтобы она закрывала щетку, воздух, содержащийся в лампочке, очень быстро нагревается до высокой температуры. Если держать стеклянную трубку над щеткой так, чтобы сквозняк поднимал щетку вверх, то из верхней части трубки выходит обжигающе горячий воздух. Все, что находится внутри щетки, конечно, быстро нагревается, и возможность использования таких нагревательных эффектов для тех или иных целей напрашивается сама собой.


РИС. 110.

Размышляя об этом необычном феномене горячей щетки, мы не можем отделаться от убеждения, что аналогичный процесс должен происходить и в обычном пламени, и кажется странным, что после всех прошедших столетий знакомства с пламенем, теперь, в эпоху электрического освещения и обогрева, мы, наконец, вынуждены признать, что с незапамятных времен в нашем распоряжении всегда были “электрический свет и тепло”. Также представляет немалый интерес размышление о том, что у нас есть возможный способ получения — не химическими средствами — настоящего пламени, которое давало бы свет и тепло без потребления какого-либо материала, без протекания какого-либо химического процесса, и для достижения этого нам нужно всего лишь усовершенствовать методы получения огромных частот и потенциалов. Я не сомневаюсь, что если бы можно было заставить потенциал чередоваться с достаточной скоростью и мощностью, щетка, сформированная на конце провода, потеряла бы свои электрические характеристики и стала бы огнеподобной. Пламя должно возникать за счет электростатического воздействия молекул.

Это явление теперь объясняет, в чем вряд ли можно сомневаться, частые несчастные случаи, происходящие во время штормов. Хорошо известно, что предметы часто загораются без попадания в них молнии. Сейчас мы увидим, как это может произойти. Например, на гвозде в крыше или на любом выступе, более или менее проводящем или ставшем таким из-за влажности, может появиться мощная щеточка. Если молния ударит где-то по соседству, огромный потенциал может измениться, возможно, много миллионов раз в секунду. Молекулы воздуха сильно притягиваются и отталкиваются, и при их воздействии возникает такой мощный нагревательный эффект, что возникает пожар. Вполне возможно, что таким образом судно в море может загореться во многих точках одновременно. Если мы примем во внимание, что даже при сравнительно низких частотах, получаемых от динамо-машины, и при потенциалах не более ста или двухсот тысяч вольт эффекты нагрева значительны, мы можем представить, насколько мощнее они должны быть при частотах и потенциалах во много раз больших; и приведенное выше объяснение кажется, мягко говоря, очень вероятным. Возможно, были предложены аналогичные объяснения, но я не в курсе, что до настоящего времени эффект нагрева щетки, создаваемый быстро меняющимся потенциалом, был экспериментально продемонстрирован, по крайней мере, не в такой значительной степени.

Полностью предотвращая обмен молекулами воздуха, локальный эффект нагрева может быть настолько сильным, что тело раскаляется. Так, например, если маленькую пуговицу или, предпочтительно, очень тонкую проволоку или нить накаливания заключить в неизрасходованный шар и соединить с выводом катушки, она может раскалиться добела. Это явление становится гораздо более интересным из-за быстрого вращения по кругу верхней части нити накала, создавая, таким образом, вид светящейся воронки, рис. 111, которая расширяется при увеличении потенциала. Когда потенциал мал, конец нити накала может совершать нерегулярные движения, внезапно переходя от одного к другому, или он может описывать эллипс; но когда потенциал очень высок, он всегда вращается по кругу; как правило, так делает тонкий прямой провод, свободно присоединенный к выводу катушки. Эти движения, конечно, обусловлены столкновением молекул и неравномерностью распределения потенциала из-за шероховатости и несимметрии провода или нити накала. С идеально симметричной и отполированной проволокой таких движений, вероятно, не произошло бы. То, что движение вряд ли вызвано другими причинами, очевидно из того факта, что оно не имеет определенного направления и что на очень сильно истощенном земном шаре оно вообще прекращается. Возможность накалить тело в разряженном шаре или даже когда оно вообще не закрыто, по-видимому, предоставляет возможный способ получения световых эффектов, которые при совершенствовании методов получения быстро меняющихся потенциалов могли бы стать доступными для полезных целей.


РИС. 111.

При использовании коммерческой катушки создание очень мощных щеточных эффектов сопряжено со значительными трудностями, поскольку при использовании таких высоких частот и огромных потенциалов лучшая изоляция может разрушиться. Обычно катушка изолирована достаточно хорошо, чтобы выдерживать напряжение от витка к витку, поскольку два парафинированных провода, покрытых двойным шелком, выдерживают давление в несколько тысяч вольт; трудность заключается главным образом в предотвращении прорыва от вторичной обмотки к первичной, чему в значительной степени способствуют потоки, исходящие из последней. В катушке, конечно, напряжение наибольшее от секции к секции, но обычно в катушке большего размера так много секций, что опасность внезапного обрыва не очень велика. В этом направлении, как правило, не возникает никаких трудностей, и, кроме того, вероятность повреждения катушки внутри значительно снижается за счет того факта, что наиболее вероятный эффект - это просто постепенный нагрев, который, когда он достаточно продвинулся, не мог не наблюдаться. Таким образом, принципиальной необходимостью является предотвращение образования потоков между первичной обмоткой и трубкой не только из-за нагрева и возможного повреждения, но и потому, что потоки могут очень значительно уменьшить разность потенциалов, имеющуюся на выводах. Несколько советов о том, как этого можно достичь, вероятно, окажутся полезными в большинстве этих экспериментов с обычной индукционной катушкой.

Один из способов - намотать короткую первичную обмотку, рис. 112а, так, чтобы разница потенциалов на этой длине была недостаточно велика, чтобы вызвать прорыв потоков через изолирующую трубку. Длину первичной обмотки следует определять экспериментальным путем. Оба конца катушки следует выводить с одного конца через заглушку из изоляционного материала, вставленную в трубку, как показано на рисунке. При таком расположении один вывод вторичной обмотки присоединяется к корпусу, поверхность которого определяется с наибольшей тщательностью, чтобы обеспечить наибольшее повышение потенциала. На другом терминале появляется мощная щетка, с которой можно поэкспериментировать.


РИС. 112а.

Приведенный выше план требует использования первичной энергии сравнительно небольшого размера, и она склонна нагреваться, когда требуются мощные эффекты в течение определенного периода времени. В таком случае лучше использовать змеевик большего размера, рис. 112b, и вводить его с одной стороны трубки до тех пор, пока не начнут появляться струйки. В этом случае ближайшая клемма вторичной обмотки может быть подключена к первичной обмотке или к заземлению, что практически одно и то же, если первичная обмотка подключена непосредственно к машине. В случае заземления целесообразно экспериментально определить частоту, которая наилучшим образом подходит для условий испытания. Другой способ более или менее устранить потоки - сделать первичный источник секционным и подавать его из отдельных, хорошо изолированных источников.


РИС. 112b.

Во многих из этих экспериментов, когда требуются мощные эффекты в течение короткого времени, выгодно использовать железные сердечники с первичными элементами. В таком случае очень большая первичная катушка может быть намотана и размещена бок о бок со вторичной обмоткой, и, поскольку ближайший вывод последней подсоединен к первичной обмотке, слоистый железный сердечник вводится через первичную обмотку во вторичную обмотку, насколько позволяют потоки. В этих условиях чрезмерно мощные кисти, несколько дюймов в длину, которая может быть уместно назвать “Св. Горячий огонь Эльма” могут быть вызваны, чтобы появиться в другом терминале, вторичной, производит поразительные эффекты. Это мощнейший озонатор, настолько мощный, что достаточно всего нескольких минут, чтобы вся комната наполнилась запахом озона, и он, несомненно, обладает свойством возбуждающего химического сродства.

Для производства озона в высшей степени подходят переменные токи очень высокой частоты не только из-за преимуществ, которые они дают в способе преобразования, но и из-за того факта, что озонирующее действие разряда зависит как от частоты, так и от потенциала, что, несомненно, подтверждается наблюдениями.

В этих экспериментах, если используется железный стержень, следует внимательно следить за ним, так как он может чрезмерно нагреться за невероятно короткое время. Чтобы дать представление о скорости нагрева, я скажу, что при пропускании мощного тока через катушку со многими витками достаточно вставить в нее тонкую железную проволоку не более чем на одну секунду, чтобы нагреть проволоку примерно до 100 ° C.

Но этот быстрый нагрев не должен препятствовать нам использовать железные сердечники в связи с быстро меняющимися токами. Я долгое время был убежден, что при промышленном распределении электроэнергии с помощью трансформаторов может быть осуществим какой-то такой план, как следующий. Мы можем использовать сравнительно небольшое железное ядро, разделенное или, возможно, даже не разделенное. Мы можем окружить этот сердечник материалом значительной толщины, который является огнестойким и плохо проводит тепло, а сверху разместить первичную и вторичную обмотки. Используя либо более высокие частоты, либо большие силы намагничивания, мы можем с помощью гистерезиса и вихревых токов нагреть железный сердечник настолько, что он достигнет почти максимальной проницаемости, которая, как показал Хопкинсон, может быть в целых шестнадцать раз выше, чем при обычных температурах. Если бы железный сердечник был идеально закрыт, он не разрушался бы от воздействия тепла, и, если бы оболочка из огнестойкого материала была достаточно толстой, можно было бы излучать лишь ограниченное количество энергии, несмотря на высокую температуру. Трансформаторы были сконструированы мной по этому плану, но из-за нехватки времени тщательные испытания пока не проводились.

Другой способ приспособить железный сердечник к быстрым колебаниям или, вообще говоря, уменьшить потери на трение - создать путем непрерывного намагничивания поток примерно в семь или восемь тысяч линий на квадратный сантиметр через сердечник, а затем работать со слабыми намагничивающими силами и предпочтительно высокими частотами вокруг точки наибольшей проницаемости. Таким образом достигается более высокая эффективность преобразования и большая производительность. Я также использовал этот принцип в связи с машинами, в которых нет смены полярности. В машинах такого типа, пока имеется всего несколько выступов полюсов, большого выигрыша нет, поскольку максимумы и минимумы намагниченности далеки от точки максимальной проницаемости; но когда количество выступов полюсов очень велико, может быть получена требуемая скорость изменения, при этом намагниченность не изменяется настолько, чтобы сильно отклоняться от точки максимальной проницаемости, и выигрыш значительный.

Вышеописанные устройства относятся только к использованию коммерческих змеевиков обычной конструкции. Если желательно сконструировать катушку специально для проведения с ней таких экспериментов, какие я описал, или, в общем, для того, чтобы сделать ее способной выдерживать максимально возможную разницу потенциалов, то конструкция, показанная на рис. 113, будет признана предпочтительной. Катушка в этом случае образована из двух независимых частей, которые намотаны противоположно, причем соединение между обеими осуществляется вблизи первичной обмотки. Потенциал в середине равен нулю, поэтому нет большой тенденции к скачку напряжения к первичной обмотке и не требуется большой изоляции. Однако в некоторых случаях средняя точка может быть подключена к первичной обмотке или к земле. В такой катушке места наибольшей разности потенциалов расположены далеко друг от друга, и катушка способна выдерживать огромное напряжение. Эти две части могут быть подвижными, чтобы обеспечить небольшую регулировку эффекта емкости.


РИС. 113.

Что касается способа изоляции катушки, то будет сочтено удобным действовать следующим образом: сначала проволоку следует прокипятить в парафине до тех пор, пока не выйдет весь воздух; затем катушку наматывают, пропуская проволоку через расплавленный парафин, просто с целью закрепления проволоки. Затем катушку снимают со шпули, погружают в цилиндрический сосуд, наполненный чистым расплавленным воском, и долго кипятят, пока не перестанут появляться пузырьки. Затем все это оставляют тщательно остывать, а затем массу вынимают из емкости и обкатывают на токарном станке. Катушка, изготовленная таким образом и с особой тщательностью, способна выдерживать огромные перепады потенциалов.

Может оказаться удобным погрузить катушку в парафиновое масло или какой-либо другой вид масла; это наиболее эффективный способ изоляции, главным образом из-за полного исключения доступа воздуха, но может оказаться, что, в конце концов, сосуд, наполненный маслом, не очень удобно использовать в лаборатории.

Если можно демонтировать обычную катушку, то первичную обмотку можно вынуть из трубки, заткнуть последнюю с одного конца, залить маслом и снова вставить первичную обмотку. Это обеспечивает отличную изоляцию и предотвращает образование потоков.

Из всех экспериментов, которые могут быть выполнены с быстро меняющимися токами, наиболее интересными являются те, которые касаются получения практического источника освещения. Нельзя отрицать, что существующие методы, хотя они и были блестящими достижениями, очень расточительны. Необходимо изобрести какие-то лучшие методы, какой-то более совершенный аппарат. Современные исследования открыли новые возможности для производства эффективного источника света, и всеобщее внимание было обращено в направлении, указанном способными первопроходцами. Многие были увлечены энтузиазмом и страстью к открытиям, но в своем рвении достичь результатов некоторые были введены в заблуждение. Начав с идеи создания электромагнитных волн, они, возможно, слишком много внимания уделили изучению электромагнитных эффектов и пренебрегли изучением электростатических явлений. Естественно, почти каждый исследователь пользовался аппаратом, подобным тому, который использовался в более ранних экспериментах. Но в этих типах устройств, в то время как электромагнитные индуктивные эффекты огромны, электростатические эффекты чрезмерно малы.

В экспериментах Герца, например, индукционная катушка высокого напряжения подвергается короткому замыканию дугой, сопротивление которой очень мало, и чем меньше, тем большая емкость подключается к выводам; и разница потенциалов на них значительно уменьшается. С другой стороны, когда разряд не проходит между клеммами, статические эффекты могут быть значительными, но только качественно, а не количественно, поскольку их подъем и спад очень внезапны и поскольку их частота невелика. Следовательно, ни в том, ни в другом случае не ощущаются мощные электростатические эффекты. Аналогичные условия существуют, когда, как в некоторых интересных экспериментах доктора Лоджа, лейденские банки разряжаются с перебоями. Считалось — и, я полагаю, утверждалось, — что в таких случаях большая часть энергии излучается в пространство. В свете экспериментов, которые я описал выше, теперь так не будут думать. Я могу с уверенностью утверждать, что в таких случаях большая часть энергии частично поглощается и преобразуется в тепло в дуге разряда и в проводящем и изолирующем материале сосуда, при этом некоторая энергия, конечно, выделяется за счет наэлектризованности воздуха; но количество непосредственно излучаемой энергии очень мало.

Когда индукционная катушка высокого напряжения, приводимая в действие токами, меняющимися всего 20 000 раз в секунду, закрывает свои выводы даже через очень маленький сосуд, практически вся энергия проходит через диэлектрик сосуда, который нагревается, и электростатические эффекты проявляются внешне лишь в очень слабой степени. Теперь внешнюю цепь лейденской банки, то есть дугу и соединения покрытий, можно рассматривать как цепь, генерирующую переменные токи чрезмерно высокой частоты и довольно высокого потенциала, которая замкнута через покрытия и диэлектрик между ними, и из вышесказанного очевидно, что внешние электростатические эффекты должны быть очень малыми, даже если используется цепь отдачи. Из-за этих условий создается впечатление, что с аппаратурой, обычно находящейся под рукой, наблюдение мощных электростатических эффектов было невозможно, и тот опыт, который был накоплен в этом направлении, объясняется только большими способностями исследователей.

Но мощные электростатические эффекты являются непременным условием производства света в направлениях, указанных теорией. Электромагнитные эффекты в первую очередь недоступны по той причине, что для получения требуемых эффектов нам пришлось бы пропускать импульсы тока через проводник, который задолго до достижения требуемой частоты импульсов прекратил бы их передачу. С другой стороны, электромагнитные волны, во много раз более длинные, чем волны света, и возникающие при внезапном разряде конденсатора, по-видимому, не могли бы быть использованы, если бы мы не воспользовались их воздействием на проводники, как в существующих методах, которые являются расточительными. Мы не могли бы воздействовать с помощью таких волн на статические молекулярные или атомные заряды газа, заставлять их вибрировать и излучать свет. Длинные поперечные волны, по-видимому, не могут производить таких эффектов, поскольку чрезмерно малые электромагнитные возмущения могут легко проходить через километры воздуха. Такие темные волны, если только они не имеют длину истинных световых волн, не могут, по-видимому, возбуждать световое излучение в трубке Гейслера, и световые эффекты, которые могут быть получены путем индукции в трубке, лишенной электродов, я склонен рассматривать как имеющие электростатическую природу.

Для создания таких световых эффектов требуются прямые электростатические толчки; они, какой бы ни была их частота, могут нарушать молекулярные заряды и производить свет. Поскольку импульсы тока требуемой частоты не могут проходить через проводник измеримых размеров, мы должны работать с газом, и тогда создание мощных электростатических эффектов становится насущной необходимостью.

Однако мне пришло в голову, что электростатические эффекты во многих отношениях доступны для производства света. Например, мы можем поместить тело из какого-либо огнеупорного материала в закрытый и предпочтительно более или менее разряженный шар, подключить его к источнику высокого, быстро меняющегося потенциала, заставляющего молекулы газа ударяться о него много раз в секунду с огромной скоростью, и таким образом, с помощью триллионов невидимых молотков колотить по нему до тех пор, пока оно не раскалится добела; или мы можем поместить тело в шар с очень сильно разряженным воздухом, в не поражающий вакуум, и, используя очень высокие частоты и потенциалы, передавать от него достаточное количество энергии другим телам поблизости или в целом окружающей среде. , поддерживать его при любой степени накала; или же мы можем с помощью таких быстро меняющихся высоких потенциалов возмущать эфир, переносимый молекулами газа, или их статические заряды, заставляя их вибрировать и излучать свет.

Но поскольку электростатические эффекты зависят от потенциала и частоты, для получения наиболее мощного воздействия желательно увеличить и то, и другое, насколько это практически возможно. Возможно, удастся получить вполне справедливые результаты, сохраняя любой из этих факторов небольшим при условии, что другой достаточно велик; но мы ограничены в обоих направлениях. Мой опыт показывает, что мы не можем опускаться ниже определенной частоты, поскольку, во-первых, тогда потенциал становится настолько большим, что это опасно; и, во-вторых, производство света становится менее эффективным.

Я обнаружил, что при использовании обычных низких частот физиологический эффект тока, необходимый для поддержания определенной яркости трубки длиной четыре фута, снабженной на концах наружным и внутренним конденсаторными покрытиями, настолько силен, что, я думаю, это может привести к серьезным травмам тех, кто не привык к таким ударам; тогда как при двадцати тысячах чередований в секунду лампу можно поддерживать на том же уровне яркости без какого-либо ощутимого эффекта. Это связано главным образом с тем фактом, что для получения того же светового эффекта требуется гораздо меньший потенциал, а также с более высокой эффективностью производства света. Очевидно, что эффективность в таких случаях тем выше, чем выше частота, ибо чем быстрее процесс зарядки и разрядки молекул, тем меньше энергии будет потеряно в виде темнового излучения. Но, к сожалению, мы не можем выйти за рамки определенной частоты из-за сложности создания и передачи эффектов.

Выше я указывал, что тело, заключенное в неперезаряженную лампу, можно сильно нагреть, просто подключив его к источнику быстро меняющегося потенциала. Нагрев в таком случае, по всей вероятности, происходит в основном за счет бомбардировки молекулами газа, содержащегося в колбе. Когда лампочка разряжена, нагрев корпуса происходит намного быстрее, и нет никаких трудностей в том, чтобы довести провод или нить накаливания до любой степени накала, просто подсоединив его к одному выводу катушки соответствующих размеров. Таким образом, если хорошо известный аппарат проф. Крукс, состоящий из изогнутого платинового провода с установленными на нем лопастями (рис. 114), подсоединяется к одному выводу катушки — при подсоединении либо одного, либо обоих концов платинового провода провод почти мгновенно раскаляется, а слюдяные лопасти вращаются так, как если бы использовался ток от батареи. Тонкая углеродная нить накаливания или, предпочтительно, пуговица из какого-либо огнеупорного материала (рис. 115), даже если это сравнительно плохой проводник, заключенный в разряженный шар, может накаляться очень сильно; и таким образом получается простая лампа, способная давать любую желаемую мощность свечи.


РИС. 114.


РИС. 115.

Успех ламп такого типа во многом будет зависеть от выбора светоотражающих элементов, содержащихся внутри колбы. Поскольку в описанных условиях могут использоваться огнеупорные тела, которые являются очень плохими проводниками и способны длительное время выдерживать чрезмерно высокие температуры, такие осветительные устройства могут оказаться успешными.

Сначала может показаться, что если бы лампочка, содержащая нить накала или пуговицу из огнеупорного материала, была полностью разряжена — то есть настолько, насколько это возможно сделать с помощью самого лучшего оборудования, — нагрев был бы гораздо менее интенсивным, и что в идеальном вакууме он вообще не мог бы происходить. Это не подтверждается моим опытом; совсем наоборот, чем лучше вакуум, тем легче тела раскаляются. Этот результат интересен по многим причинам.

В начале этой работы мне пришла в голову идея, можно ли накалить два корпуса из огнеупорного материала, заключенных в колбу, разряженную до такой степени, что через нее не может проходить разряд большой индукционной катушки, работающей обычным способом, простым воздействием конденсатора. Очевидно, что для достижения этого результата требуются огромные разности потенциалов и очень высокие частоты, как видно из простого расчета.

Но такая лампа обладала бы огромным преимуществом перед обычной лампой накаливания в отношении эффективности. Хорошо известно, что эффективность лампы в некоторой степени зависит от степени накаливания, и что, если бы мы могли использовать нить накаливания при во много раз более высоких степенях накаливания, эффективность была бы намного выше. В обычной лампе это практически невозможно из-за разрушения нити накала, и опытным путем было определено, насколько далеко целесообразно увеличивать мощность лампы накаливания. Невозможно сказать, насколько более высокую эффективность можно было бы получить, если бы нить накала могла работать бесконечно, поскольку исследование с этой целью, очевидно, не может быть продолжено дальше определенной стадии; но есть основания полагать, что она была бы значительно выше. Можно было бы усовершенствовать обычную лампу, применив короткий и толстый карбон; но тогда подводящие провода должны были бы быть толстыми, и, кроме того, существует множество других соображений, которые делают такую модификацию совершенно неосуществимой. Но в лампе, как описано выше, подводящие провода могут быть очень маленькими, огнеупорный материал для ламп накаливания может иметь форму блоков с очень маленькой излучающей поверхностью, так что для поддержания желаемого накала требовалось бы меньше энергии; и в дополнение к этому огнеупорным материалом необязательно должен быть углерод, он может быть изготовлен из смесей оксидов, например, с углеродом или другим материалом, или может быть выбран из тел, которые практически не являются проводниками и способны выдерживать огромные температуры.

Все это указывало бы на возможность получения гораздо более высокой эффективности с такой лампой, чем это возможно с обычными лампами. На моем опыте было продемонстрировано, что блоки доводятся до высоких степеней накала при гораздо более низких потенциалах, чем те, которые определены расчетным путем, и блоки могут быть установлены на больших расстояниях друг от друга. Мы можем свободно предположить, и это вероятно, что молекулярная бомбардировка является важным элементом нагрева, даже если шар будет исчерпан с предельной осторожностью, как это сделал я; ибо, хотя количество молекул, сравнительно говоря, незначительно, все же из-за того, что длина свободного пробега очень велика, столкновений происходит меньше, и молекулы могут достигать гораздо более высоких скоростей, так что эффект нагрева, обусловленный этой причиной, может быть значительным, как в экспериментах Крукса с излучающим веществом.

Но также возможно, что здесь мы имеем дело с повышенной вероятностью потери заряда в очень высоком вакууме, когда потенциал быстро меняется, и в этом случае большая часть нагрева будет происходить непосредственно из-за увеличения зарядов в нагретых телах. Или же наблюдаемый факт может быть в значительной степени обусловлен действием точек, которые я упомянул выше, вследствие чего блоки или нити, содержащиеся в вакууме, эквивалентны конденсаторам с поверхностью, во много раз большей, чем рассчитанная по их геометрическим размерам. Ученые все еще расходятся во мнениях относительно того, должен ли заряд теряться в совершенном вакууме или, другими словами, является ли эфир проводником или нет. Если бы имело место первое, то тонкая нить, заключенная в совершенно разряженный шар и подключенная к источнику огромного постоянного потенциала, была бы доведена до накала.

Различные формы ламп по вышеописанному принципу с огнеупорными телами в виде нитей (рис. 116) или блоков (рис. 117) были сконструированы и эксплуатируются мной, и исследования в этом направлении продолжаются. Нет никаких трудностей в достижении такой высокой степени накала, что обычный углерод, по всей видимости, расплавляется и улетучивается. Если бы вакуум можно было создать абсолютно совершенным, такая лампа, хотя и не работает с обычно используемыми приборами, при работе с токами требуемого характера давала бы источник света, который никогда не разрушался бы и который был бы намного эффективнее обычной лампы накаливания. Такого совершенства, конечно, никогда не достичь, и всегда происходит очень медленное разрушение и постепенное уменьшение в размерах, как в нитях накаливания; но нет возможности внезапного и преждевременного отключения, которое происходит в последних из-за разрыва нити накаливания, особенно когда тела накаливания имеют форму блоков.


РИС. 116.


РИС. 117.

Однако при таких быстро меняющихся потенциалах нет необходимости заключать два блока в шар, но можно использовать один блок, как показано на рис. 115, или нить накаливания, рис. 118. Потенциал в этом случае, конечно, должен быть выше, но легко достижим, и к тому же он не обязательно опасен.


РИС. 118.

Легкость, с которой кнопка или нить накаливания в такой лампе доводятся до накала, при прочих равных условиях зависит от размера земного шара. Если бы можно было получить идеальный вакуум, размер земного шара не имел бы значения, поскольку тогда нагрев происходил бы полностью за счет скачка зарядов, и вся энергия отдавалась бы окружающей среде в виде излучения. Но этого никогда не может произойти на практике. В шаре всегда остается немного газа, и хотя разряжение может быть доведено до наивысшей степени, все же пространство внутри лампы должно рассматриваться как проводящее, когда используются такие высокие потенциалы, и я предполагаю, что при оценке энергии, которая может быть отдана от нити накала в окружающую среду, мы можем рассматривать внутреннюю поверхность лампы как одно покрытие конденсатора, воздух и другие объекты, окружающие лампу, образуют другое покрытие. Когда колебания очень низкие, нет никаких сомнений в том, что значительная часть энергии выделяется за счет наэлектризованности окружающего воздуха.

Чтобы лучше изучить этот предмет, я провел несколько экспериментов с чрезмерно высокими потенциалами и низкими частотами. Затем я заметил, что когда рука приближается к лампочке — нить накала подсоединена к одному выводу катушки — ощущается мощная вибрация, вызванная притяжением и отталкиванием молекул воздуха, которые за счет индукции наэлектризовываются через стекло. В некоторых случаях, когда действие было очень интенсивным, я мог слышать звук, который, должно быть, был вызван той же причиной.

При слабом чередовании можно получить чрезмерно сильный удар от лампочки. Как правило, когда вы подключаете лампочки или предметы определенного размера к выводам катушки, следует следить за повышением потенциала, поскольку может случиться так, что при простом подключении лампочки или пластины к выводу потенциал может возрасти во много раз по сравнению с первоначальным значением. Когда лампы подключены к клеммам, как показано на рис. 119, мощность ламп должна быть такой, чтобы обеспечить максимальное повышение потенциала в существующих условиях. Таким образом, можно получить требуемый потенциал с меньшим количеством витков провода.


РИС. 119.

Срок службы таких ламп, как описано выше, зависит, конечно, в значительной степени от степени истощения, но в некоторой степени также и от формы блока из огнеупорного материала. Теоретически может показаться, что небольшой шар из углерода, заключенный в стеклянный шар, не подвергнется разрушению от молекулярной бомбардировки, поскольку вещество в шаре излучающее, молекулы будут двигаться по прямым линиям и редко будут ударяться о шар наискось. Интересная мысль в связи с такой лампой заключается в том, что в ней “электричество” и электрическая энергия, по-видимому, должны двигаться по одним и тем же линиям.

Использование переменных токов очень высокой частоты позволяет передавать посредством электростатической или электромагнитной индукции через стекло лампы энергию, достаточную для поддержания накала нити накала и, таким образом, устранения подводящих проводов. Такие лампы были предложены, но из-за отсутствия соответствующего оборудования они не были успешно эксплуатированы. Мною было сконструировано и опробовано множество ламп на этом принципе с непрерывными и разорванными нитями накала. При использовании вторичной обмотки, заключенной внутри лампы, конденсатор предпочтительно комбинируется с вторичной обмоткой.

Когда перенос осуществляется с помощью электростатической индукции, используемые потенциалы, конечно, очень высоки при частотах, получаемых от машины. Например, при поверхности конденсатора в сорок квадратных сантиметров, что не является невыполнимо большим, и при использовании стекла хорошего качества толщиной 1 мм, при использовании токов, чередующихся двадцать тысяч раз в секунду, требуемый потенциал составляет приблизительно 9000 вольт. Это может показаться большим, но поскольку каждая лампа может быть включена во вторичную обмотку трансформатора очень небольших размеров, это не доставит неудобств и, более того, не приведет к смертельным травмам. Предпочтительно, чтобы все трансформаторы были установлены последовательно. Регулирование не представляло бы трудностей, поскольку при токах такой частоты очень легко поддерживать постоянный ток.

На прилагаемых гравюрах показаны некоторые типы ламп такого типа. На рис. 120 изображена такая лампа с оборванной нитью накала, а на фиг. 121a и 121b с одним внешним и внутренним покрытием и одной нитью накала. Я также изготовил лампы с двумя внешними и внутренними покрытиями и непрерывной петлей, соединяющей последнее. Я эксплуатировал такие лампы с импульсами тока огромной частоты, которые можно получить при разрушительном разряде конденсаторов.


РИС. 120.


РИС. 121а.


РИС. 121b.

Прерывистый разряд конденсатора особенно подходит для работы таких ламп — без внешних электрических подключений — с помощью электромагнитной индукции, причем электромагнитный индуктивный эффект чрезмерно высок; и я смог добиться желаемого накала всего несколькими короткими витками проволоки. Накаливания также можно добиться таким способом в простой замкнутой нити накаливания.

Оставляя сейчас в стороне практическую применимость таких ламп, я бы сказал только, что они обладают прекрасной и желательной особенностью, а именно тем, что их можно по желанию сделать более или менее яркими, просто изменив относительное положение внешнего и внутреннего конденсаторных покрытий или индукционных цепей.

Когда лампу зажигают, подключая ее только к одному выводу источника, этому можно способствовать, снабдив шар внешним конденсаторным покрытием, которое одновременно служит отражателем, и подсоединив его к изолированному корпусу определенного размера. Лампы такого типа проиллюстрированы на рис. 122 и рис. 123. На рис. 124 показан план подключения. Яркость лампы в этом случае можно регулировать в широких пределах, изменяя размер изолирующей металлической пластины, к которой присоединено покрытие.


РИС. 122.


РИС. 123.


РИС. 124.

Аналогичным образом практически возможно зажигать лампы с одним подводящим проводом, такие как показано на рис. 116 и рис. 117, подключая один вывод лампы к одному выводу источника, а другой - к изолированному корпусу требуемого размера. Во всех случаях изолированный корпус служит для отвода энергии в окружающее пространство и эквивалентен обратному проводу. Очевидно, что в двух последних названных случаях вместо подключения проводов к изолированному корпусу могут быть выполнены подключения к земле.

Эксперименты, которые окажутся наиболее наводящими на размышления и представляющими наибольший интерес для исследователя, вероятно, будут проводиться с опорожненными пробирками. Как и следовало ожидать, источник таких быстро меняющихся потенциалов способен возбуждать трубки на значительном расстоянии, и производимые световые эффекты замечательны.

Во время моих исследований в этой области я пытался возбуждать трубки, лишенные каких-либо электродов, с помощью электромагнитной индукции, делая трубку вторичной обмоткой индукционного устройства и пропуская через первичную обмотку разряды лейденской банки. Эти трубки были разных форм, и я смог добиться световых эффектов, которые, как я тогда думал, были полностью вызваны электромагнитной индукцией. Но при тщательном исследовании явлений я обнаружил, что производимые эффекты носили скорее электростатический характер. Этим обстоятельством можно объяснить то, что такой способ возбуждения ламп является очень расточительным, а именно, при замкнутом первичном контуре потенциал и, следовательно, электростатический индуктивный эффект значительно уменьшаются.

Когда используется индукционная катушка, работающая так, как описано выше, нет сомнений в том, что трубки возбуждаются за счет электростатической индукции, и что электромагнитная индукция имеет мало общего с этими явлениями, если вообще имеет что-либо общее.

Это видно из многих экспериментов. Например, если взять трубку в одну руку, когда наблюдатель находится рядом с катушкой, она ярко освещается и остается таковой независимо от того, в каком положении ее держат относительно тела наблюдателя. Если бы воздействие было электромагнитным, трубка не могла бы загореться, когда тело наблюдателя находится между ней и катушкой, или, по крайней мере, ее яркость должна была бы значительно уменьшиться. Когда трубку держат точно над центром катушки — последняя намотана секциями, а первичная расположена симметрично вторичной, — она может оставаться полностью темной, в то время как при небольшом перемещении вправо или влево от центра катушки она становится интенсивно светящейся. Он не горит, потому что в середине обе половины катушки нейтрализуют друг друга, и электрический потенциал равен нулю. Если бы воздействие было электромагнитным, трубка должна была бы лучше всего светиться в плоскости, проходящей через центр катушки, поскольку электромагнитный эффект там должен быть максимальным. Когда между клеммами возникает электрическая дуга, трубки и лампы, находящиеся вблизи катушки, гаснут, но загораются снова, когда электрическая дуга гаснет, из-за повышения потенциала. Однако электромагнитный эффект должен быть практически одинаковым в обоих случаях.

Поместив трубку на некотором расстоянии от катушки и ближе к одной клемме — предпочтительно в точке на оси катушки — можно зажечь ее, прикоснувшись к удаленной клемме изолированным корпусом определенного размера или рукой, тем самым повышая потенциал на этой клемме ближе к трубке. Если трубка сдвинута ближе к катушке так, что она загорается под действием более близкой клеммы, ее можно заставить погаснуть, удерживая на изолированной опоре конец провода, подсоединенного к удаленной клемме, вблизи более близкой клеммы, противодействуя таким образом воздействию последней на трубку. Очевидно, что эти эффекты носят электростатический характер. Аналогично, когда трубка расположена на значительном расстоянии от катушки, наблюдатель может, стоя на изолированной подставке между катушкой и трубкой, зажечь последнюю, приблизив к ней руку; или он может даже придать ей свет, просто встав между ней и катушкой. Это было бы невозможно при электромагнитной индукции, поскольку тело наблюдателя действовало бы как экран.

Когда катушка находится под напряжением от чрезмерно слабых токов, экспериментатор может, прикоснувшись трубкой к одному выводу катушки, погасить последний и может снова зажечь его, выведя его из контакта с выводом и позволив образоваться небольшой дуге. Очевидно, что это связано с соответствующим снижением и повышением потенциала на этом терминале. В приведенном выше эксперименте, когда трубка зажигается через небольшую дугу, она может погаснуть при прерывании дуги, потому что сам по себе электростатический индуктивный эффект слишком слаб, хотя потенциал может быть намного выше; но когда дуга установлена, электризация конца трубки намного больше, и, следовательно, она загорается.

Если трубку зажигают, держа ее рядом с катушкой, а в руке, которая находится на расстоянии, другой рукой захватывая трубку в любом месте, то часть между ладонями становится темной, и особый эффект гашения света от трубки может быть достигнут быстрым движением руки вдоль трубки и в то же время осторожно отводя ее от катушки, правильно рассчитав расстояние, чтобы трубка после этого оставалась темной.

Если первичная обмотка расположена сбоку, как, например, на рис. 112b, а выпускная трубка введена с другой стороны в полое пространство, трубка освещается наиболее интенсивно из-за усиленного действия конденсатора, и в этом положении бороздки обозначены наиболее четко. Во всех этих описанных экспериментах и во многих других действие явно носит электростатический характер.

Эффекты экранирования также указывают на электростатическую природу явлений и в чем-то напоминают природу наэлектризованности воздуха. Например, если трубку поместить в направлении оси катушки и вставить изолированную металлическую пластину, яркость трубки обычно увеличится, или, если она находится слишком далеко от катушки для освещения, ее можно даже сделать светящейся, вставив изолированную металлическую пластину. Величина эффектов в некоторой степени зависит от размера пластины. Но если металлическая пластина соединена проводом с землей, то из-за ее расположения трубка всегда будет гаснуть, даже если она находится очень близко к катушке. Как правило, размещение тела между катушкой и трубкой увеличивает или уменьшает яркость трубки или ее способность загораться в зависимости от того, увеличивает это или уменьшает электризацию. Экспериментируя с изолированной пластиной, пластину не следует брать слишком большой, иначе она, как правило, будет производить ослабляющий эффект из-за своей большой способности отдавать энергию в окружающую среду.

Если зажечь трубку на некотором расстоянии от катушки и вставить пластину из твердой резины или другого изолирующего материала, трубка может погаснуть. Размещение диэлектрика в этом случае лишь незначительно увеличивает индуктивный эффект, но значительно уменьшает электризацию воздуха.

Таким образом, во всех случаях, когда мы возбуждаем яркость в выпускных трубках с помощью такой катушки, эффект обусловлен быстрым изменением электростатического потенциала; и, более того, его следует отнести к гармоническому изменению, производимому непосредственно машиной, а не к какой-либо наложенной вибрации, которая, как можно было бы подумать, существует. Такие наложенные вибрации невозможны, когда мы работаем с машиной переменного тока. Если пружину постепенно затягивать и отпускать, она не совершает независимых колебаний; для этого необходимо внезапное отпускание. Так и с переменными токами от динамо-машины; среда гармонично напрягается и высвобождается, что приводит к возникновению волн только одного вида; внезапный контакт, разрыв или внезапное прохождение диэлектрика, как при пробивном разряде лейденской банки, необходимы для создания наложенных волн.

Во всех последних описанных экспериментах могут использоваться трубки, лишенные каких-либо электродов, и нет никаких трудностей в получении с их помощью достаточного количества света для чтения. Световой эффект, однако, значительно усиливается при использовании фосфоресцирующих тел, таких как иттрий, урановое стекло и т.д. При использовании фосфоресцирующего материала возникает трудность, поскольку при таких мощных эффектах он постепенно уносится, и предпочтительнее использовать материал в твердой форме.

Вместо того, чтобы зависеть от индукции на расстоянии для освещения трубки, она может быть снабжена внешним — и, при желании, также внутренним — конденсаторным покрытием, а затем может быть подвешена в любом месте помещения на проводнике, подключенном к одному выводу катушки, и таким образом может быть обеспечено мягкое освещение.

Однако идеальным способом освещения зала или комнаты было бы создать в ней такие условия, при которых осветительное устройство можно было бы перемещать и устанавливать где угодно, и чтобы оно горело, независимо от того, где оно установлено, и без электрического подключения к чему-либо. Я смог создать такое состояние, создав в комнате мощное, быстро меняющееся электростатическое поле. Для этой цели я подвешиваю лист металла на некотором расстоянии от потолка на изолирующих шнурах и подсоединяю его к одной клемме индукционной катушки, при этом другая клемма предпочтительно подсоединена к земле. Или же я подвешиваю два листа, как показано на рис. 125, причем каждый лист соединяется с одним из выводов катушки, а их размер тщательно определяется. Затем откачанный тюбик можно носить в руке в любом месте между листами или поместить куда угодно, даже на определенном расстоянии от них; он всегда остается светящимся.


РИС. 125.

В таком электростатическом поле могут наблюдаться интересные явления, особенно если колебания сохраняются низкими, а потенциалы чрезмерно высокими. В дополнение к упомянутым световым явлениям, можно заметить, что любой изолированный проводник дает искры при приближении к нему руки или другого предмета, и искры часто могут быть мощными. Когда большой проводящий объект закреплен на изолирующей опоре и к нему приближается рука, ощущается вибрация, обусловленная ритмичным движением молекул воздуха, и могут ощущаться светящиеся потоки, когда рука находится рядом с заостренным выступом. Когда телефонная трубка прикасается одним или обоими своими выводами к изолированному проводнику определенного размера, телефон издает громкий звук; он также издает звук, когда к одному или обоим выводам присоединен отрезок провода, а при очень мощных полях звук может быть воспринят даже без какого-либо провода.

Насколько далеко этот принцип может найти практическое применение, покажет будущее. Можно подумать, что электростатические эффекты не подходят для такого воздействия на расстоянии. Электромагнитные индуктивные эффекты, если они доступны для производства света, можно было бы считать более подходящими. Это правда, что электростатические эффекты уменьшаются почти пропорционально кубу расстояния от катушки, тогда как электромагнитные индуктивные эффекты уменьшаются просто с увеличением расстояния. Но когда мы создаем силовое электростатическое поле, условия сильно меняются, поскольку тогда вместо дифференциального эффекта обоих выводов мы получаем их совместный эффект. Кроме того, я хотел бы обратить внимание на эффект, заключающийся в том, что в переменном электростатическом поле проводник, такой как, например, вытяжная трубка, имеет тенденцию поглощать большую часть энергии, тогда как в электромагнитном переменном поле проводник имеет тенденцию поглощать наименьшую энергию, при этом волны отражаются с небольшими потерями. Это одна из причин, по которой трудно возбудить разряженную трубку на расстоянии с помощью электромагнитной индукции. Я намотал катушки очень большого диаметра и из множества витков проволоки и подсоединил к концам катушки трубку Гейслера с целью возбуждения трубки на расстоянии; но даже при мощных индуктивных эффектах, производимых разрядами Лейденской банки, трубку можно было возбудить только на очень малом расстоянии, хотя было принято некоторое решение относительно размеров катушки. Я также обнаружил, что даже самые мощные разряды в лейденских банках способны вызывать лишь слабые световые эффекты в закрытой вытяжной трубке, и даже эти эффекты после тщательного изучения я был вынужден считать электростатической природой.

Как же тогда мы можем надеяться произвести требуемые эффекты на расстоянии посредством электромагнитного воздействия, когда даже в непосредственной близости от источника возмущения, при наиболее благоприятных условиях, мы можем вызвать лишь слабое свечение? Это правда, что, действуя на расстоянии, мы обладаем резонансом, который помогает нам в этом. Мы можем соединить отработанную трубку, или каким бы ни было осветительное устройство, с изолированной системой соответствующей мощности, и таким образом, возможно, удастся качественно увеличить эффект, и только качественно, поскольку мы не будем получать больше энергии через устройство. Таким образом, мы можем с помощью резонансного эффекта получить требуемую электродвижущую силу в разряженной трубке и вызвать слабые световые эффекты, но мы не можем получить достаточно энергии, чтобы сделать свет практически доступным, и простой расчет, основанный на результатах эксперимента, показывает, что даже если вся энергия, которую трубка будет получать на определенном расстоянии от источника, будет полностью преобразована в свет, это вряд ли удовлетворит практическим требованиям. Отсюда необходимость направления энергии с помощью проводящей цепи к месту преобразования. Но при этом мы не можем очень разумно отходить от существующих методов, и все, что мы могли бы сделать, - это усовершенствовать аппарат.

Исходя из этих соображений, может показаться, что если этот идеальный способ освещения и должен быть осуществлен на практике, то только за счет использования электростатических эффектов. В таком случае необходимы самые мощные электростатические индуктивные эффекты; следовательно, используемое устройство должно быть способно создавать высокие электростатические потенциалы, изменяющиеся по величине с предельной быстротой. Особенно востребованы высокие частоты, поскольку из практических соображений желательно снизить потенциал. С помощью машин или, вообще говоря, любого механического устройства можно достичь только низких частот; следовательно, необходимо прибегнуть к каким-либо другим средствам. Разряд конденсатора дает нам средство получения частот, намного превышающих те, которые достижимы механически, и, соответственно, я использовал конденсаторы в экспериментах с вышеуказанной целью.

Когда выводы индукционной катушки высокого напряжения, рис. 126, подключены к лейденской банке, и последняя прерывисто разряжается в цепь, мы можем рассматривать дугу, проходящую между ручками, как источник переменных или, вообще говоря, волнообразных токов, и тогда нам приходится иметь дело со знакомой системой генератора таких токов, подключенной к нему схемой и конденсатором, замыкающим цепь.


РИС. 126.

Конденсатор в таком случае является настоящим трансформатором, и поскольку частота избыточна, может быть получено практически любое соотношение силы токов в обеих ветвях. На самом деле аналогия не совсем полная, поскольку в случае пробивного разряда мы, как правило, имеем фундаментальное мгновенное изменение сравнительно низкой частоты и наложенную гармоническую вибрацию, и законы, управляющие протеканием токов, не одинаковы для обоих.

При преобразовании таким образом коэффициент преобразования не должен быть слишком большим, поскольку потери в дуге между ручками увеличиваются пропорционально квадрату тока, и если банку разряжать по очень толстым и коротким проводникам с целью получения очень быстрых колебаний, теряется очень значительная часть накопленной энергии. С другой стороны, слишком малые соотношения непрактичны по многим очевидным причинам.

Поскольку преобразованные токи протекают в практически замкнутой цепи, электростатические эффекты обязательно невелики, и поэтому я преобразую их в токи или эффекты требуемого характера. Я осуществил такие преобразования несколькими способами. Предпочтительный план соединений показан на рис. 127. Способ работы позволяет легко получить с помощью небольшого и недорогого устройства огромные перепады потенциалов, которые обычно достигались с помощью больших и дорогих катушек. Для этого необходимо всего лишь взять обычную маленькую катушку, приспособить к ней конденсатор и разрядный контур, образующие первичную обмотку вспомогательной маленькой катушки, и преобразовать в сторону увеличения. Поскольку индуктивный эффект первичных токов чрезмерно велик, вторая катушка должна иметь сравнительно немного витков. При правильной настройке элементов можно добиться замечательных результатов.


РИС. 127.

Пытаясь получить требуемые электростатические эффекты таким образом, я, как и следовало ожидать, столкнулся со многими трудностями, которые постепенно преодолевал, но я пока не готов подробно останавливаться на своем опыте в этом направлении.

Я верю, что прерывистый разряд конденсатора сыграет важную роль в будущем, поскольку он открывает огромные возможности не только в плане более эффективного производства света в соответствии с теорией, но и во многих других отношениях.

В течение многих лет усилия изобретателей были направлены на получение электрической энергии из тепла с помощью термоэлемента. Может показаться оскорбительным замечание о том, что лишь немногие знают, в чем на самом деле проблема с термоэлементом. Дело не в неэффективности или малом объеме производства — хотя это большие недостатки, — а в том факте, что в термопиле присутствует филлоксера, то есть при постоянном использовании она портится, что до сих пор препятствовало ее внедрению в промышленных масштабах. Теперь, когда все современные исследования, по-видимому, с уверенностью указывают на использование электричества чрезмерно высокого напряжения, у многих должен возникнуть вопрос, невозможно ли практически получить эту форму энергии из тепла. Мы привыкли смотреть на электростатическую машину как на игрушку, и каким-то образом мы связываем с ней идею неэффективности и непрактичности. Но теперь мы должны думать по-другому, поскольку теперь мы знаем, что повсюду нам приходится иметь дело с одними и теми же силами и что это всего лишь вопрос изобретения надлежащих методов или аппаратов для обеспечения их доступности.

В существующих системах распределения электроэнергии использование железа с его замечательными магнитными свойствами позволяет нам значительно уменьшить размеры устройства; но, несмотря на это, оно по-прежнему очень громоздкое. Чем больше мы продвигаемся в изучении электрических и магнитных явлений, тем больше убеждаемся в том, что существующие методы будут недолговечными. По крайней мере, для производства света такое тяжелое оборудование, по-видимому, не нужно. Требуемая энергия очень мала, и если свет может быть получен настолько эффективно, насколько теоретически это представляется возможным, то устройство должно иметь лишь очень малую мощность. Поскольку существует большая вероятность того, что методы освещения будущего будут включать использование очень высоких потенциалов, представляется весьма желательным усовершенствовать устройство, способное преобразовывать тепловую энергию в энергию требуемой формы. С этой целью не было сделано ничего, о чем стоило бы говорить, поскольку мысль о том, что электричество напряжением около 50 000 или 100 000 вольт или более, даже если бы оно было получено, было бы недоступно для практических целей, удерживала изобретателей от работы в этом направлении.

На рис. 126 показан план соединений для преобразования токов высокого напряжения в токи низкого посредством прерывистого разряда конденсатора. Этот план часто использовался мной для работы с несколькими лампами накаливания, необходимыми в лаборатории. С дугой разряда возникли некоторые трудности, которые я смог в значительной степени преодолеть; кроме этого и регулировки, необходимой для правильной работы, никаких других трудностей не возникло, и таким образом было легко управлять обычными лампами и даже двигателями. Поскольку линия была подключена к земле, со всеми проводами можно было обращаться совершенно безнаказанно, независимо от того, насколько высок потенциал на клеммах конденсатора. В этих экспериментах для зарядки конденсатора использовалась индукционная катушка высокого напряжения, работающая от батареи или от машины переменного тока; но индукционную катушку можно было заменить устройством другого типа, способным вырабатывать электричество такого высокого напряжения. Таким образом, может быть преобразован постоянный или переменный ток, и в обоих случаях импульсы тока могут иметь любую желаемую частоту. Когда токи, заряжающие конденсатор, имеют одинаковое направление и желательно, чтобы преобразованные токи также были одного направления, сопротивление разрядного контура, конечно, должно быть выбрано таким образом, чтобы не возникало колебаний.

При работе устройств вышеуказанного плана я наблюдал любопытные явления импеданса, которые представляют интерес. Например, если согнуть толстый медный стержень, как показано на рис. 128, и шунтировать его обычными лампами накаливания, то, пропуская разряд между ручками, лампы можно накалить, хотя они и закорочены. При использовании большой индукционной катушки легко получить узлы на стержне, которые становятся заметными по разной степени яркости ламп, как примерно показано на рис. 128. Узлы никогда не бывают четко определены, но это просто максимумы и минимумы потенциалов вдоль стержня. Вероятно, это связано с неравномерностью дуги между ручками. В общем, при использовании вышеописанного плана преобразования высокого напряжения в низкое поведение разрушающего разряда может быть тщательно изучено. Узлы также могут быть исследованы с помощью обычного вольтметра Cardew, который должен быть хорошо изолирован. Трубки Гейслера также могут быть зажжены по концам изогнутого стержня; в этом случае, конечно, лучше использовать меньшие емкости. Я обнаружил, что таким образом можно зажигать лампу и даже трубку Гейслера, шунтируемую коротким тяжелым металлическим блоком, и этот результат на первый взгляд кажется очень любопытным. На самом деле, чем толще медный стержень на рис. 128, тем лучше для успеха экспериментов, так как они кажутся более яркими. При использовании ламп с длинными тонкими нитями накала часто можно заметить, что нити накала время от времени сильно вибрируют, причем наименьшая вибрация наблюдается в узловых точках. Эта вибрация, по-видимому, вызвана электростатическим воздействием между нитью накала и стеклом колбы.


РИС. 128.

В некоторых из приведенных выше экспериментов предпочтительнее использовать специальные лампы с прямой нитью накала, как показано на рис. 129. При использовании такой лампы может наблюдаться еще более любопытное явление, чем описанное. Лампу можно поместить поперек медного стержня и зажечь, и при использовании несколько большей мощности, или, другими словами, меньших частот или меньших импульсных сопротивлений, нить накала может быть доведена до любой желаемой степени накала. Но когда импеданс увеличивается, достигается точка, когда через углерод проходит сравнительно небольшой ток, а большая его часть - через разреженный газ; или, возможно, правильнее утверждать, что ток почти равномерно распределяется по обоим, несмотря на огромную разницу в сопротивлении, и это было бы правдой, если бы газ и нить накала не вели себя по-разному. Затем отмечается, что вся лампочка ярко горит, а концы подводящих проводов раскаляются и часто выбрасывают искры в результате сильной бомбардировки, но угольная нить накала остается темной. Это показано на рис. 129. Вместо нити накала можно использовать один провод, проходящий через всю лампочку, и в этом случае явление покажется еще более интересным.


РИС. 129.

Из приведенного выше эксперимента будет очевидно, что при работе обычных ламп с преобразованными токами предпочтительно выбирать лампы, в которых платиновые провода расположены далеко друг от друга, а используемые частоты не должны быть слишком большими, иначе разряд возникнет на концах нити накала или в основании лампы между подводящими проводами, и тогда лампа может быть повреждена.

Представляя вам эти результаты моего исследования по рассматриваемому вопросу, я лишь вскользь упомянул факты, на которых мог бы подробно остановиться, и среди множества наблюдений я отобрал только те, которые, по моему мнению, могли бы вас заинтересовать. Область обширна и совершенно неисследована, и на каждом шагу открывается новая истина, обнаруживается новый факт.

Насколько подтвержденные здесь результаты пригодны для практического применения, будет решено в будущем. Что касается производства света, то некоторые уже достигнутые результаты обнадеживают и позволяют мне с уверенностью утверждать, что практическое решение проблемы лежит в том направлении, которое я попытался указать. Тем не менее, каким бы ни был непосредственный результат этих экспериментов, я надеюсь, что они станут лишь шагом в дальнейшем развитии к идеалу и окончательному совершенству. Возможности, которые открывают современные исследования, настолько обширны, что даже самые сдержанные люди должны с оптимизмом смотреть в будущее. Выдающиеся ученые считают проблему использования одного вида излучения без использования других рациональной. В устройстве, предназначенном для производства света путем преобразования любой формы энергии в энергию света, такой результат никогда не может быть достигнут, поскольку независимо от того, каков процесс создания требуемых вибраций, будь то электрический, химический или любой другой, будет невозможно получить более высокие световые вибрации, не пройдя через более низкие тепловые вибрации. Это проблема придания телу определенной скорости без прохождения всех более низких скоростей. Но существует возможность получения энергии не только в форме света, но и движущей силы и энергии любой другой формы каким-либо более прямым способом из среды. Придет время, когда это будет достигнуто, и пришло время, когда человек сможет произносить такие слова перед просвещенной аудиторией, не прослыв провидцем. Мы кружимся в бесконечном пространстве с непостижимой скоростью, все вокруг нас вращается, все движется, везде есть энергия. Должен быть какой-то способ использовать эту энергию более непосредственно. Тогда, со светом, полученным от медиума, с силой, получаемой от него, с каждой формой энергии, полученной без усилий, из вечно неисчерпаемого запаса, человечество будет продвигаться гигантскими шагами. Простое созерцание этих великолепных возможностей расширяет наш разум, укрепляет наши надежды и наполняет наши сердца высшим восторгом.

____________

Лекция, прочитанная перед Американским институтом инженеров-электриков в Колумбийском колледже, Нью-Йорк, 20 мая 1891г.

ГЛАВА XXVII

_______________

ЭКСПЕРИМЕНТЫ С ПЕРЕМЕННЫМИ ТОКАМИ

С ВЫСОКИМ ПОТЕНЦИАЛОМ И

ВЫСОКАЯ ЧАСТОТА*

Я не могу найти слов, чтобы выразить, насколько глубоко я ощущаю честь выступать перед некоторыми из выдающихся мыслителей современности и столькими способными учеными, инженерами и электриками страны, величайшей в научных достижениях.

Результаты, которые я имею честь представить перед таким собранием, я не могу назвать своими собственными. Среди вас немало таких, кто может лучше меня претендовать на любую черту достоинства, которая может содержаться в этой работе. Мне нет необходимости упоминать многие имена, известные во всем мире, - имена тех из вас, кто признан лидерами в этой очаровательной науке; но, по крайней мере, одно я должен упомянуть — имя, которое нельзя было опустить при демонстрации такого рода. Это имя связано с самым прекрасным изобретением, когда-либо созданным: это Крукс!

Когда я учился в колледже, довольно давно, я прочитал в переводе (поскольку тогда я не был знаком с вашим великолепным языком) описание его экспериментов с лучистой материей. Я читал ее только один раз в жизни — в тот раз, — но каждую деталь этого очаровательного произведения я помню до сих пор. Позвольте мне сказать, что мало найдется книг, которые могут произвести такое впечатление на ум студента.

Но если в данном случае я упоминаю это название как одно из многих, которыми может похвастаться ваше Учреждение, то это потому, что у меня есть более чем одна причина сделать это. Ибо то, что я должен рассказать вам и показать вам этим вечером, в значительной степени касается того же самого расплывчатого мира, который так умело исследовал профессор Крукс; и, более того, когда я прослеживаю мыслительный процесс, приведший меня к этим достижениям — которые даже я сам не могу считать пустяковыми, поскольку вы их так цените, — я верю, что их подлинным источником, тем, что побудило меня работать в этом направлении и привело меня к ним после долгого периода постоянных размышлений, была та увлекательная маленькая книжка, которую я прочитал много лет назад.

И теперь, когда я предпринял слабую попытку выразить свое почтение и признать свой долг перед ним и другими среди вас, я сделаю вторую попытку, которая, я надеюсь, покажется вам не такой слабой, как первая, чтобы развлечь вас.

Разрешите мне изложить тему в нескольких словах.

Некоторое время назад я имел честь представить нашему Американскому институту инженеров-электриков некоторые результаты, к которым я тогда пришел в новом направлении работы. Мне нет нужды уверять вас, что многочисленные свидетельства того, что английские ученые и инженеры были заинтересованы в этой работе, которые я получил, были для меня большой наградой и поощрением. Я не буду подробно останавливаться на уже описанных экспериментах, разве что с целью дополнить или более четко выразить некоторые идеи, выдвинутые мной ранее, а также с целью сделать представленное здесь исследование самодостаточным, а мои замечания по теме сегодняшней вечерней лекции последовательными.

Таким образом, само собой разумеется, что данное исследование имеет дело с переменными токами, а если быть более точным, с переменными токами высокого потенциала и высокой частоты. Насколько важна очень высокая частота для получения представленных результатов - это вопрос, на который даже с моим нынешним опытом я затруднился бы ответить. Некоторые эксперименты могут проводиться с низкими частотами; но желательны очень высокие частоты не только из-за многих эффектов, обеспечиваемых их использованием, но и как удобное средство получения в используемом индукционном устройстве высоких потенциалов, которые, в свою очередь, необходимы для демонстрации большинства рассматриваемых здесь экспериментов.

Из различных областей электрических исследований, возможно, наиболее интересной и непосредственно обещающей является та, которая имеет дело с переменными токами. Прогресс в этой отрасли прикладной науки за последние годы был настолько велик, что оправдывает самые радужные надежды. Едва мы познакомились с одним фактом, как встречаем новый опыт и открываем новые направления исследований. Даже в этот час возможности, о которых раньше и не мечтали, благодаря использованию этих течений частично реализуются. Как в природе все подвержено приливам и отливам, все представляет собой волновое движение, так и во всех отраслях промышленности, похоже, будут преобладать переменные токи — электрическое волновое движение.

Возможно, одну из причин, по которой эта отрасль науки так быстро развивается, следует искать в интересе, который проявляют к ее экспериментальному изучению. Мы наматываем простое железное кольцо с катушками; мы устанавливаем соединения с генератором и с удивлением и восторгом отмечаем воздействие странных сил, которые мы приводим в действие, которые позволяют нам преобразовывать, передавать и направлять энергию по своему усмотрению. Мы правильно расставляем цепи и видим, что масса железа и проводов ведет себя так, как будто она наделена жизнью, вращая тяжелый якорь через невидимые соединения с огромной скоростью и мощностью — с энергией, возможно, передаваемой с большого расстояния. Мы наблюдаем, как энергия переменного тока, проходящего по проводу, проявляется — не столько в проводе, сколько в окружающем пространстве — самым удивительным образом, принимая формы тепла, света, механической энергии и, что самое удивительное, даже химического сродства. Все эти наблюдения завораживают нас и наполняют сильным желанием узнать больше о природе этих явлений. Каждый день мы приступаем к нашей работе в надежде на открытие — в надежде, что кто—то, неважно кто, сможет найти решение одной из нерешенных великих проблем, - и каждый последующий день мы возвращаемся к нашей задаче с удвоенным рвением; и даже если мы терпим неудачу, наша работа не была напрасной, ибо в этих стремлениях, в этих усилиях мы находили часы невыразимого удовольствия и направляли нашу энергию на благо человечества.

Мы можем взять — наугад, если хотите, — любой из многочисленных экспериментов, которые можно провести с переменными токами; лишь некоторые из них, и ни в коем случае не самые яркие, составляют предмет сегодняшней вечерней демонстрации; все они одинаково интересны, одинаково побуждают к размышлениям.

Вот простая стеклянная трубка, из которой частично удален воздух. Я беру ее в руки; я привожу свое тело в соприкосновение с проводом, передающим переменный ток высокого потенциала, и трубка в моей руке ярко зажигается. В какое бы положение я его ни поместил, куда бы ни переместил в пространстве, насколько смогу дотянуться, его мягкий, приятный свет сохраняется с неизменной яркостью.

Вот разряженная лампочка, подвешенная на одном проводе. Стоя на изолированной подставке, я хватаюсь за нее, и платиновая кнопка, вмонтированная в нее, ярко раскаляется.

Здесь, прикрепленная к ведущему проводу, находится еще одна лампочка, которая, когда я прикасаюсь к ее металлическому гнезду, наполняется великолепными цветами фосфоресцирующего света.

Вот еще один, который при касании моими пальцами отбрасывает тень — тень Крукса — на стебель внутри него.

Здесь, снова, изолированный, когда я стою на этой платформе, я прикасаюсь своим телом к одному из выводов вторичной обмотки этой индукционной катушки — к концу провода длиной в много миль — и вы видите потоки света, вырывающиеся из его дальнего конца, который вызывает сильную вибрацию.

Здесь я еще раз прикрепляю эти две пластины проволочной сетки к клеммам катушки; я располагаю их на некотором расстоянии друг от друга и запускаю катушку в работу. Вы можете увидеть, как между пластинами пробегает небольшая искра. Я вставляю между ними толстую пластину из одного из лучших диэлектриков, и вместо того, чтобы сделать это совершенно невозможным, как мы привыкли ожидать, я способствую прохождению разряда, который, когда я вставляю пластину, просто меняет внешний вид и принимает форму светящихся потоков.

Есть ли, спрашиваю я, может ли быть более интересное исследование, чем исследование переменных токов?

Во всех этих исследованиях, во всех этих экспериментах, которые так очень, очень интересны, на протяжении многих прошедших лет — с тех пор, как величайший экспериментатор, читавший лекции в этом зале, открыл их принцип, — у нас был постоянный компаньон, прибор, знакомый каждому, когда-то игрушка, а теперь имеющая огромное значение, — индукционная катушка. Для электрика нет более дорогого прибора. Осмелюсь сказать, что все мы, от самых способных из вас до неопытного студента и вашего лектора, провели много восхитительных часов, экспериментируя с индукционной катушкой. Мы наблюдали за его игрой, думали и раздумывали над прекрасными явлениями, которые он открывал нашим восхищенным глазам. Этот аппарат настолько хорошо известен, эти явления настолько знакомы каждому, что меня чуть не покидает мужество, когда я думаю, что отважился обратиться к столь способной аудитории, что отважился развлечь вас той же старой темой. Здесь на самом деле тот же аппарат, и здесь те же явления, только аппарат работает несколько иначе, явления представлены в другом аспекте. Некоторые результаты соответствуют ожиданиям, другие удивляют нас, но все они привлекают наше внимание, поскольку в научном исследовании каждый достигнутый новый результат может стать отправной точкой для нового направления, каждый новый изученный факт может привести к важным разработкам.

Обычно при работе с индукционной катушкой мы создаем вибрацию умеренной частоты в первичной обмотке либо с помощью прерывателя, либо с помощью генератора переменного тока. Более ранние английские исследователи, упомянем только Споттисвуда и Дж. Э. Х. Гордона, использовали быстрый разрыв в соединении с катушкой. Наши знания и опыт на сегодняшний день позволяют нам ясно видеть, почему эти катушки в условиях испытаний не выявили никаких примечательных явлений и почему опытные экспериментаторы не смогли заметить многие из любопытных эффектов, которые с тех пор наблюдались.

В экспериментах, подобных тому, что был проведен сегодня вечером, мы приводим в действие катушку либо от специально сконструированного генератора переменного тока, способного выдавать многие тысячи оборотов тока в секунду, либо, прерывисто разряжая конденсатор через первичную обмотку, мы создаем вибрацию во вторичной цепи с частотой многих сотен тысяч или миллионов оборотов в секунду, если мы того пожелаем; и, используя любое из этих средств, мы вступаем в область, еще не исследованную.

Невозможно продолжить расследование в любом новом направлении, не сделав, наконец, какого-нибудь интересного наблюдения или не узнав какой-нибудь полезный факт. То, что это утверждение применимо к предмету данной лекции, убедительным доказательством служат многие любопытные и неожиданные явления, которые мы наблюдаем. В качестве иллюстрации возьмем, к примеру, наиболее очевидное явление - разряд индукционной катушки.

Вот катушка, которая приводится в действие токами, вибрирующими с предельной скоростью, получаемыми при прерывистой разрядке лейденской банки. Студента не удивило бы, если бы лектор сказал, что вторичная обмотка этой катушки состоит из небольшого отрезка сравнительно толстого провода; его не удивило бы, если бы лектор заявил, что, несмотря на это, катушка способна выдавать любой потенциал, который способна выдержать лучшая изоляция витков; но хотя он может быть подготовлен и даже безразличен к ожидаемому результату, все же аспект разряда катушки удивит и заинтересует его. Каждый знаком с разрядом обычной катушки; его нет необходимости воспроизводить здесь. Но, в качестве контраста, здесь представлена форма разряда катушки, первичный ток которой вибрирует несколько сотен тысяч раз в секунду. Разряд обычной катушки выглядит как простая линия или полоса света. Разряд этой катушки проявляется в виде мощных щеток и световых потоков, исходящих из всех точек двух прямых проводов, присоединенных к выводам вторичной обмотки. (Рис. 130.)


РИС. 130.

Теперь сравните это явление, свидетелем которого вы только что стали, с разрядом машины Хольца или Вимшерста — другого интересного прибора, столь дорогого экспериментатору. Какая разница между этими явлениями! И все же, если бы я сделал необходимые приготовления — что можно было бы сделать легко, если бы они не мешали другим экспериментам, — я мог бы произвести с помощью этой катушки искры, которые, будь катушка скрыта от вашего взгляда и выставлены только две ручки, даже самому проницательному наблюдателю из вас было бы трудно, если не невозможно, отличить от искр машины воздействия или трения. Это может быть сделано многими способами — например, путем приведения в действие индукционной катушки, которая заряжает конденсатор от машины переменного тока очень низкой частоты, и предпочтительно регулировки разрядного контура таким образом, чтобы в нем не возникало колебаний. Затем мы получаем во вторичном контуре, если ручки требуемого размера и правильно установлены, более или менее быструю последовательность искр большой интенсивности и небольшого количества, которые обладают таким же блеском и сопровождаются таким же резким потрескивающим звуком, как те, которые получаются от машины трения или воздействия.

Другой способ заключается в пропускании через две первичные цепи, имеющие общую вторичную обмотку, двух токов с несколько разным периодом, которые вызывают во вторичной цепи искры, возникающие со сравнительно большими интервалами. Но даже с подручными средствами сегодня вечером мне, возможно, удастся имитировать искру машины Хольца. Для этой цели я устанавливаю между выводами катушки, заряжающей конденсатор, длинную неустойчивую дугу, которая периодически прерывается восходящим потоком воздуха, создаваемым ею. Чтобы увеличить ток воздуха, я помещаю с каждой стороны дуги и вплотную к ней по большой пластине слюды. Конденсатор, заряжаемый от этой катушки, разряжается в первичную цепь второй катушки через небольшой воздушный зазор, который необходим для создания внезапного скачка тока через первичную обмотку. Схема соединений в настоящем эксперименте показана на рис. 131.


РИС. 131.

G - генератор переменного тока обычной конструкции, питающий первичную обмотку P индукционной катушки, вторичная обмотка S которой заряжает конденсаторы или банки постоянного тока. Клеммы вторичной обмотки подсоединены к внутренним покрытиям банок, а внешние покрытия подсоединены к концам первичной обмотки второй индукционной катушки. Этот первичный p p имеет небольшой воздушный зазор a b.

Вторичная обмотка s этой катушки снабжена ручками или шариками Kk соответствующего размера и установлена на расстоянии, подходящем для эксперимента.

Между выводами Ab первой индукционной катушки образуется длинная дуга. M M - пластины из слюды.

Каждый раз, когда между точками А и В вспыхивает электрическая дуга, банки быстро заряжаются и разряжаются через первичный p p, образуя щелкающую искру между ручками K K. При образовании дуги между A и B потенциал падает, и банки не могут быть заряжены до такого высокого напряжения, чтобы пробить воздушный зазор ab, пока дуга снова не погаснет из-за сквозняка.

Таким образом, внезапные импульсы с большими интервалами генерируются в первичном p p, которые во вторичном s дают соответствующее количество импульсов большой интенсивности. Если вторичные выступы или сферы Kk имеют надлежащий размер, искры во многом напоминают искры от машины Хольца.

Но эти два эффекта, которые на первый взгляд кажутся такими разными, являются лишь двумя из множества явлений разряда. Нам нужно только изменить условия теста, и мы снова сделаем другие интересные наблюдения.

Когда вместо управления индукционной катушкой, как в последних двух экспериментах, мы приводим ее в действие от высокочастотного генератора переменного тока, как в следующем эксперименте, систематическое изучение явлений становится намного проще. В таком случае, изменяя силу и частоту токов через первичную обмотку, мы можем наблюдать пять различных форм разряда, которые я описал в своей предыдущей статье по этому вопросу, представленной Американскому институту инженеров-электриков 20 мая 1891 г.

Воспроизведение всех этих форм заняло бы слишком много времени и увело бы нас слишком далеко от темы, представленной сегодня вечером, но мне кажется желательным показать вам одну из них. Это щеточный разряд, который интересен более чем в одном отношении. При ближайшем рассмотрении он очень напоминает струю газа, вырывающуюся под большим давлением. Мы знаем, что это явление происходит из-за перемешивания молекул вблизи терминала, и мы предполагаем, что при ударе молекул о терминал или друг о друга должно выделяться некоторое количество тепла. Действительно, мы обнаруживаем, что щетка горячая, и лишь небольшое размышление приводит нас к выводу, что, если бы мы могли достичь достаточно высоких частот, мы могли бы создать щетку, которая давала бы интенсивный свет и тепло и которая во всех деталях напоминала бы обычное пламя, за исключением, возможно, того, что оба явления не могли бы быть вызваны одним и тем же агентом — за исключением, возможно, того, что химическое сродство не могло бы быть электрическим по своей природе.

Поскольку производство тепла и света здесь происходит за счет воздействия молекул, или атомов воздуха, или чего-то еще помимо, и, поскольку мы можем увеличить энергию просто за счет повышения потенциала, мы могли бы, даже с частотами, получаемыми от динамо-машины, усилить действие до такой степени, чтобы довести терминал до плавления. Но при таких низких частотах нам всегда приходилось бы иметь дело с чем-то вроде электрического тока. Если я подношу к кисточке проводящий предмет, пробегает тонкая искорка, но даже при частотах, использованных этим вечером, тенденция к искрообразованию не очень велика. Так, например, если я держу металлическую сферу на некотором расстоянии над клеммой, вы можете увидеть, что все пространство между клеммой и сферой освещено потоками без прохождения искры; и с гораздо более высокими частотами, получаемыми при прерывистом разряде конденсатора, если бы не внезапные импульсы, которых сравнительно немного, искрение не возникло бы даже на очень малых расстояниях. Однако при несравненно более высоких частотах, которые мы все же можем найти средства для эффективного получения, и при условии, что электрические импульсы таких высоких частот можно было бы передавать по проводнику, электрические характеристики щеточного разряда полностью исчезли бы — не проскакивала бы искра, не ощущался бы удар - и все же нам все равно пришлось бы иметь дело с электрическим явлением, но в широком, современном понимании этого слова. В моей первой статье, на которую я уже ссылался, я указал на любопытные свойства кисти и описал наилучший способ ее нанесения, но я подумал, что стоит попытаться более ясно выразить себя в отношении этого явления из-за его всепоглощающего интереса.

Когда катушка работает с токами очень высокой частоты, могут получаться красивые кистевые эффекты, даже если катушка имеет сравнительно небольшие размеры. Экспериментатор может варьировать их многими способами, и, если бы не что иное, они представляли бы собой приятное зрелище. Что добавляет им интереса, так это то, что они могут быть созданы как с одним терминалом, так и с двумя — на самом деле, часто лучше с одним, чем с двумя.

Но из всех наблюдаемых явлений разряда наиболее приятными для глаз и наиболее поучительными являются те, которые наблюдаются с катушкой, приводимой в действие посредством прерывистого разряда конденсатора. Мощность щеток, обилие искр при терпеливой настройке условий часто поражают воображение. Даже с очень маленькой катушкой, если она настолько хорошо изолирована, что выдерживает разность потенциалов в несколько тысяч вольт на оборот, искр может быть так много, что вся катушка может казаться сплошной огненной массой.

Достаточно любопытно, что искры, когда клеммы катушки расположены на значительном расстоянии, кажется, разлетаются во всех возможных направлениях, как будто клеммы совершенно независимы друг от друга. Поскольку искры могут быстро разрушить изоляцию, необходимо предотвратить их появление. Лучше всего это сделать, погрузив катушку в хороший жидкий изолятор, например, в прокипяченное масло. Погружение в жидкость можно считать почти абсолютной необходимостью для продолжительной и успешной работы такого змеевика.

Конечно, не может быть и речи о том, чтобы на экспериментальной лекции, располагающей всего несколькими минутами для проведения каждого эксперимента, продемонстрировать эти явления разряда с пользой, поскольку для наилучшего воспроизведения каждого явления требуется очень тщательная настройка. Но даже в несовершенном исполнении, как это, вероятно, будет сегодня вечером, они достаточно эффектны, чтобы заинтересовать интеллигентную аудиторию.

Прежде чем продемонстрировать некоторые из этих любопытных эффектов, я должен, для полноты картины, дать краткое описание катушки и другого оборудования, использованного в экспериментах с разрушающим разрядом этим вечером.

Он находится в коробке В (рис. 132) из толстых досок твердых пород дерева, покрытых снаружи цинковым листом Z, который со всех сторон тщательно припаян. При строго научном исследовании, когда точность имеет большое значение, было бы целесообразно отказаться от металлической крышки, поскольку она может привести к множеству ошибок, главным образом из-за ее сложного воздействия на катушку в качестве конденсатора очень малой емкости и в качестве электростатического и электромагнитного экрана. Когда катушка используется для таких экспериментов, которые здесь рассматриваются, использование металлической крышки дает некоторые практические преимущества, но они недостаточно важны, чтобы на них останавливаться.


РИС. 132.

Катушка должна располагаться симметрично металлической крышке, и расстояние между ними, конечно, не должно быть слишком маленьким, конечно, не менее, скажем, пяти сантиметров, но по возможности намного больше; особенно две стороны цинковой коробки, которые находятся под прямым углом к оси катушки, должны быть достаточно удалены от последней, поскольку в противном случае они могут ухудшить ее действие и стать источником потерь.

Катушка состоит из двух катушек из твердой резины R R, удерживаемых на расстоянии 10 сантиметров друг от друга болтами c и гайками n, также из твердой резины. Каждая катушка содержит трубку T с внутренним диаметром примерно 8 сантиметров и толщиной 3 миллиметра, на которую навинчены два фланца Ff площадью 24 квадратных сантиметра, расстояние между фланцами составляет около 3 сантиметров. Вторичная проволока s s из лучшей проволоки, покрытой гуттаперчей, состоит из 26 слоев по 10 витков в каждом, что дает на каждую половину в общей сложности 260 витков. Две половинки намотаны противоположно и соединены последовательно, причем соединение между ними осуществляется через первичную обмотку. Такое расположение, помимо удобства, имеет то преимущество, что когда катушка хорошо сбалансирована, то есть когда обе ее клеммы T1, T1 подключены к корпусам или устройствам одинаковой емкости, нет большой опасности пробиться к первичной обмотке, а изоляция между первичной и вторичной обмоткой не обязательно должна быть толстой. При использовании катушки желательно присоединять к обеим клеммам устройства почти одинаковой мощности, так как при неодинаковой мощности клемм искры могут передаваться на первичную обмотку. Чтобы избежать этого, средняя точка вторичной обмотки может быть соединена с первичной, но это не всегда практически осуществимо.

Первичный P P наматывается двумя противоположными частями на деревянную катушку W. и четыре конца выводятся из масла через жесткие резиновые трубки t t. Концы вторичных трубок T1, T1 также выводятся из масла через резиновые трубки t1, t1 большой толщины. Первичный и вторичный слои изолированы хлопчатобумажной тканью, толщина изоляции, конечно, в некоторой степени пропорциональна разнице потенциалов между витками различных слоев. Каждая половина основного материала состоит из четырех слоев, по 24 витка в каждом, что дает в общей сложности 96 витков. Когда обе части соединены последовательно, это дает коэффициент преобразования примерно 1:2,7, а при многократном включении первичных цепей - 1:5,4; но при работе с очень быстрыми переменными токами это соотношение не дает даже приблизительного представления о соотношении Э.М.Ф. в первичной и вторичной цепях. Катушка удерживается в нужном положении в масле на деревянных подставках, при этом слой масла по всей окружности составляет около 5 сантиметров. Там, где масло специально не требуется, пространство заполняется кусками дерева, и для этой цели в основном используется деревянная коробка В, окружающая все целое.

Показанная здесь конструкция, конечно, не самая лучшая с точки зрения общих принципов, но я считаю, что она хороша и удобна для создания эффектов, в которых требуются чрезмерный потенциал и очень малый ток.

В связи с катушкой я использую либо обычную форму разрядника, либо модифицированную форму. В первом случае я внес два изменения, которые обеспечивают некоторые преимущества и которые очевидны. Если о них и упоминают, то только в надежде, что какой-нибудь экспериментатор найдет в них применение.

Одно из изменений заключается в том, что регулируемые ручки A и B (рис. 133) разрядника удерживаются в латунных зажимах Jj давлением пружины, что позволяет последовательно поворачивать их в разные положения и, таким образом, отказаться от утомительного процесса частой полировки.


РИС. 133.

Другое изменение заключается в использовании мощного электромагнита Ns, ось которого расположена под прямым углом к линии, соединяющей ручки A и B, и создает между ними сильное магнитное поле. Полюсные наконечники магнита подвижны и имеют правильную форму, выступающую между латунными ручками, чтобы сделать поле как можно более интенсивным; но для предотвращения попадания разряда на магнит полюсные наконечники защищены слоем слюды достаточной толщины; s1, s1 и s2, s2 - винты для крепления проводов. С каждой стороны один из винтов предназначен для крупных, а другой - для мелких проводов. L L - винты для фиксации стержней R R, которые поддерживают ручки.

В другой конструкции с магнитом я использую разряд между самими закругленными полюс-ными наконечниками, которые в таком случае изолированы и предпочтительно снабжены колпачками из полированной латуни.

Использование интенсивного магнитного поля имеет преимущество главным образом тогда, когда индукционная катушка или трансформатор, заряжающий конденсатор, питается токами очень низкой частоты. В таком случае количество основных разрядов между ручками может быть настолько малым, что токи, генерируемые во вторичной обмотке, будут непригодны для многих экспериментов. Затем интенсивное магнитное поле служит для гашения дуги между ручками, как только она образуется, и основные разряды происходят в более быстрой последовательности.

Вместо магнита с некоторым преимуществом можно использовать вытяжку или струю воздуха. В этом случае дугу предпочтительно устанавливать между выступами Ab, как показано на рис. 131 (выступы ab обычно соединяются или полностью устраняются), поскольку при таком расположении дуга получается длинной и неустойчивой, и на нее легко влияет сквозняк.

Когда для размыкания дуги используется магнит, лучше выбирать соединение, схематично указанное на рис. 134, поскольку в этом случае токи, образующие дугу, намного мощнее, а магнитное поле оказывает большее влияние. Использование магнита, однако, позволяет заменить электрическую дугу вакуумной лампой, но я столкнулся с большими трудностями при работе с разряженной трубкой.


РИС. 134.

Разрядник другой формы, используемый в этих и подобных экспериментах, показан на рис. 135 и 136. Он состоит из нескольких латунных деталей cc (рис. 135), каждая из которых содержит сферическую среднюю часть m с выступом e внизу, который используется просто для крепления детали на токарном станке при полировке поверхности выгрузки, и колонну вверху, которая состоит из рифленого фланца f, увенчанного резьбовым стержнем l, несущим гайку n, с помощью которого к колонне прикреплена проволока. Фланец f удобно служит для удержания латунной детали при закреплении проволоки, а также для поворота ее в любое положение, когда возникает необходимость создать свежую разгрузочную поверхность. Две прочные полоски твердой резины R R с выструганными канавками g g (рис. 136) для установки в среднюю часть деталей cc служат для зажима последних и надежного удержания их на месте с помощью двух болтов cc (из которых показан только один), проходящих через концы полос.


РИС. 135.


РИС. 136.

При использовании такого разрядника я обнаружил три основных преимущества по сравнению с обычной формой. Во-первых, диэлектрическая прочность при данной общей ширине воздушного пространства выше, когда вместо одного используется большое количество небольших воздушных зазоров, что позволяет работать с меньшей длиной воздушного зазора, а это означает меньшие потери и меньший износ металла; во-вторых, из-за разделения дуги на меньшие дуги полированные поверхности служат намного дольше; и, в-третьих, устройство обеспечивает некоторый контроль в экспериментах. Обычно я устанавливаю детали, помещая между ними листы одинаковой толщины на определенном, очень маленьком расстоянии, которое, как известно из экспериментов сэра Уильяма Томсона, требует определенной электродвижущей силы для перекрытия искры.

Следует, конечно, помнить, что расстояние искрения значительно уменьшается с увеличением частоты. Занимая любое количество мест, экспериментатор имеет приблизительное представление об электродвижущей силе, и ему легче повторить эксперимент, поскольку у него не возникает проблем с повторной настройкой ручек. С помощью такого разрядника я смог поддерживать колебательное движение без какой-либо видимой невооруженным глазом искры между ручками, и они не показали бы очень заметного повышения температуры. Эта форма разряда также подходит для многих устройств конденсаторов и контуров, которые часто очень удобны и экономят время. Я использовал его предпочтительно в расположении, подобном указанному на рис. 131, когда токи, образующие дугу, невелики.

Здесь я могу упомянуть, что я также использовал разрядники с одним или несколькими воздушными зазорами, в которых выпускные поверхности вращались с большой скоростью. Однако этот метод не давал никаких особых преимуществ, за исключением случаев, когда токи от конденсатора были большими и требовалось поддержание охлаждения поверхностей, и в случаях, когда разряд не колебался сам по себе, дуга, как только возникала, прерывалась потоком воздуха, таким образом вызывая вибрацию с интервалами в быстрой последовательности. Я также во многих случаях использовал механические прерыватели. Чтобы избежать трудностей с фрикционными контактами, предпочтительный принятый план состоял в том, чтобы установить дугу и вращать через нее с большой скоростью обод из слюды, снабженный множеством отверстий и прикрепленный к стальной пластине. Разумеется, понятно, что использование магнита, воздушного тока или другого прерывателя не производит эффекта, заслуживающего внимания, если только самоиндукция, емкость и сопротивление не связаны между собой настолько, что при каждом прерывании возникают колебания.

Теперь я попытаюсь показать вам некоторые из наиболее примечательных явлений разрядки.

Я протянул через комнату два обычных провода, покрытых ватой, каждый длиной около семи метров. Они закреплены на изолирующих шнурах на расстоянии около тридцати сантиметров. Теперь я присоединяю к каждой из клемм катушки по одному проводу и привожу катушку в действие. Выключив свет в комнате, вы видите провода, сильно освещенные струями, обильно стекающими со всей их поверхности, несмотря на хлопчатобумажное покрытие, которое может быть даже очень толстым. Когда эксперимент проводится в хороших условиях, свет от проводов достаточно интенсивен, чтобы можно было различать предметы в комнате. Для достижения наилучшего результата, конечно, необходимо тщательно регулировать вместимость банок, дугу между ручками и длину проволочек. Мой опыт показывает, что расчет длины проводов в таком случае не приводит ни к какому результату. Экспериментатору лучше всего вначале взять проволоку очень длинной, а затем отрегулировать, отрезая сначала длинные куски, а затем все меньшие и меньшие по мере приближения к нужной длине.

В связи с этим и подобными экспериментами удобным способом является использование масляного конденсатора очень малой емкости, состоящего из двух небольших регулируемых металлических пластин. В таком случае я беру провода довольно короткие и вначале устанавливаю пластины конденсатора на максимальном расстоянии. Если потоки от проводов увеличиваются при приближении пластин, длина проводов примерно правильная; если они уменьшаются, провода слишком длинные для такой частоты и потенциала. Когда конденсатор используется в связи с экспериментами с таким змеевиком, это непременно должен быть масляный конденсатор, так как при использовании воздушного конденсатора может быть потрачено впустую значительное количество энергии. Провода, ведущие к пластинам в масле, должны быть очень тонкими, покрыты каким-либо изолирующим составом и снабжены проводящим покрытием, предпочтительно проходящим под поверхностью масла. Проводящая крышка не должна находиться слишком близко к клеммам или концам провода, так как искра может перескочить с провода на нее. Проводящее покрытие используется для уменьшения потерь воздуха, поскольку оно действует как электростатический экран. Что касается размера сосуда, содержащего масло, и размера пластин, экспериментатор сразу же получает представление о грубом испытании. Однако размер пластин в масле поддается расчету, поскольку диэлектрические потери очень малы.

В предыдущем эксперименте представляет значительный интерес узнать, какое отношение количество излучаемого света имеет к частоте и потенциалу электрических импульсов. Мое мнение таково, что производимые тепловые и световые эффекты должны быть пропорциональны, при прочих равных условиях тестирования, произведению частоты на квадрат потенциала, но экспериментальная проверка закона, каким бы он ни был, была бы чрезвычайно сложной. Во всяком случае, одно можно сказать наверняка, и это то, что, увеличивая потенциал и частоту, мы быстро усиливаем потоки; и, хотя это может быть очень оптимистично, конечно, не совсем безнадежно ожидать, что мы сможем добиться успеха в создании практического источника освещения в этих направлениях. Тогда мы бы просто использовали горелки или пламя, в котором не было бы ни химического процесса, ни расхода материала, а просто передача энергии, и которое, по всей вероятности, излучало бы больше света и меньше тепла, чем обычное пламя.

Интенсивность свечения потоков, конечно, значительно увеличивается, когда они фокусируются на небольшой поверхности. Это может быть показано следующим экспериментом:

Я прикрепляю к одному из выводов катушки проволоку w (рис. 137), согнутую в виде круга диаметром около 30 сантиметров, а к другому выводу прикрепляю небольшую латунную сферу s, поверхность проволоки предпочтительно должна быть равна поверхности сферы, а центр последней находиться на линии, расположенной под прямым углом к плоскости проволочного круга и проходящей через его центр. Когда разряд устанавливается в надлежащих условиях, образуется светящийся полый конус, и в темноте половина латунной сферы сильно светится, как показано на разрезе.


РИС. 137.

С помощью той или иной хитрости легко сконцентрировать потоки на небольших поверхностях и добиться очень сильных световых эффектов. Таким образом, два тонких провода могут светиться интенсивно.

Для усиления потоков провода должны быть очень тонкими и короткими; но поскольку в этом случае их пропускная способность, как правило, была бы слишком мала для катушки — по крайней мере, для такой катушки, как нынешняя, — необходимо увеличить пропускную способность до требуемого значения, в то время как поверхность проводов остается очень маленькой. Это может быть сделано многими способами.

Вот, например, у меня есть две пластины R R из твердой резины (рис. 138), на которые я приклеил две очень тонкие проволочки w w, чтобы сформировать название. Провода могут быть оголены или покрыты наилучшей изоляцией — это несущественно для успеха эксперимента. Провода с хорошей изоляцией, во всяком случае, предпочтительнее. На обратной стороне каждой пластины, обозначенной заштрихованной частью, нанесено покрытие из фольги tt. Пластины расположены в линию на достаточном расстоянии, чтобы предотвратить передачу искры от одного провода к другому. Два покрытия из фольги я соединил проводником С, а два провода в настоящее время подключаю к клеммам катушки. Теперь легко, изменяя силу и частоту токов через первичную обмотку, найти точку, в которой мощность системы наилучшим образом соответствует условиям, и провода начинают светиться настолько сильно, что при выключении света в комнате название, образованное ими, появляется блестящими буквами.


РИС. 138.

Возможно, предпочтительнее проводить этот эксперимент с катушкой, работающей от генератора переменного тока высокой частоты, поскольку тогда из-за гармонического нарастания и спада потоки получаются очень равномерными, хотя и менее обильными, чем при использовании такой катушки, как настоящая. Этот эксперимент, однако, может быть проведен с низкими частотами, но гораздо менее удовлетворительно.

Когда два провода, присоединенные к клеммам катушки, расположены на надлежащем расстоянии, потоки между ними могут быть настолько интенсивными, что создают непрерывный светящийся лист. Чтобы показать это явление, у меня здесь есть два круга, С и с (рис. 139), из довольно прочной проволоки, один около 80 сантиметров, а другой 30 сантиметров в диаметре. К каждой из клемм катушки я прикрепляю по одному кругу. Поддерживающие провода согнуты так, чтобы круги могли располагаться в одной плоскости, совпадая как можно ближе. Когда свет в комнате выключен и катушка включена, вы видите, что все пространство между проводами равномерно заполнено струями, образующими светящийся диск, который можно увидеть со значительного расстояния, такова интенсивность потоков. Внешний круг мог бы быть намного больше настоящего; на самом деле, с этой катушкой я использовал круги гораздо большего размера, и мне удалось создать сильно светящийся лист, покрывающий площадь более одного квадратного метра, что является замечательным эффектом с этой очень маленькой катушкой. Чтобы избежать неопределенности, круг был сделан меньше, и теперь его площадь составляет около 0,43 квадратных метра.


РИС. 139.

Частота вибрации и быстрота чередования искр между ручками в значительной степени влияют на внешний вид струй. Когда частота очень низкая, воздух выходит более или менее таким же образом, как при постоянной разнице потенциалов, и потоки состоят из отдельных нитей, обычно смешанных с тонкими искрами, которые, вероятно, соответствуют последовательным разрядам, происходящим между ручками. Но когда частота чрезвычайно высока, и дуга разряда издает очень громкий, но ровный звук, свидетельствующий как о том, что имеет место колебание, так и о том, что искры сменяют друг друга с большой скоростью, — тогда образующиеся светящиеся потоки совершенно однородны. Для достижения этого результата следует использовать очень маленькие катушки и банки небольшой емкости. Я беру две трубки из толстого богемского стекла, около 5 сантиметров в диаметре и 20 сантиметров в длину. В каждую из трубок я вставляю первичную обмотку из очень толстой медной проволоки. На верхнюю часть каждой трубки я наматываю вторичную обмотку из гораздо более тонкой проволоки, покрытой гуттаперчей. Два второстепенных элемента я соединяю последовательно, первичные элементы предпочтительно несколькими дугами. Затем пробирки помещают в большой стеклянный сосуд на расстоянии 10-15 сантиметров друг от друга, на изолирующие подставки, и сосуд наполняют прокипяченным маслом, при этом масло выступает примерно на дюйм над пробирками. Свободные концы вторичной обмотки вынимаются из катушки и располагаются параллельно друг другу на расстоянии около десяти сантиметров. Очищенные концы следует окунуть в масло. Для слива через первичный патрубок можно использовать две четырехпинтовые банки, соединенные последовательно. При выполнении необходимых регулировок длины и расстояния проводов над маслом и в дуге разряда между проводами образуется светящийся слой, который является идеально гладким и не имеет текстуры, как при обычном разряде через трубку с умеренно разряженным воздухом.

Я намеренно остановился на этом, казалось бы, незначительном эксперименте. В испытаниях такого рода экспериментатор приходит к поразительному выводу, что для прохождения обычных световых разрядов через газы не требуется особой степени истощения, но газ может находиться под обычным или даже большим давлением. Для достижения этого необходима очень высокая частота; также требуется высокий потенциал, но это всего лишь второстепенная необходимость. Эти эксперименты учат нас, что, стремясь открыть новые методы получения света путем перемешивания атомов или молекул газа, нам не нужно ограничивать наши исследования вакуумной трубкой, но можно вполне серьезно рассматривать возможность получения световых эффектов без использования какого бы то ни было сосуда, с воздухом обычного давления.

Такие разряды очень высокой частоты, которые освещают воздух при обычном давлении, нам, вероятно, часто доводится наблюдать в Природе. Я не сомневаюсь, что если, как полагают многие, северное сияние вызвано внезапными космическими возмущениями, такими как извержения на поверхности Солнца, которые приводят электростатический заряд земли к чрезвычайно быстрой вибрации, то наблюдаемое красное свечение не ограничивается верхними разреженными слоями воздуха, но разряд проходит, благодаря своей очень высокой частоте, также и плотную атмосферу в виде свечения, подобного тому, которое мы обычно создаем в слегка разряженной трубе. Если бы частота была очень низкой или, тем более, если бы заряд вообще не вибрировал, плотный воздух разрушился бы, как при разряде молнии. Признаки такого разрушения нижних плотных слоев воздуха неоднократно наблюдались при возникновении этого чудесного явления; но если оно действительно происходит, то его можно отнести только к фундаментальным возмущениям, которых немного, поскольку вибрация, производимая ими, была бы слишком быстрой, чтобы допустить разрушительный разрыв. Именно оригинальные и нерегулярные импульсы воздействуют на инструменты; накладывающиеся вибрации, вероятно, остаются незамеченными.

Когда обычный низкочастотный разряд пропускают через умеренно разреженный воздух, воздух приобретает пурпурный оттенок. Если тем или иным способом увеличить интенсивность молекулярной, или атомной, вибрации, газ приобретает белый цвет. Аналогичное изменение происходит при обычном давлении с помощью электрических импульсов очень высокой частоты. Если молекулы воздуха вокруг проволоки умеренно перемешаны, образующаяся щетка становится красноватой или фиолетовой; если вибрация становится достаточно интенсивной, струйки становятся белыми. Мы можем добиться этого различными способами. В показанном выше эксперименте с двумя проводами, протянутыми через комнату, я попытался закрепить результат, увеличив как частоту, так и потенциал; в эксперименте с тонкими проводами, наклеенными на резиновую пластину, я сконцентрировал воздействие на очень маленькой поверхности — другими словами, я работал с большой электрической плотностью.

Наиболее любопытная форма разряда наблюдается с такой катушкой, когда частота и потенциал доведены до крайнего предела. Для проведения эксперимента каждая часть катушки должна быть надежно изолирована, и только две маленькие сферы — или, еще лучше, два металлических диска с острыми краями (d d, рис. 140) диаметром не более нескольких сантиметров — должны находиться на воздухе. Используемая здесь катушка погружена в масло, а концы вторичной обмотки, выходящие из масла, покрыты воздухонепроницаемым покрытием из твердой резины большой толщины. Все трещины, если таковые имеются, должны быть тщательно заделаны, чтобы выделения со щетки не могли образовываться нигде, кроме как на небольших шариках или пластинах, находящихся под воздействием воздуха. В этом случае, поскольку к клеммам не прикреплены большие пластины или другие объемные элементы, катушка способна к чрезвычайно быстрой вибрации. Потенциал может быть повышен путем увеличения, насколько это сочтет нужным экспериментатор, скорости изменения первичного тока. С катушкой, не сильно отличающейся от настоящей, лучше всего соединять две первичные обмотки несколькими дугами; но если вторичная обмотка должна иметь гораздо большее количество витков, первичные обмотки предпочтительно использовать последовательно, так как в противном случае вибрация может быть слишком высокой для вторичной обмотки. В этих условиях из краев дисков вырываются туманные белые струйки и рассеиваются в пространстве, как фантомы. У этой катушки, при достаточно хорошем изготовлении, они достигают примерно 25-30 сантиметров в длину. Когда к ним прикладывают руку, никаких ощущений не возникает, и искра, вызывающая электрический разряд, вылетает из клеммы только тогда, когда руку подносят намного ближе. Если колебание первичного тока тем или иным способом становится прерывистым, возникает соответствующая пульсация потоков, и теперь руку или другой проводящий предмет можно поднести еще ближе к клемме без возникновения искры.


РИС. 140.

Среди множества прекрасных явлений, которые могут быть произведены с помощью такой катушки, я выбрал здесь только те, которые, по-видимому, обладают некоторыми чертами новизны и приводят нас к некоторым интересным выводам. С его помощью совсем нетрудно воспроизвести в лаборатории многие другие явления, которые привлекают глаз даже больше, чем показанные здесь, но не представляют особой новизны.

Первые экспериментаторы описывали появление искр, производимых обычной большой индукционной катушкой на изолирующей пластине, разделяющей выводы. Совсем недавно компания Siemens провела несколько экспериментов, в ходе которых были получены прекрасные эффекты, которые были с интересом замечены многими. Несомненно, большие катушки, даже если они работают с токами низкой частоты, способны создавать прекрасные эффекты. Но самая большая катушка, когда-либо изготовленная, безусловно, не могла сравниться с великолепным отображением потоков и искр, получаемых от такой разрушительной разрядной катушки при правильной настройке. Чтобы дать представление, змеевик, подобный настоящему, легко полностью покроет струями пластину диаметром в один метр. Лучший способ провести такие эксперименты - взять очень тонкую резиновую или стеклянную пластинку и приклеить к одной ее стороне узкое кольцо из фольги очень большого диаметра, а к другой - круглую шайбу, центр которой должен совпадать с центром кольца, а поверхности обеих желательно иметь одинаковыми, чтобы катушка была хорошо сбалансирована. Шайба и кольцо должны быть подсоединены к клеммам тонкими проводами с сильной изоляцией. Легко наблюдать эффект способности создавать слой однородных струй, или тонкую сеть тонких серебристых нитей, или массу ярких искр, которые полностью покрывают пластину.

С тех пор как я выдвинул идею преобразования с помощью разрушающего разряда в моем докладе перед Американским институтом инженеров-электриков в начале прошлого года, интерес к ней был значительным. Это дает нам средство для создания любых потенциалов с помощью недорогих катушек, работающих от обычных систем распределения, и — что, возможно, более ценно — это позволяет нам преобразовывать токи любой частоты в токи любой другой более низкой или более высокой частоты. Но его главная ценность, возможно, будет заключаться в помощи, которую он окажет нам в исследованиях явления фосфоресценции, которое катушка прерывистого разряда способна возбуждать в бесчисленных случаях, когда обычные катушки, даже самые большие, полностью вышли бы из строя.

Учитывая его возможное применение во многих практических целях и возможное внедрение в лаборатории для научных исследований, возможно, не будет лишним сделать несколько дополнительных замечаний относительно конструкции такой катушки.

Конечно, абсолютно необходимо использовать в такой катушке провода с наилучшей изоляцией.

Хорошие катушки можно получить, используя проволоку, покрытую несколькими слоями хлопка, долгое кипячение катушки в чистом воске и охлаждение при умеренном давлении. Преимущество такой катушки в том, что с ней легко обращаться, но она, вероятно, не может дать таких удовлетворительных результатов, как катушка, погруженная в чистое масло. Кроме того, по-видимому, наличие большого количества воска неблагоприятно сказывается на катушке, тогда как в случае с маслом это, по-видимому, не так. Возможно, это связано с тем, что диэлектрические потери в жидкости меньше.

Сначала я пробовал провода, покрытые шелком и хлопком, с пропиткой маслом, но постепенно меня приучили использовать провода, покрытые гуттаперчей, которые оказались наиболее удовлетворительными. Гуттаперчевая изоляция, конечно, увеличивает пропускную способность катушки, и это, особенно если катушка большая, является большим недостатком, когда требуются экстремальные частоты; но, с другой стороны, гуттаперча выдерживает гораздо большее количество масла одинаковой толщины, и это преимущество должно быть обеспечено любой ценой. После погружения катушки ее ни в коем случае нельзя вынимать из масла более чем на несколько часов, иначе гуттаперча растрескается и катушка будет стоить вдвое меньше, чем раньше. Масло, вероятно, медленно воздействует на гуттаперчу, но после восьми-девяти месяцев погружения я не обнаружил никаких побочных эффектов.

Я получил два вида гуттаперчевого провода, известных в торговле: в одном изоляция плотно прилегает к металлу, в другом - нет. Если не используется специальный метод удаления всего воздуха, гораздо безопаснее использовать первый тип. Я наматываю змеевик в масляный бак так, чтобы все промежутки были заполнены маслом. Между слоями я использую ткань, тщательно вываренную в масле, рассчитывая толщину в соответствии с разницей потенциалов между витками. Кажется, нет большой разницы, какое масло используется; я использую парафиновое или льняное.

Чтобы более точно исключить проникновение воздуха, отличный способ действий, который легко выполним с небольшими змеевиками, заключается в следующем: соорудите ящик из твердых пород дерева из очень толстых досок, которые долгое время проваривались в масле. Доски должны быть соединены таким образом, чтобы надежно выдерживать внешнее давление воздуха. Катушка помещается и закрепляется на нужном месте внутри коробки, последняя закрывается прочной крышкой и покрывается плотно прилегающими металлическими листами, стыки которых очень тщательно спаяны. Сверху просверливаются два небольших отверстия, проходящих через металлический лист и дерево, и в эти отверстия вставляются две маленькие стеклянные трубки, а стыки делаются герметичными. Одна из трубок соединена с вакуумным насосом, а другая - с сосудом, содержащим достаточное количество выкипевшего масла. Последняя трубка имеет очень маленькое отверстие в нижней части и снабжена запорным краном. Когда достигается достаточно хорошее разрежение, запорный кран открывается и масло медленно подается внутрь. Действуя таким образом, невозможно, чтобы между поворотами оставались какие-либо большие пузыри, которые представляют главную опасность. Наиболее полное удаление воздуха, вероятно, лучше, чем путем вываривания, что, однако, практически невозможно при использовании проволоки с гуттаперчевым покрытием.

Для праймеров я использую обычную линейную проволоку с толстым хлопчатобумажным покрытием. Лучше всего, конечно, было бы использовать для первичных подключений правильно переплетенные нити очень тонких изолированных проводов, но их нет.

В экспериментальной катушке размер проводов не имеет большого значения. В используемой здесь катушке первичная обмотка имеет номер 12, а вторичная обмотка - провод калибра Брауна и Шарпа № 24; но сечения могут значительно варьироваться. Это потребовало бы лишь различных корректировок; на результаты, к которым мы стремимся, это существенно не повлияло бы.

Я довольно подробно остановился на различных формах выделений из кисти, потому что, изучая их, мы не только наблюдаем явления, которые радуют наш глаз, но и дают нам пищу для размышлений и приводят нас к выводам, имеющим практическое значение. При использовании переменного тока очень высокого напряжения нельзя принимать чрезмерных мер предосторожности для предотвращения разряда щетки. В магистрали, передающей такие токи, в индукционной катушке или трансформаторе, или в конденсаторе щеточный разряд является источником большой опасности для изоляции. В конденсаторе, в частности, газообразное вещество должно быть удалено самым тщательным образом, поскольку в нем заряженные поверхности расположены близко друг к другу, и если потенциалы высоки, это так же верно, как то, что груз упадет, если его отпустить, поэтому изоляция разрушится, если будет присутствовать один газовый пузырь определенного размера, тогда как, если тщательно исключить все газообразные вещества, конденсатор будет безопасно выдерживать гораздо большую разницу потенциалов. Магистраль, по которой передаются переменные токи очень высокого напряжения, может быть повреждена просто из-за выбоины или небольшой трещины в изоляции, тем более что в выбоине может содержаться газ при низком давлении; и поскольку кажется почти невозможным полностью устранить такие небольшие дефекты, я склонен полагать, что в нашем будущем распределении электрической энергии токами очень высокого напряжения будет использоваться жидкая изоляция. Стоимость является большим недостатком, но если мы используем масло в качестве изолятора, распределение электрической энергии напряжением около 100 000 вольт и даже больше становится, по крайней мере, при более высоких частотах, настолько простым, что это вряд ли можно назвать инженерным достижением. Благодаря масляной изоляции и двигателям переменного тока передача мощности может осуществляться безопасно и в промышленных условиях на расстояниях до тысячи миль.

Особым свойством масел и жидкой изоляции в целом при воздействии быстро меняющихся электрических напряжений является рассеивание любых газовых пузырьков, которые могут присутствовать, и распространение их по всей массе, как правило, задолго до того, как может произойти какой-либо вредный разрыв. Эту особенность можно легко наблюдать у обычной индукционной катушки, вынув первичную обмотку, закупорив конец трубки, на которую намотана вторичная обмотка, и заполнив ее каким-нибудь достаточно прозрачным изолятором, таким как парафиновое масло. В масло может быть вставлена первичная обмотка диаметром примерно на шесть миллиметров меньше внутренней части трубки. Когда катушка приведена в рабочее состояние, можно увидеть, глядя сверху сквозь масло, множество светящихся точек — пузырьков воздуха, которые улавливаются при вставке первичной обмотки и становятся светящимися в результате сильной бомбардировки. Закупоренный воздух, соприкасаясь с маслом, нагревает его; масло начинает циркулировать, унося с собой часть воздуха, пока пузырьки не рассеются и светящиеся точки не исчезнут. Таким образом, если только крупные пузырьки не закупорены таким образом, что циркуляция становится невозможной, предотвращается разрушительный разрыв, и единственным эффектом является умеренный прогрев масла. Если бы вместо жидкости использовалась твердая изоляция, какой бы толстой она ни была, пробой и повреждение устройства были бы неизбежны.

Исключение газообразного вещества из любого устройства, в котором диэлектрик подвергается воздействию более или менее быстро меняющихся электрических сил, является, однако, желательным не только для того, чтобы избежать возможного повреждения устройства, но и по соображениям экономии. Например, в конденсаторе, пока используется только твердый или только жидкий диэлектрик, потери невелики; но если присутствует газ под обычным или небольшим давлением, потери могут быть очень большими. Какой бы ни была природа силы, действующей в диэлектрике, кажется, что в твердом теле или жидкости молекулярное смещение, производимое силой, невелико: следовательно, произведение силы и смещения незначительно, если только сила не очень велика; но в газе смещение, а следовательно, и это произведение, значительно; молекулы могут свободно перемещаться, они достигают высоких скоростей, и энергия их удара теряется в виде тепла или иным образом. Если газ сильно сжат, смещение под действием силы уменьшается и потери уменьшаются.

В большинстве последующих экспериментов я предпочитаю, главным образом из-за регулярного и положительного действия, использовать упомянутый выше генератор переменного тока. Это одна из нескольких машин, сконструированных мной для целей этих исследований. Она имеет 384 полюсных выступа и способна выдавать ток частотой около 10 000 в секунду. Эта машина была проиллюстрирована и кратко описана в моем первом докладе Американскому институту инженеров-электриков 20 мая 1891 года, на который я уже ссылался. Более подробное описание, достаточное для того, чтобы любой инженер смог построить подобную машину, можно найти в нескольких электротехнических журналах того периода.

Индукционные катушки, приводимые в действие от машины, довольно маленькие, содержат от 5000 до 15000 витков во вторичной обмотке. Их погружают в прокипяченное льняное масло, хранящееся в деревянных ящиках, покрытых цинковым листом.

Я счел выгодным изменить обычное расположение проводов и намотать в эти катушки первичные обмотки сверху; таким образом, стало возможным использовать первичную обмотку гораздо большего размера, что, конечно, снижает опасность перегрева и увеличивает мощность катушки. Я делаю первичную обмотку с каждой стороны по крайней мере на сантиметр короче вторичной, чтобы предотвратить пробой на концах, который наверняка произошел бы, если бы изоляция на верхней части вторичной обмотки не была очень толстой, а это, конечно, было бы невыгодно.

Когда первичная обмотка становится подвижной, что необходимо в некоторых экспериментах и часто удобно для регулировки, я покрываю вторичную обмотку воском и обтачиваю ее на токарном станке до диаметра, немного меньшего, чем внутренняя часть первичной обмотки. Последний я снабдил ручкой, выступающей из масла, которая служит для перемещения его в любое положение по вторичной обмотке.

Теперь я рискну сделать в отношении общих манипуляций с индукционными катушками несколько замечаний, касающихся моментов, которые не были полностью оценены в более ранних экспериментах с такими катушками и даже сейчас часто упускаются из виду.

Вторичная обмотка катушки обычно обладает такой высокой самоиндукцией, что ток по проводу незначителен и может быть таким даже тогда, когда клеммы соединены проводником с небольшим сопротивлением. Если к клеммам добавляется емкость, самоиндукция нейтрализуется, и через вторичную обмотку начинает протекать более сильный ток, хотя ее клеммы изолированы друг от друга. Для человека, совершенно не знакомого со свойствами переменных токов, ничто не покажется более загадочным. Эта особенность была проиллюстрирована в эксперименте, проведенном в начале с верхними пластинами из проволочной сетки, прикрепленными к клеммам, и резиновой пластиной. Когда пластины из проволочной сетки располагались близко друг к другу и между ними проходила небольшая дуга, дуга предотвращала прохождение сильного тока через вторичную обмотку, потому что это уменьшало емкость на выводах; когда между ними вставлялась резиновая пластина, емкость образовавшегося конденсатора противодействовала самоиндукции вторичной обмотки, теперь проходил более сильный ток, катушка выполняла больше работы, и разряд был намного мощнее.

Таким образом, первое, что необходимо сделать при эксплуатации индукционной катушки, - это объединить емкость со вторичной обмоткой, чтобы преодолеть самоиндукцию. Если частоты и потенциалы очень высоки, газообразное вещество следует тщательно держать подальше от заряженных поверхностей. Если используются лейденские банки, их следует опустить в масло, так как в противном случае при сильном процеживании банок может произойти значительное растекание. При использовании высоких частот не менее важно совместить конденсатор с первичной обмоткой. Можно использовать конденсатор, подключенный к концам первичной обмотки или к клеммам генератора переменного тока, но последнее не рекомендуется, так как машина может быть повреждена. Несомненно, лучшим способом является использование конденсатора последовательно с первичной обмоткой и с генератором переменного тока и регулирование его мощности таким образом, чтобы исключить самоиндукцию обоих последних. Конденсатор должен регулироваться очень маленькими шагами, и для более точной регулировки удобно использовать небольшой масляный конденсатор с подвижными пластинами.

Я думаю, что на данном этапе лучше всего представить вам явление, наблюденное мной некоторое время назад, которое для чисто научного исследователя, возможно, покажется более интересным, чем любой из результатов, которые я имею честь представить вам сегодня вечером.

Это может быть вполне справедливо отнесено к явлениям щетки — фактически, это щетка, сформированная на одном конце или вблизи него в высоком вакууме.

В лампах, снабженных токопроводящим выводом, даже если он изготовлен из алюминия, щеточка имеет лишь эфемерное существование и, к сожалению, не может бесконечно сохраняться в своем наиболее чувствительном состоянии, даже в лампе, лишенной какого-либо токопроводящего электрода. При изучении явления непременно следует использовать лампочку без подводящего провода. Я пришел к выводу, что лучше всего использовать лампы, сконструированные так, как показано на рис. 141 и 142.


РИС. 141.


РИС. 142.

На рис. 141 колба содержит шар лампы накаливания L, в горлышко которого вставлена барометрическая трубка b, конец которой выдувается для образования небольшой сферы s. Эта сфера должна быть запечатана как можно плотнее в центре большого глобуса. Перед герметизацией в трубку барометра можно вставить тонкую трубку т из листового алюминия, но использовать ее не обязательно.

Маленькая полая сфера s заполнена небольшим количеством проводящего порошка, а в горловине закреплен провод w для соединения проводящего порошка с генератором.

Конструкция, показанная на рис. 142, была выбрана для того, чтобы удалить со щетки любые проводящие тела, которые могли бы на нее воздействовать. Колба состоит в данном случае из шара лампы L, который имеет горлышко n, снабженное трубкой b и небольшой сферой s, герметично прикрепленной к нему, так что образуются два полностью независимых отсека, как показано на чертеже. Когда колба используется, горловина n покрыта фольгой, которая подключается к генератору и индуктивно воздействует на умеренно разреженный и высокопроводящий газ, заключенный в горловине. Оттуда ток проходит через трубку b в маленькую сферу s, чтобы воздействовать индукционным путем на газ, содержащийся в шаре L.

Полезно сделать трубку t очень толстой, отверстие в ней - очень маленьким, а шар s - очень тонким. Чрезвычайно важно, чтобы сфера ы была помещена в центр земного шара L.

На рис. 143, 144 и 145 показаны различные формы, или стадии, кисти. На рис. 143 показана кисточка в том виде, в каком она впервые появляется в колбе, снабженной проводящим электродом; но, поскольку в такой колбе она очень скоро исчезает — часто через несколько минут, — я ограничусь описанием явления, наблюдаемого в колбе без проводящего электрода. Это наблюдается при следующих условиях:


РИС. 143.


РИС. 144.


РИС. 145.

Когда шар L (рис. 141 и 142) разряжен до очень высокой степени, обычно лампочка не возбуждается при подключении провода w (рис. 141) или покрытия лампы фольгой (рис. 142) к выводу индукционной катушки. Чтобы возбудить его, обычно достаточно взяться за глобус L рукой. Затем по глобусу сначала распространяется интенсивное свечение, но вскоре сменяется белым, туманным светом. Вскоре после этого можно заметить, что яркость неравномерно распределена по глобусу, и после пропускания тока в течение некоторого времени лампочка выглядит так, как показано на рис. 144. С этой стадии явление постепенно перейдет к тому, что показано на рис. 145, через несколько минут, часов, дней или недель, в зависимости от того, как работает лампочка. Нагрев лампочки или увеличение потенциала ускоряют транспортировку.

Когда щетка принимает форму, указанную на рис. 145, она может быть доведена до состояния чрезвычайной чувствительности к электростатическому и магнитному воздействию. Лампочка висит прямо на проводе, и все предметы удалены от нее, поэтому приближение наблюдателя на несколько шагов к лампочке приведет к тому, что щетка отлетит в противоположную сторону, а если он обойдет лампочку, она всегда будет оставаться на противоположной стороне. Он может начать вращаться вокруг терминала задолго до того, как достигнет этой чувствительной стадии. Когда он начинает вращаться, главным образом, но также и раньше, на него воздействует магнит, и на определенном этапе он становится восприимчивым к магнитному воздействию в поразительной степени. Небольшой постоянный магнит, полюса которого расположены на расстоянии не более двух сантиметров, будет заметно воздействовать на щетку на расстоянии двух метров, замедляя или ускоряя вращение в зависимости от того, как он удерживается относительно щетки. Мне кажется, я заметил, что на стадии, когда он наиболее чувствителен к магнитному воздействию, он не наиболее чувствителен к электростатическому. Мое объяснение заключается в том, что электростатическое притяжение между щеткой и стеклом колбы, которое замедляет вращение, растет намного быстрее, чем магнитное воздействие, когда интенсивность потока увеличивается.

Когда лампочка висит глобусом L вниз, вращение всегда происходит по часовой стрелке. В южном полушарии это происходило бы в противоположном направлении, а на экваторе щетка вообще не должна вращаться. Вращение может быть обратным с помощью магнита, находящегося на некотором расстоянии. По-видимому, кисть вращается лучше всего, когда она находится под прямым углом к силовым линиям земли. Весьма вероятно, что при максимальной скорости он вращается синхронно с чередованием, скажем, 10 000 раз в секунду. Вращение может быть замедлено или ускорено приближением или удалением наблюдателя или любого проводящего тела, но его нельзя повернуть вспять, установив лампочку в любое положение. Когда он находится в состоянии максимальной чувствительности и потенциал или частота изменяются, чувствительность быстро снижается. Любое из этих изменений, но незначительное, обычно останавливает вращение. На чувствительность также влияют колебания температуры. Для достижения высокой чувствительности необходимо располагать маленькую сферу s в центре глобуса L, так как в противном случае электростатическое воздействие стекла глобуса приведет к остановке вращения. Сфера s должна быть небольшой и одинаковой толщины; любая диссимметрия, конечно, приводит к снижению чувствительности.

Тот факт, что щетка вращается в определенном направлении в постоянном магнитном поле, по-видимому, показывает, что в переменных токах очень высокой частоты положительные и отрицательные импульсы не равны, но что один всегда преобладает над другим.

Конечно, это вращение в одном направлении может быть вызвано действием двух элементов с одинаковым током друг на друга или действием поля, создаваемого одним из элементов, на другой, как в последовательном двигателе, при этом необязательно, чтобы один импульс был сильнее другого. Тот факт, что кисть поворачивается, насколько я мог наблюдать, в любом положении, говорит в пользу этого вида. В таком случае она поворачивалась бы в любой точке земной поверхности. Но, с другой стороны, тогда трудно объяснить, почему постоянный магнит должен вращаться в обратном направлении, и нужно предположить преобладание импульсов одного вида.

Что касается причин образования щетки или струи, я думаю, что это связано с электростатическим действием шара и несимметрией деталей. Если бы маленькая колба s и глобус L были идеальными концентрическими сферами, а стекло повсюду было бы одинаковой толщины и качества, я думаю, кисть не сформировалась бы, поскольку тенденция прохождения была бы одинаковой со всех сторон. То, что образование потока происходит из-за неравномерности, очевидно из того факта, что он имеет тенденцию оставаться в одном положении, и вращение, как правило, происходит только тогда, когда он выводится из этого положения электростатическим или магнитным воздействием. Когда в чрезвычайно чувствительном состоянии он остается в одном положении, с ним можно проводить самые любопытные эксперименты. Например, экспериментатор может, выбрав правильное положение, приблизить руку на определенное значительное расстояние к лампочке, и он может заставить кисть опуститься, просто напрягая мышцы руки. Когда он начинает медленно вращаться, а руки удерживаются на должном расстоянии, невозможно совершить даже малейшее движение, не произведя видимого эффекта на кисть. Металлическая пластина, подключенная к другому выводу катушки, воздействует на нее на большом расстоянии, часто замедляя вращение до одного оборота в секунду.

Я твердо убежден, что такая щетка, когда мы научимся правильно ее изготавливать, окажет ценную помощь в исследовании природы сил, действующих в электростатическом или магнитном поле. Если в пространстве происходит какое-либо измеримое движение, такая кисть должна его выявить. Это, так сказать, луч света, лишенный трения, инерции.

Я думаю, что это может найти практическое применение в телеграфии. С такой щеткой можно было бы отправлять депеши, например, через Атлантику с любой скоростью, поскольку ее чувствительность может быть настолько велика, что на нее повлияют малейшие изменения. Если бы можно было сделать поток более интенсивным и очень узким, его изгибы можно было бы легко сфотографировать.

Мне было интересно выяснить, происходит ли вращение самого потока или просто вокруг колбы распространяется напряжение. Для этой цели я установил легкий слюдяной вентилятор так, чтобы его лопасти находились на пути щетки. Если бы поток вращался сам по себе, вентилятор вращался бы по кругу. Я не смог добиться отчетливого вращения вентилятора, хотя неоднократно пробовал провести эксперимент; но поскольку вентилятор оказывал заметное влияние на поток, а кажущееся вращение последнего в данном случае никогда не было вполне удовлетворительным, эксперимент не казался окончательным.

Мне не удалось воспроизвести это явление с помощью катушки прерывистого разряда, хотя любое другое из этих явлений может быть хорошо воспроизведено с ее помощью — многие, на самом деле, намного лучше, чем с катушками, работающими от генератора переменного тока.

Возможно, удастся создать щетку импульсами одного направления или даже постоянным потенциалом, и в этом случае она будет еще более чувствительна к магнитному воздействию.

Работая с индукционной катушкой с быстро меняющимися токами, мы впервые с удивлением осознаем огромную важность соотношения мощности, самоиндукции и частоты с точки зрения общих результатов. Влияние емкости является наиболее поразительным, поскольку в этих экспериментах, поскольку и самоиндукция, и частота высоки, критическая емкость очень мала, и ее нужно лишь слегка изменять, чтобы произвести очень значительное изменение. Экспериментатор может привести свое тело в контакт с выводами вторичной обмотки катушки или присоединить к одному или обоим выводам изолированные элементы очень небольшого объема, такие как лампочки, и он может вызвать значительное повышение или понижение потенциала и сильно повлиять на протекание тока через первичную обмотку. В показанном ранее эксперименте, в котором на проводе, подключенном к одной клемме, появляется щетка, и провод вибрирует, когда экспериментатор приводит свое изолированное тело в соприкосновение с другой клеммой катушки, внезапное повышение потенциала стало очевидным.

Я могу показать вам поведение катушки другим способом, который обладает особенностью, представляющей некоторый интерес. У меня здесь есть маленький легкий веер из листового алюминия, прикрепленный к игле и расположенный с возможностью свободного вращения в металлической детали, привинченной к одной из клемм катушки. Когда спираль включена, молекулы воздуха ритмично притягиваются и отталкиваются. Поскольку сила, с которой они отталкиваются, больше, чем сила, с которой они притягиваются, это приводит к тому, что поверхности вентилятора испытывают отталкивание. Если бы вентилятор был сделан просто из металлического листа, отталкивание было бы одинаковым с противоположных сторон и не производило бы никакого эффекта. Но если одна из противоположных поверхностей экранирована или, вообще говоря, бомбардировка с этой стороны тем или иным образом ослаблена, отталкивание, оказываемое на другую, сохраняется, и вентилятор приводится во вращение. Экранирование лучше всего осуществлять путем крепления на одной из противоположных сторон вентилятора изолирующих проводящих покрытий или, если вентилятор выполнен в форме обычного гребного винта, путем крепления с одной стороны, близко к ней, изолирующей металлической пластины. Однако статический экран может быть опущен и просто прикреплен к одной из сторон вентилятора слоем изоляционного материала.

Чтобы показать поведение катушки, вентилятор можно поместить на клемму, и он будет легко вращаться, когда катушка приводится в действие токами очень высокой частоты. Конечно, при постоянном потенциале и даже при переменных токах очень низкой частоты он не вращался бы из-за очень медленного обмена воздухом и, следовательно, меньшей бомбардировки; но в последнем случае он мог бы вращаться, если бы потенциал был чрезмерным. В случае со штифтовым колесом действует прямо противоположное правило; оно лучше всего вращается с постоянным потенциалом, и усилие тем меньше, чем выше частота. Теперь очень легко настроить условия так, чтобы потенциала обычно было недостаточно для включения вентилятора, но чтобы при подключении другого вывода катушки к изолированному корпусу он повышался до гораздо большего значения, чтобы вращать вентилятор, и аналогично можно остановить вращение, подключив к выводу корпус другого размера, тем самым уменьшая потенциал.

Вместо использования вентилятора в этом эксперименте мы можем использовать “электрический” радиометр с аналогичным эффектом. Но в этом случае будет обнаружено, что лопасти будут вращаться только при высоком давлении или при обычном давлении; они не будут вращаться при умеренном давлении, когда воздух обладает высокой проводимостью. Это любопытное наблюдение было сделано совместно профессором Круксом и мной. Я объясняю этот результат высокой проводимостью воздуха, молекулы которого в таком случае действуют не как независимые носители электрических зарядов, а все вместе как единое проводящее тело. В таком случае, конечно, если и есть какое-либо отталкивание всех молекул от лопастей, то оно должно быть очень небольшим. Возможно, однако, что результат частично обусловлен тем фактом, что большая часть разряда проходит от подводящего провода через высокопроводящий газ, вместо того, чтобы выходить из проводящих лопаток.

При проведении предыдущего эксперимента с электрическим радиометром потенциал не должен превышать определенного предела, так как тогда электростатическое притяжение между лопастями и стеклом колбы может быть настолько велико, что вращение остановится.

Наиболее любопытной особенностью переменных токов высоких частот и потенциалов является то, что они позволяют нам проводить множество экспериментов с использованием только одного провода. Во многих отношениях эта особенность представляет большой интерес.

В двигателе переменного тока, изобретенном мной несколько лет назад, я добивался вращения, вызывая с помощью одиночного переменного тока, пропущенного через цепь двигателя, в массовых или других цепях двигателя вторичные токи, которые совместно с первичным или индуцирующим током создавали движущееся силовое поле. Простая, но грубая форма такого двигателя получается путем намотки на железный сердечник первичной обмотки и рядом с ней вторичной катушки, соединения концов последней и помещения свободно перемещаемого металлического диска под воздействие поля, создаваемого обеими катушками. Железный сердечник используется по очевидным причинам, но он не является существенным для работы. Чтобы улучшить двигатель, железный сердечник выполнен таким образом, чтобы охватывать якорь. Опять же, для улучшения, вторичная катушка сделана так, чтобы частично перекрывать первичную, так что она не может освободиться от сильного индуктивного действия последней, как бы ни отталкивались ее линии. Еще раз для улучшения, надлежащая разность фаз между первичным и вторичным токами достигается с помощью конденсатора, самоиндукции, сопротивления или эквивалентных обмоток.

Однако я обнаружил, что вращение производится с помощью одной катушки и сердечника; мое объяснение этого явления и основная мысль при проведении эксперимента заключались в том, что должна быть истинная задержка во времени намагничивания сердечника. Я помню, какое удовольствие я испытал, когда в трудах профессора Айртона, которые позже попали ко мне в руки, я обнаружил пропаганду идеи временной задержки. Существует ли настоящая задержка по времени или же задержка вызвана вихревыми токами, циркулирующими по мельчайшим траекториям, должно оставаться открытым вопросом, но факт остается фактом: катушка, намотанная на железный сердечник и пропускаемая переменным током, создает движущееся силовое поле, способное приводить якорь во вращение. В связи с историческим экспериментом Араго представляет некоторый интерес упомянуть, что в двигателях с запаздыванием или фазных двигателях я добился вращения в направлении, противоположном движущемуся полю, что означает, что в этом эксперименте магнит может не вращаться или даже может вращаться в направлении, противоположном движущемуся диску. Итак, здесь представлен двигатель (схематически проиллюстрированный на рис. 146), содержащий катушку и железный сердечник, а также свободно перемещаемый медный диск вблизи последнего.


РИС. 146.

Чтобы продемонстрировать новую и интересную функцию, я по причине, которую я объясню, выбрал этот тип двигателя. Когда концы катушки подключены к клеммам генератора переменного тока, диск приводится во вращение. Но я хочу провести не этот эксперимент, который теперь хорошо известен. Что я хочу вам показать, так это то, что этот двигатель вращается с одним-единственным соединением между ним и генератором; то есть одна клемма двигателя подключена к одной клемме генератора — в данном случае к вторичной обмотке катушки индуктивности высокого напряжения — при этом другие клеммы двигателя и генератора изолированы в пространстве. Для обеспечения вращения обычно (но не абсолютно) необходимо подсоединять свободный конец катушки двигателя к изолированному корпусу определенного размера. Тела экспериментатора более чем достаточно. Если он прикоснется к свободной клемме предметом, который держит в руке, по катушке пройдет ток, и медный диск придет во вращение. Если разряженную трубку соединить последовательно с катушкой, трубка ярко загорится, показывая прохождение сильного тока. Вместо тела экспериментатора с тем же результатом можно использовать небольшой металлический лист, подвешенный на шнуре. В этом случае пластина действует как конденсатор, соединенный последовательно со змеевиком. Это противодействует самоиндукции последнего и пропускает сильный ток. В такой комбинации, чем больше самоиндукция катушки, тем меньше должна быть пластина, а это означает, что для работы двигателя требуется более низкая частота или, в конечном итоге, более низкий потенциал. Одиночная катушка, намотанная на сердечник, обладает высокой самоиндукцией; по этой причине, в основном, для проведения эксперимента был выбран именно этот тип двигателя. Если бы вторичная замкнутая катушка была намотана на сердечник, это привело бы к уменьшению самоиндукции, и тогда было бы необходимо использовать гораздо более высокую частоту и потенциал. Ни то, ни другое не было бы целесообразным, поскольку более высокий потенциал поставил бы под угрозу изоляцию небольшой первичной катушки, а более высокая частота привела бы к существенному уменьшению крутящего момента.

Следует отметить, что при использовании такого двигателя с замкнутой вторичной обмоткой совсем не просто добиться вращения с чрезмерными частотами, поскольку вторичная обмотка почти полностью перекрывает линии первичной обмотки — и это, конечно, тем больше, чем выше частота, — и допускает прохождение лишь незначительного тока. В таком случае, если вторичная обмотка не замкнута через конденсатор, для обеспечения вращения практически необходимо, чтобы первичная и вторичная обмотки более или менее перекрывали друг друга.

Но у этого двигателя есть дополнительная интересная особенность, а именно, нет необходимости иметь даже единственное соединение между двигателем и генератором, за исключением, возможно, заземления; поскольку изолированная пластина способна не только отдавать энергию в пространство, но и получать ее из переменного электростатического поля, хотя в последнем случае доступная энергия намного меньше. В этом случае одна из клемм двигателя подключена к изолированной пластине или корпусу, расположенному в переменном электростатическом поле, а другая клемма предпочтительно заземлена.

Однако вполне возможно, что такие двигатели “без проводов”, как их можно было бы назвать, могли бы приводиться в действие за счет проводимости через разреженный воздух на значительных расстояниях. Переменные токи, особенно высокой частоты, с поразительной свободой проходят даже через слегка разреженные газы. Верхние слои воздуха разрежены. Чтобы выйти в открытый космос на несколько миль, требуется преодоление трудностей чисто механического характера. Нет сомнений в том, что благодаря огромным потенциалам, получаемым при использовании высоких частот и масляной изоляции, световые разряды могли бы проходить через многие мили разреженного воздуха, и что, направляя таким образом энергию многих сотен или тысяч лошадиных сил, двигатели или лампы могли бы работать на значительных расстояниях от стационарных источников. Но такие схемы упоминаются просто как возможности. У нас не будет необходимости передавать энергию таким образом. У нас вообще не будет необходимости передавать энергию. Прежде чем сменится много поколений, наша техника будет приводиться в движение энергией, доступной в любой точке Вселенной. Эта идея не нова. Людей давным-давно привел к ней инстинкт или разум. Это было выражено многими способами и во многих местах, в истории старой и новой. Мы находим это в восхитительном мифе об Антее, который черпает силу из земли; мы находим это среди тонких рассуждений одного из ваших замечательных математиков и во многих намеках и утверждениях мыслителей настоящего времени. Во всем пространстве присутствует энергия. Эта энергия статична или кинетична? Если статический, то наши надежды напрасны; если кинетический — а мы точно знаем, что это так, — тогда это всего лишь вопрос времени, когда людям удастся присоединить свои механизмы к самому механизму природы. Из всех, живых или мертвых, Крукс ближе всех подошел к этому. Его радиометр будет вращаться при свете дня и в темноте ночи; он будет вращаться везде, где есть тепло, а тепло повсюду. Но, к сожалению, эта прекрасная маленькая машина, хотя и останется для потомков самой интересной, также должна быть занесена в протокол как самая неэффективная машина, когда-либо изобретенная!

Предыдущий эксперимент - лишь один из многих не менее интересных экспериментов, которые могут быть выполнены с использованием только одного провода с чередованием высокого потенциала и частоты. Мы можем подключить изолированную линию к источнику таких токов, мы можем пропустить по линии незначительный ток, и в любой точке того же самого мы можем получить сильный ток, способный оплавить толстый медный провод. Или же мы можем с помощью какой-нибудь хитрости разложить раствор в любом электролизере, подключив только один полюс элемента к линии или источнику энергии. Или же мы можем, подсоединив к линии или только поднеся к ней поближе, зажечь лампу накаливания, отработанную трубку или фосфоресцирующую лампу.

Каким бы невыполнимым ни казался этот план работы во многих случаях, он, безусловно, представляется осуществимым и даже рекомендуемым при производстве света. Усовершенствованная лампа потребовала бы совсем немного энергии, и если бы вообще использовались провода, мы могли бы подавать эту энергию без обратного провода.

В настоящее время фактом является то, что тело можно сделать раскаленным или фосфоресцирующим, приведя его либо в единичный контакт, либо просто в непосредственной близости от источника электрических импульсов надлежащего характера, и что таким образом может быть получено количество света, достаточное для обеспечения практического источника освещения. Поэтому, мягко говоря, стоит попытаться определить наилучшие условия и изобрести наилучшие приспособления для достижения этой цели.

В этом направлении уже накоплен некоторый опыт, и я кратко остановлюсь на нем в надежде, что он может оказаться полезным.

Нагрев проводящего тела, заключенного в лампочку и подключенного к источнику быстро меняющихся электрических импульсов, зависит от стольких факторов различной природы, что было бы трудно дать общепринятое правило, при котором происходит максимальный нагрев. Что касается размера сосуда, то недавно я обнаружил, что при обычном или лишь слегка отличающемся атмосферном давлении, когда воздух является хорошим изолятором и, следовательно, от тела выделяется практически одинаковое количество энергии с определенным потенциалом и частотой, независимо от того, маленькая колба или большая, тело нагревается до более высокой температуры, если оно заключено в маленькую колбу, из-за лучшего удержания тепла в этом случае.

При более низких давлениях, когда воздух становится более или менее проводящим, или если воздух достаточно нагрет, чтобы стать проводящим, корпус накаляется более интенсивно в большой лампе, очевидно, потому, что при прочих равных условиях испытания от корпуса может выделяться больше энергии, когда лампа большая.

При очень высоких степенях истощения, когда вещество в колбе становится “лучистым”, большая колба все еще имеет преимущество, но сравнительно незначительное, перед маленькой.

Наконец, при чрезмерно высоких степенях разряжения, которых нельзя достичь иначе, как с помощью специальных средств, по-видимому, за пределами определенного и довольно небольшого размера сосуда нет заметной разницы в нагревании.

Эти наблюдения были результатом ряда экспериментов, один из которых, показывающий влияние размера луковицы на высокую степень истощения, может быть описан и показан здесь, поскольку он представляет интерес. Были взяты три сферические лампочки диаметром 2 дюйма, 3 дюйма и 4 дюйма, и в центре каждой была установлена нить накаливания равной длины обычной лампы накаливания одинаковой толщины. В каждой лампочке кусочек нити накала был прикреплен к платиновому проводу, заключенному в стеклянную ножку, запаянную в колбу; разумеется, были приняты меры к тому, чтобы все было как можно более похоже друг на друга. На каждую стеклянную ножку внутри колбы была надета тщательно отполированная трубка из листового алюминия, которая крепилась к ножке и удерживалась на ней пружиной. Назначение этой алюминиевой трубки будет объяснено позже. В каждой лампочке над металлической трубкой выступала нить накаливания одинаковой длины. Теперь достаточно сказать, что при этих условиях равные длины нити накала одинаковой толщины — другими словами, тела одинакового объема — были доведены до накала. Три колбы были запечатаны в стеклянную трубку, которая была подсоединена к насосу Шпренгеля. Когда был достигнут высокий вакуум, стеклянную трубку, в которой находились колбы, закрыли. Затем последовательно включили ток на каждой лампочке, и было обнаружено, что нити накала приобрели примерно одинаковую яркость, и, во всяком случае, самая маленькая лампочка, которая была расположена посередине между двумя более крупными, возможно, была немного ярче. Этот результат был ожидаемым, поскольку, когда любая из ламп была подключена к катушке, свечение распространялось через две другие, следовательно, три лампы действительно составляли один сосуд. Когда все три лампочки были подключены к катушке несколькими дугами, в самой большой из них нить накала светилась ярче всего, в следующей поменьше она была немного менее яркой, а в самой маленькой она только покраснела. Затем луковицы были запечатаны и опробованы отдельно. Яркость нитей накала теперь была такой, какой можно было бы ожидать, исходя из предположения, что выделяемая энергия пропорциональна поверхности колбы, причем эта поверхность в каждом случае представляет собой одно из покрытий конденсатора. Соответственно, разница между самой большой и средней луковицей была меньше, чем между последней и самой маленькой.

В ходе этого эксперимента было сделано интересное наблюдение. Три лампочки были подвешены к прямому оголенному проводу, подсоединенному к клемме катушки, причем самая большая лампочка располагалась на конце провода, на некотором расстоянии от нее - самая маленькая и на равном расстоянии от последней - среднего размера. Затем углерод загорелся в обеих больших лампочках примерно так, как ожидалось, но самая маленькая далеко не получила своей доли. Это наблюдение побудило меня поменять расположение лампочек, и затем я заметил, что та из них, которая находилась посередине, была намного менее яркой, чем в любом другом месте. Разумеется, было установлено, что этот загадочный результат был вызван электростатическим воздействием между лампочками. Когда они располагались на значительном расстоянии или когда их прикрепляли к углам равностороннего треугольника из медной проволоки, они светились примерно в порядке, определяемом их поверхностями.

Что касается формы сосуда, то она также имеет определенное значение, особенно при высоких степенях истощения. Из всех возможных конструкций, по-видимому, лучше всего использовать сферический шар с огнеупорным корпусом, установленным в его центре. Опытным путем было продемонстрировано, что в таком шаре огнеупорное тело заданного объема легче довести до накала, чем при использовании колб другой формы. Существует также преимущество в придании корпусу лампы накаливания формы сферы по самоочевидным причинам. В любом случае корпус должен быть установлен в центре, где сталкиваются атомы, отскакивающие от стекла. Эта цель лучше всего достигается в сферической колбе; но она также достигается в цилиндрическом сосуде с одной или двумя прямыми нитями, совпадающими с его осью, и, возможно, также в параболических или сферических колбах с огнеупорным телом или телами, помещенными в фокус или фокусы одного и того же; хотя последнее маловероятно, поскольку наэлектризованные атомы во всех случаях должны нормально отскакивать от поверхности, о которую они ударяются, если только скорость не была чрезмерной, и в этом случае они, вероятно, следовали бы общему закону отражения. Независимо от формы сосуда, при низком разряде нить накала, установленная в шаре, накаляется до одинаковой степени во всех частях; но если разряжение высокое, а колба имеет сферическую или грушевидную форму, как обычно, образуются фокальные точки, и нить накала нагревается до более высокой степени в таких точках или вблизи них.

Чтобы проиллюстрировать эффект, у меня здесь есть две маленькие лампочки, похожие друг на друга, только одна разряжена до минимума, а другая - до очень высокой степени. При подключении к катушке накаливания в первом случае нить накаливания светится равномерно по всей своей длине; тогда как во втором та часть нити накаливания, которая находится в центре лампы накаливания, светится гораздо интенсивнее, чем остальные. Любопытным моментом является то, что это явление возникает, даже если в колбу вмонтированы две нити накала, каждая из которых подключена к одному выводу катушки, и, что еще более любопытно, если они расположены очень близко друг к другу, при условии очень высокого вакуума. В ходе экспериментов с такими лампочками я заметил, что нити накала обычно обрываются в определенной точке, и в первых испытаниях я объяснил это дефектом углерода. Но когда это явление повторилось много раз подряд, я осознал его истинную причину.

Для того чтобы довести огнеупорное тело, заключенное в лампу накаливания, желательно, по соображениям экономии, чтобы вся энергия, подаваемая в лампу из источника, достигала без потерь нагреваемого тела; оттуда, и ниоткуда больше, она должна излучаться. О достижении этого теоретического результата, конечно, не может быть и речи, но при правильной конструкции осветительного устройства его можно более или менее приблизить.

По многим причинам огнеупорный корпус размещается в центре колбы и обычно опирается на стеклянную ножку, содержащую подводящий провод. Когда потенциал этого провода меняется, на разреженный газ, окружающий стержень, воздействуют индуктивно, и стеклянный стержень подвергается сильной бомбардировке и нагреванию. Таким образом, гораздо большая часть энергии, подаваемой на лампочку, особенно при использовании чрезвычайно высоких частот, может быть потеряна для достижения намеченной цели. Чтобы избежать этих потерь или, по крайней мере, свести их к минимуму, я обычно защищаю разреженный газ, окружающий стержень, от индуктивного воздействия подводящего провода, снабжая стержень трубкой или покрытием из проводящего материала. Кажется несомненным, что лучшим из металлов для использования с этой целью является алюминий из-за его многих замечательных свойств. Его единственный недостаток заключается в том, что он легко легкоплавкий, и, следовательно, следует правильно оценить его расстояние от раскаленного тела. Обычно тонкая трубка, диаметр которой несколько меньше диаметра стеклянной ножки, изготавливается из тончайшего алюминиевого листа и надевается на ножку. Трубку удобно изготавливать, обматывая вокруг стержня, закрепленного на токарном станке, кусок алюминиевого листа соответствующего размера, плотно прижимая лист чистой замшей или промокательной бумагой и очень быстро вращая стержень. Лист плотно наматывается на стержень, и получается тщательно отполированная трубка из одного или трех слоев листа. При надевании на стержень давление обычно достаточно, чтобы предотвратить его соскальзывание, но в целях безопасности нижний край листа может быть загнут внутрь. Верхний внутренний угол листа, то есть тот, который находится ближе всего к огнеупорному корпусу лампы накаливания, следует вырезать по диагонали, поскольку часто бывает, что из-за сильного нагрева этот угол загибается внутрь и оказывается очень близко к проволоке или нити накала, поддерживающей огнеупорный корпус, или соприкасается с ней. Большая часть энергии, подаваемой к лампочке, затем расходуется на нагрев металлической трубки, и лампа становится бесполезной для этой цели. Алюминиевый лист должен более или менее выступать над ножкой стакана — на дюйм или около того, — в противном случае, если стекло находится слишком близко к корпусу накаливания, оно может сильно нагреться и стать более или менее проводящим, после чего оно может разорваться или из-за своей проводимости может образоваться хорошее электрическое соединение между металлической трубкой и подводящим проводом, и в этом случае, опять же, большая часть энергии будет потеряна при нагреве первого. Возможно, лучший способ - это сделать верхнюю часть стеклянной трубки, примерно на дюйм, гораздо меньшего диаметра. Чтобы еще больше уменьшить опасность, возникающую при нагревании стеклянной ножки, а также с целью предотвращения электрического соединения между металлической трубкой и электродом, я предпочтительно оборачиваю ножку несколькими слоями тонкой слюды, которая простирается по меньшей мере до металлической трубки. В некоторых лампочках я также использовал наружную изолирующую крышку.

Предыдущие замечания сделаны только для того, чтобы помочь экспериментатору в первых испытаниях, поскольку трудности, с которыми он сталкивается, он может вскоре найти способы преодолеть своим собственным способом.

Чтобы проиллюстрировать эффект экрана и преимущество его использования, я привожу здесь две лампочки одинакового размера, с их стержнями, подводящими проводами и нитями накаливания, привязанными к последнему, настолько похожими, насколько это возможно. Стержень одной колбы снабжен алюминиевой трубкой, стержень другой - нет. Первоначально две колбы соединялись трубкой, которая подсоединялась к насосу Шпренгеля. Когда был достигнут высокий вакуум, сначала была герметизирована соединительная трубка, а затем лампочки; следовательно, они имеют одинаковую степень разряжения. Когда они отдельно подключены к катушке, создающей определенный потенциал, углеродная нить накаливания в лампе, снабженной алюминиевым экраном, становится сильно раскаленной, в то время как нить накаливания в другой лампе может при том же потенциале даже не покраснеть, хотя на самом деле последняя лампа потребляет, как правило, больше энергии, чем первая. Когда они оба подключены вместе к терминалу, разница становится еще более очевидной, демонстрируя важность экранирования. Металлическая трубка, размещенная на стержне, содержащем подводящий провод, на самом деле выполняет две различные функции: во-первых, она действует более или менее как электростатический экран, таким образом экономя энергию, подаваемую к лампе; и, во-вторых, в какой бы степени она не могла действовать электростатически, она действует механически, предотвращая бомбардировку и, следовательно, интенсивный нагрев и возможный износ тонкой опоры огнеупорного корпуса лампы накаливания или стеклянной ножки, содержащей подводящий провод. Я говорю "тонкая опора", поскольку очевидно, что для более полного распределения тепла по раскаленному телу его опора должна быть очень тонкой, чтобы отводить как можно меньшее количество тепла за счет теплопроводности. Из всех используемых опор я счел, что обычная нить накаливания лампы накаливания является лучшей, главным образом потому, что среди проводников она выдерживает самую высокую степень нагрева.

Эффективность металлической трубки в качестве электростатического экрана во многом зависит от степени истощения.

При чрезмерно высоких степенях истощения, которые достигаются при использовании особой осторожности и специальных средств в связи с насосом Шпренгеля, когда вещество в земном шаре находится в ультрарадиантном состоянии, оно действует наиболее эффективно. Затем тень от верхнего края трубки четко отбрасывается на колбу.

При несколько меньшей степени разряжения, которая соответствует обычному “не поражающему” вакууму, и в целом до тех пор, пока материя движется преимущественно по прямым линиям, экран по-прежнему работает хорошо. В пояснение предыдущего замечания необходимо заявить, что то, что является "невосприимчивым” вакуумом для катушки, работающей как обычно, импульсами или токами низкой частоты, далеко не так, когда катушка работает токами очень высокой частоты. В таком случае разряд может проходить с большой свободой через разреженный газ, через который низкочастотный разряд может не проходить, даже если потенциал намного выше. При обычном атмосферном давлении действует как раз обратное правило: чем выше частота, тем меньше искрового разряда может проскочить между выводами, особенно если они представляют собой ручки или сферы определенного размера.

Наконец, при очень низких степенях разряжения, когда газ обладает хорошей проводимостью, металлическая трубка не только не действует как электростатический экран, но даже является недостатком, в значительной степени способствуя рассеянию энергии в боковом направлении от подводящего провода. Этого, конечно, следовало ожидать. В данном случае, а именно, металлическая трубка находится в хорошем электрическом соединении с подводящим проводом, и большая часть обстрела направлена на трубку. Пока электрическое соединение плохое, проводящая трубка всегда имеет некоторое преимущество, поскольку, хотя она может и не сильно экономить энергию, все же она защищает опору огнеупорной кнопки и является средством концентрации на ней большего количества энергии.

В какой бы степени алюминиевая трубка ни выполняла функцию экрана, поэтому ее полезность ограничена очень высокими степенями разряда, когда она изолирована от электрода, то есть когда газ в целом непроводящий, а молекулы или атомы действуют как независимые носители электрических зарядов.

Помимо действия в качестве более или менее эффективного экрана в истинном значении этого слова, проводящая трубка или покрытие могут также действовать, в силу своей проводимости, как своего рода уравнитель или гаситель бомбардировки стержня. Если быть точным, я предполагаю, что действие заключается в следующем: Предположим, что на проводящую трубку происходит ритмическая бомбардировка из-за ее несовершенного действия в качестве экрана, то, безусловно, должно случиться так, что некоторые молекулы или атомы ударяются о трубку раньше, чем другие. Те, кто первыми соприкасаются с ним, отдают свой избыточный заряд, и трубка наэлектризовывается, причем наэлектризованность мгновенно распространяется по ее поверхности. Но это должно уменьшить потерю энергии при бомбардировке по двум причинам: во-первых, заряд, создаваемый атомами, распространяется на большую площадь, и, следовательно, электрическая плотность в любой точке мала, и атомы отталкиваются с меньшей энергией, чем если бы они ударялись о хороший изолятор; во-вторых, поскольку трубка наэлектризована атомами, которые первыми вступают с ней в контакт, продвижение следующих атомов по трубке более или менее сдерживается отталкиванием, которое наэлектризованная трубка должна оказывать на аналогично наэлектризованные атомы. Этого отталкивания, возможно, будет достаточно, чтобы предотвратить столкновение значительной части атомов с трубкой, но в любом случае оно должно уменьшить энергию их столкновения. Ясно, что при очень низком истощении и хорошей проводимости разреженного газа ни один из вышеперечисленных эффектов возникнуть не может, и, с другой стороны, чем меньше атомов, тем с большей свободой они движутся; другими словами, чем выше степень истощения, вплоть до предела, тем более выразительными будут оба эффекта.

То , что я только что сказал , может дать объяснение феномену , наблюдаемому проф. Крукса, а именно, что разряд через лампочку устанавливается с гораздо большей легкостью при наличии изолятора, чем при наличии в ней проводника. На мой взгляд, проводник действует как гаситель движения атомов двумя указанными способами; следовательно, чтобы вызвать прохождение видимого разряда через лампочку, необходим гораздо более высокий потенциал, если присутствует проводник, особенно с большой поверхностью.

Чтобы прояснить некоторые из сделанных ранее замечаний, я должен теперь обратиться к рис. 147, 148 и 149, которые иллюстрируют различные устройства с наиболее часто используемым типом лампы накаливания.


РИС. 147.


РИС. 148.


РИС. 149.

На рис. 147 показан разрез сферической колбы L со стеклянной ножкой s, содержащей подводящий провод w, к которому прикреплена нить накала лампы l, служащая для поддержки огнеупорной кнопки m в центре. M - лист тонкой слюды, намотанный в несколько слоев вокруг стержня s, а a - алюминиевая трубка.

На рис. 148 показана такая колба на несколько более продвинутой стадии совершенствования. Металлическая трубка s прикреплена с помощью небольшого количества цемента к горловине трубки. В трубку ввинчена заглушка P из изоляционного материала, в центре которой закреплена металлическая клемма t для подключения к подводящему проводу w. Этот вывод должен быть хорошо изолирован от металлической трубки s; следовательно, если используемый цемент является проводящим — а в большинстве случаев это в достаточной степени так — пространство между заглушкой P и горловиной колбы следует заполнить каким-нибудь хорошим изолирующим материалом, таким как порошок слюды.

На рис. 149 показана колба, изготовленная для экспериментальных целей. В этой колбе алюминиевая трубка снабжена внешним соединением, которое служит для исследования действия трубки в различных условиях. На это ссылаются главным образом для того, чтобы предложить линию эксперимента, которой следовали.

Поскольку воздействие на стержень, содержащий подводящий провод, обусловлено индуктивным действием последнего на разреженный газ, целесообразно уменьшить это воздействие, насколько это практически возможно, используя очень тонкий провод, окруженный очень толстой изоляцией из стекла или другого материала, и сделав провод, проходящий через разреженный газ, как можно короче. Чтобы объединить эти функции, я использую большую трубку T (рис. 150), которая на некоторое расстояние выступает в колбу и имеет сверху очень короткую стеклянную ножку s, в которую запаян подводящий провод w, а верхнюю часть стеклянной ножки я защищаю от перегрева маленькой алюминиевой трубкой a и слоем слюды под ней, как обычно. Провод w, проходящий через большую трубку к внешней стороне колбы, должен быть хорошо изолирован — например, стеклянной трубкой, — а пространство между ними должно быть заполнено каким-нибудь отличным изолятором. Среди многих изоляционных порошков я обнаружил, что лучше всего использовать порошок слюды. Если эта мера предосторожности не будет принята, трубка Т, выступающая из колбы, наверняка треснет в результате нагрева щетками, которые могут образовываться в верхней части трубки, рядом с опорожненным колпаком, особенно если вакуум отличный и, следовательно, потенциал, необходимый для работы лампы, очень высок.


РИС. 150.

На рис. 151 показано аналогичное устройство с большой трубкой Т, выступающей в ту часть колбы, в которой находится огнеупорная кнопка m. В этом случае провод, ведущий снаружи к лампочке, отсутствует, а необходимая энергия подается через конденсаторные покрытия cc. Изолирующая насадка P в этой конструкции должна плотно прилегать к стеклу и быть достаточно широкой, иначе разряд может не проходить через провод w, который соединяет внутреннее покрытие конденсатора с кнопкой накаливания m.


РИС. 151.

Молекулярная бомбардировка стеклянной ножки колбы является источником больших проблем. В качестве иллюстрации я приведу явление, которое наблюдается слишком часто и неохотно. Можно взять лампочку, предпочтительно большую, и установить в нее хороший проводящий элемент, такой как кусок углерода, на платиновой проволоке, запаянной в стеклянную ножку. Лампочка может быть разряжена до довольно высокой степени, почти до того момента, когда начинает появляться фосфоресценция. Когда лампочка подключена к катушке, кусочек углерода, если он небольшой, может сначала сильно раскалиться, но его яркость сразу же уменьшается, а затем разряд может пробиться через стекло где-то в середине стержня в виде ярких искр, несмотря на то, что платиновый провод находится в хорошем электрическом соединении с разреженным газом через кусочек углерода или металла наверху. Первые искры необычайно яркие, напоминающие те, что возникают на чистой поверхности ртути. Но, поскольку они быстро нагревают стекло, они, конечно, теряют свою яркость и прекращаются, когда стекло в месте разрыва раскаляется добела или вообще становится достаточно горячим, чтобы проводить ток. При первом наблюдении это явление должно показаться очень любопытным и поразительным образом показывает, насколько радикально отличаются переменные токи, или импульсы, высокой частоты по сравнению с постоянными токами, или токами низкой частоты. При таких токах, а именно при последнем, этого явления, конечно, не произошло бы. Когда используются частоты, полученные механическим способом, я думаю, что разрушение стекла является более или менее следствием бомбардировки, которая нагревает его и ухудшает его изоляционную способность; но с частотами, получаемыми с помощью конденсаторов, я не сомневаюсь, что стекло может поддаться без предварительного нагрева. Хотя на первый взгляд это кажется весьма странным, на самом деле это то, чего мы могли бы ожидать. Энергия, подаваемая на провод, ведущий к лампочке, отдается частично прямым воздействием через угольную кнопку, а частично индуктивным воздействием через стекло, окружающее провод. Таким образом, случай аналогичен тому, в котором конденсатор, зашунтированный проводником с низким сопротивлением, подключен к источнику переменного тока. Пока частоты низкие, проводник получает максимальную отдачу, а конденсатор совершенно безопасен; но когда частота становится чрезмерной, роль проводника может стать совершенно незначительной. В последнем случае разница потенциалов на выводах конденсатора может стать настолько большой, что приведет к разрыву диэлектрика, несмотря на то, что выводы соединены проводником с низким сопротивлением.

Конечно, если требуется добиться накаливания тела, заключенного в лампу, с помощью этих токов, необязательно, чтобы тело было проводником, поскольку даже идеальный непроводник может нагреваться с такой же легкостью. Для этой цели достаточно окружить проводящий электрод непроводящим материалом, как, например, в лампе накаливания, описанной ранее на рис. 150, в которой тонкая нить накаливания лампы накаливания покрыта непроводником и сверху поддерживает кнопку из того же материала. Вначале бомбардировка продолжается за счет индуктивного воздействия через непроводник, пока он не нагреется достаточно, чтобы стать проводящим, после чего бомбардировка продолжается обычным способом.

Другое расположение, используемое в некоторых изготовленных лампочках, показано на рис. 152. В этом случае непроводящий проводник m вмонтирован в кусок обычного дугового легкоплавкого углерода таким образом, чтобы выступать на некоторое небольшое расстояние над последним. Углеродный элемент соединен с подводящей проволокой, проходящей через стеклянную ножку, которая обернута несколькими слоями слюды. Для просеивания, как обычно, используется алюминиевая трубка а. Он устроен так, что достигает почти такой же высоты, как углерод, и только непроводящий м немного выступает над ним. Сначала бомбардировка происходит по верхней поверхности карбона, нижние части которого защищены алюминиевой трубкой. Однако, как только непроводник m нагревается, он становится хорошо проводящим, а затем становится центром бомбардировки, подвергаясь ей в наибольшей степени.


РИС. 152.

В ходе этих экспериментов я также сконструировал множество таких однопроводных ламп с внутренним электродом или без него, в которых излучающее вещество проецировалось на тело или фокусировалось на нем для придания ему накала. На рис. 153 (стр. 516) показана одна из используемых ламп накаливания. Он состоит из сферического шара L, снабженного сверху длинным горлышком n для усиления действия в некоторых случаях за счет нанесения внешнего проводящего покрытия. Шарик L выдувается снизу в очень маленькую лампочку b, которая надежно удерживает его в гнезде s из изоляционного материала, в которое он вцементирован. Тонкая нить накала лампы f, закрепленная на проволоке w, проходит через центр глобуса L. Нить накаливания раскаляется в средней части, где бомбардировка, исходящая от нижней внутренней поверхности шара, наиболее интенсивна. Нижняя часть глобуса, насколько достигает гнездо s, становится проводящей либо за счет покрытия фольгой, либо иным способом, а внешний электрод подсоединен к выводу катушки.


РИС. 153.

Схема, показанная на рис. 153, оказалась неподходящей, когда требовалось сделать накалившейся нить накаливания или кнопку, закрепленную в центре шара, но она была удобна, когда объект должен был вызывать фосфоресценцию.

Во многих экспериментах, в которых в колбу были вмонтированы элементы различного типа, как, например, показано на рис. 152, были сделаны некоторые интересные наблюдения.

Было обнаружено, среди прочего, что в таких случаях, независимо от того, где начиналась бомбардировка, как только достигалась высокая температура, обычно одно из тел принимало на себя большую часть бомбардировки, а другое или другие получали таким образом облегчение. Качество, по-видимому, зависело главным образом от точки плавления и от легкости, с которой тело “испарялось”, или, вообще говоря, распадалось - подразумевая под последним термином не только отбрасывание атомов, но также и больших кусков. Сделанное наблюдение соответствовало общепринятым представлениям. В сильно разряженной лампе электричество отводится от электрода независимыми носителями, которыми частично являются атомы или молекулы остаточной атмосферы, а частично атомы, молекулы или комочки, отброшенные от электрода. Если электрод состоит из тел различного характера, и если одно из них легче разлагается, чем другое, большая часть подаваемого электричества отводится от этого тела, которое затем нагревается до более высокой температуры, чем другие, и это тем больше, что при повышении температуры тело разлагается еще легче.

Мне кажется вполне вероятным, что аналогичный процесс происходит в колбе даже с однородным электродом, и я думаю, что это основная причина распада. Обязательно должны быть некоторые неровности, даже если поверхность тщательно отполирована, что, конечно, невозможно при использовании большинства огнеупорных тел, используемых в качестве электродов. Предположим, что точка электрода нагревается сильнее; мгновенно большая часть разряда проходит через эту точку, и через минуту он, вероятно, расплавился и испарился. Теперь возможно, что в результате сильного распада температура пораженного места понижается или что создается противодействующая сила, как при дуговом разряде; в любом случае локальное отрывание соответствует ограничениям, присущим эксперименту, после чего тот же процесс происходит в другом месте.

На глаз электрод кажется равномерно блестящим, но на нем есть точки, постоянно перемещающиеся и блуждающие вокруг, температура которых намного выше средней, и это существенно ускоряет процесс разрушения. То, что нечто подобное происходит, по крайней мере, когда электрод находится при более низкой температуре, может быть получено достаточным экспериментальным доказательством следующим образом: накалите лампу до очень высокой температуры, так что при довольно высоком потенциале разряд не может пройти — то есть не светящийся, поскольку слабый невидимый разряд, по всей вероятности, возникает всегда. Теперь медленно и осторожно повышайте потенциал, оставляя первичный ток включенным не более чем на мгновение. В определенный момент на глобусе появятся две, три или полдюжины фосфоресцирующих точек. Очевидно, что эти участки стекла подвергаются более интенсивной бомбардировке, чем другие, это происходит из-за неравномерно распределенной электрической плотности, обусловленной, конечно, острыми выступами или, вообще говоря, неровностями электрода. Но светящиеся пятна постоянно меняют свое положение, что особенно хорошо заметно, если удается создать очень мало, и это указывает на то, что конфигурация электрода быстро меняется.

Из опыта такого рода я пришел к выводу, что для обеспечения максимальной долговечности огнеупорная кнопка в колбе должна быть в форме сферы с тщательно отполированной поверхностью. Такую маленькую сферу можно было бы изготовить из алмаза или какого—либо другого кристалла, но лучшим способом было бы сплавить при экстремальных температурах какой—нибудь оксид - например, цирконий - в маленькую каплю, а затем поддерживать его в колбе при температуре несколько ниже точки плавления.

Интересных и полезных результатов, без сомнения, можно достичь при экстремальных температурах. Как можно достичь таких высоких температур? Как в природе достигается наивысшая степень нагрева? При столкновении звезд, высоких скоростях и столкновениях. При столкновении может быть достигнута любая скорость выделения тепла. В химическом процессе мы ограничены. Когда кислород и водород соединяются, они падают, образно говоря, с определенной высоты. Мы не можем далеко продвинуться ни с помощью дутья, ни за счет удержания тепла в печи, но в разряженной лампе мы можем сконцентрировать любое количество энергии на минутной кнопке. Оставляя в стороне практическую целесообразность, это, таким образом, было бы средством, которое, по моему мнению, позволило бы нам достичь самой высокой температуры. Но при таком подходе возникает большая трудность, а именно, в большинстве случаев тело уносят до того, как оно сможет слиться и образовать каплю. Эта трудность существует в основном с оксидом, таким как диоксид циркония, поскольку его нельзя спрессовать в настолько твердую лепешку, чтобы она не удалялась быстро. Я неоднократно пытался расплавить диоксид циркония, помещая его в чашку из дугогасящего углерода, как показано на рис. 152. Он светился самым интенсивным светом, и поток частиц, вылетающих из угольного стаканчика, был ярко-белого цвета; но независимо от того, был ли он спрессован в лепешку или превращен в пасту с углем, его уносили до того, как он мог быть расплавлен. Углеродный колпачок, содержащий диоксид циркония, пришлось установить очень низко в горловине большой колбы, поскольку нагрев стекла выступающими частицами оксида был настолько быстрым, что в первом испытании колба треснула почти мгновенно, когда включили ток. Было обнаружено, что нагрев стекла выброшенными частицами всегда был больше, когда угольный стакан содержал тело, которое быстро уносилось — я полагаю, потому, что в таких случаях при том же потенциале достигались более высокие скорости, а также потому, что в единицу времени выбрасывалось больше вещества, то есть больше частиц ударялось о стекло.

Однако вышеупомянутой трудности не существовало, поскольку корпус, установленный в карбоновом колпаке, обладал высокой устойчивостью к износу. Например, когда оксид сначала расплавляли в кислородной струе, а затем помещали в колбу, он очень легко расплавлялся в виде капли.

Как правило, в процессе плавления отмечались великолепные световые эффекты, о которых было бы трудно дать адекватное представление. Рис. 152 призван проиллюстрировать эффект, наблюдаемый с рубиновой каплей. Сначала можно увидеть узкую воронку белого света, проецируемую на верхнюю часть глобуса, где она образует неровно очерченное фосфоресцирующее пятно. Когда острие рубина оплавляется, фосфоресценция становится очень мощной; но поскольку атомы с гораздо большей скоростью вылетают с поверхности капли, вскоре стекло нагревается и “устает”, и теперь светится только внешний край пятна. Таким образом получается интенсивно фосфоресцирующая, четко очерченная линия l, соответствующая контуру капли, которая медленно распространяется по земному шару по мере увеличения капли. Когда масса начинает закипать, образуются маленькие пузырьки и полости, из-за которых по всему шару расползаются темные пятна. Колбу можно переворачивать вниз, не опасаясь выпадения капли, так как масса обладает значительной вязкостью.

Я могу упомянуть здесь еще одну особенность, представляющую некоторый интерес, которую, как мне кажется, заметили в ходе этих экспериментов, хотя наблюдения не дают полной уверенности. Оказалось, что под воздействием молекулярного воздействия, вызванного быстро меняющимся потенциалом, тело расплавлялось и поддерживалось в этом состоянии при более низкой температуре в сильно разряженной лампе, чем это имело место при нормальном давлении и приложении тепла обычным способом — то есть, по крайней мере, судя по количеству излучаемого света. Один из проведенных экспериментов может быть упомянут здесь в качестве иллюстрации. Небольшой кусочек пемзы наклеивали на платиновую проволоку и сначала расплавляли на ней в газовой горелке. Затем проволоку поместили между двумя кусками древесного угля и включили горелку, чтобы получить сильный жар, достаточный для того, чтобы расплавить пемзу в маленькую стеклянную пуговицу. Платиновую проволоку нужно было брать достаточной толщины, чтобы предотвратить ее расплавление в огне. Находясь на углях или поднося их к горелке, чтобы получить лучшее представление о степени нагрева, кнопка ярко светилась. Затем провод с кнопкой был вмонтирован в лампочку, и после того, как он был израсходован до высокой степени, ток включался медленно, чтобы предотвратить растрескивание кнопки. Пуговица была нагрета до температуры плавления, и когда она расплавилась, она, по-видимому, не светилась с такой яркостью, как раньше, и это указывало бы на более низкую температуру. Оставляя в стороне возможную и даже вероятную ошибку наблюдателя, возникает вопрос: может ли тело в этих условиях перейти из твердого состояния в жидкое при выделении меньшего количества света?

Когда потенциал тела быстро меняется, несомненно, что структура сотрясается. Когда потенциал очень высок, хотя вибрации могут быть незначительными — скажем, 20 000 в секунду, — воздействие на конструкцию может быть значительным. Предположим, например, что рубин расплавляется в каплю при постоянном приложении энергии. Когда он образует каплю, он будет излучать видимые и невидимые волны, которые будут находиться в определенном соотношении, и глазу капля будет казаться определенной яркости. Далее, предположим, что мы уменьшаем до любой выбранной нами степени поступающую энергию и вместо этого поставляем энергию, которая повышается и понижается в соответствии с определенным законом. Теперь, когда капля сформирована, от нее будут исходить три различных вида вибраций — обычные видимые и два вида невидимых волн: то есть обычные темные волны любой длины и, вдобавок, волны четко определенного характера. Последние не могли бы существовать при постоянном поступлении энергии; тем не менее, они помогают расшатывать структуру. Если это действительно так, то рубиновая капля будет излучать относительно менее видимые и более невидимые волны, чем раньше. Таким образом, может показаться, что когда платиновая проволока, например, плавится токами, чередующимися с чрезвычайной быстротой, она испускает в точке плавления меньше света и больше видимого излучения, чем при плавлении постоянным током, хотя общая энергия, расходуемая в процессе плавления, в обоих случаях одинакова. Или, если привести другой пример, нить накаливания лампы не способна так долго выдерживать токи экстремальной частоты, как при постоянных токах, при условии, что она работает при той же силе света. Это означает, что для быстро меняющихся токов нить накала должна быть короче и толще. Чем выше частота, то есть чем больше отклонение от установившегося потока, тем хуже для нити накала. Но если бы справедливость этого замечания была продемонстрирована, было бы ошибочно заключать, что такая огнеупорная кнопка, которая используется в этих лампочках, быстрее разрушалась бы под действием токов чрезвычайно высокой частоты, чем под действием постоянных или низкочастотных токов. По опыту я могу сказать, что справедливо как раз обратное: кнопка лучше выдерживает бомбардировку токами очень высокой частоты. Но это связано с тем, что высокочастотный разряд проходит через разреженный газ с гораздо большей свободой, чем постоянный или низкочастотный разряд, и это будет означать, что с первым мы можем работать с более низким потенциалом или с менее сильным воздействием. Таким образом, пока газ не имеет значения, лучше использовать постоянный ток или ток низкой частоты; но как только действие газа становится желательным и важным, предпочтительны высокие частоты.

В ходе этих экспериментов было проведено множество испытаний со всеми видами карбоновых пуговиц. Электроды, изготовленные из обычных углеродных пуговиц, были определенно более долговечными, когда пуговицы были получены путем приложения огромного давления. Электроды, изготовленные путем нанесения углерода хорошо известными способами, плохо проявляли себя; от них глобус очень быстро почернел. Из большого опыта я пришел к выводу, что нити накала ламп, полученные таким способом, могут с пользой использоваться только при низких потенциалах и токах низкой частоты. Некоторые виды углерода выдерживают настолько хорошо, что для того, чтобы довести их до точки плавления, необходимо использовать очень маленькие кнопки. В этом случае наблюдение очень затруднено из-за сильного выделяемого тепла. Тем не менее, не может быть никаких сомнений в том, что все виды углерода плавятся под действием молекулярной бомбардировки, но жидкое состояние должно быть очень нестабильным. Из всех опробованных материалов лучше всего выдержали испытания два — алмаз и карборунд. Эти два материала показали себя примерно одинаково, но последнее было предпочтительнее по многим причинам. Поскольку более чем вероятно, что этот орган еще не получил широкой известности, я рискну привлечь к нему ваше внимание.

Он был недавно произведен мистером Э. Г. Ачесоном из Мононгахела-Сити, штат Пенсильвания, США. Он предназначен для замены обычного алмазного порошка при полировке драгоценных камней и т.д., и мне сообщили, что он довольно успешно справляется с этой задачей. Я не знаю, почему ему было дано название “карборунд”, если только в процессе его производства не было чего-то такого, что оправдывает этот выбор. Благодаря доброте изобретателя, я недавно получил несколько образцов, которые хотел протестировать на предмет их качества фосфоресцирования и способности выдерживать высокие температуры.

Карборунд может быть получен в двух формах — в виде ”кристаллов" и порошка. Первые кажутся невооруженным глазом темного цвета, но очень блестящие; вторые почти того же цвета, что и обычный алмазный порошок, но намного тоньше. При рассмотрении под микроскопом данные мне образцы кристаллов, казалось, не имели какой-либо определенной формы, а скорее напоминали кусочки измельченного яичного угля прекрасного качества. Большинство из них были непрозрачными, но были и прозрачные цветные. Кристаллы представляют собой разновидность углерода, содержащую некоторые примеси; они чрезвычайно твердые и долгое время выдерживают даже воздействие кислорода. Когда на них направляется взрывная волна, они сначала образуют осадок некоторой плотности, вероятно, вследствие расплавления содержащихся в них примесей. Масса очень долго выдерживает взрыв без дальнейшего плавления; но происходит медленное унос или сгорание, и, наконец, остается небольшое количество стеклообразного осадка, который, я полагаю, представляет собой расплавленный оксид алюминия. При сильном сжатии они проводят очень хорошо, но не так хорошо, как обычный углерод. Порошок, который каким-либо образом получают из кристаллов, практически не проводит ток. Это великолепный полировальный материал для камней.

Времени было слишком мало, чтобы провести удовлетворительное изучение свойств этого продукта, но за несколько недель экспериментов с ним было накоплено достаточно опыта, чтобы сказать, что он действительно обладает некоторыми замечательными свойствами во многих отношениях. Он выдерживает чрезмерно высокие температуры, практически не разрушается при молекулярной бомбардировке и не чернит земной шар, как это делает обычный углерод. Единственная трудность, с которой я столкнулся при его использовании в связи с этими экспериментами, заключалась в том, чтобы найти какой-нибудь связующий материал, который противостоял бы нагреванию и воздействию бомбардировки так же успешно, как сам карборунд.

У меня здесь есть несколько лампочек, которые я снабдил пуговицами из карборунда. Чтобы сделать такую пуговицу из кристаллов карборунда, я действую следующим образом: беру обычную ламповую нить накаливания и обмакиваю ее кончик в смолу или какое-либо другое густое вещество или краску, которые легко поддаются карбонизации. Затем я пропускаю кончик нити через кристаллы, а затем держу его вертикально над горячей плитой. Смола размягчается и образует каплю на конце нити, кристаллы прилипают к поверхности капли. Регулируя расстояние от пластины, смола медленно высыхает, и пуговица становится твердой. Затем я еще раз обмакиваю пуговицу в смолу и снова держу ее над тарелкой, пока смола не испарится, оставив только твердую массу, которая прочно связывает кристаллы. Когда требуется пуговица большего размера, я повторяю процесс несколько раз, и обычно я также покрываю нить накала на определенном расстоянии ниже пуговицы кристаллами. Кнопка вмонтирована в лампу, и при достижении хорошего вакуума через лампу пропускают сначала слабый, а затем сильный разряд, чтобы обуглить смолу и удалить все газы, а затем доводят ее до очень интенсивного накала.

Когда порошок будет использован, я решил, что лучше всего действовать следующим образом: Я делаю густую краску из карборунда и смолы и пропускаю через краску нить накаливания лампы. Затем я удаляю большую часть краски, протирая нить о кусок замши, и держу ее над горячей плитой, пока смола не испарится и покрытие не станет твердым. Я повторяю этот процесс столько раз, сколько необходимо для получения определенной толщины покрытия. На конце нити с покрытием я таким же образом формирую пуговицу.

Нет никаких сомнений в том, что такая пуговица из карборунда, особенно из порошка высшего качества, изготовленная надлежащим образом под большим давлением, выдержит воздействие бомбардировки так же хорошо, как и все, что нам известно. Трудность заключается в том, что связующий материал поддается, и через некоторое время карборунд медленно отваливается. Поскольку он, по-видимому, нисколько не затемняет земной шар, его можно было бы счесть полезным для покрытия нитей накаливания обычных ламп накаливания, и я думаю, что даже возможно изготовить тонкие нити или палочки карборунда, которые заменят обычные нити накаливания в лампе накаливания. Карборундовое покрытие кажется более прочным, чем другие покрытия, не только потому, что карборунд выдерживает высокие температуры, но и потому, что он, по-видимому, соединяется с углеродом лучше, чем любой другой материал, который я пробовал. Например, покрытие из циркония или любого другого оксида разрушается гораздо быстрее. Я готовил пуговицы из алмазной пыли тем же способом, что и из карборунда, и по прочности они были ближе всего к пуговицам, приготовленным из карборунда, но в алмазных пуговицах связующая паста разрушалась гораздо быстрее; это, однако, я приписал размеру и неправильной форме зерен алмаза.

Было интересно выяснить, обладает ли карборунд свойством фосфоресценции. Человек, конечно, готов столкнуться с двумя трудностями: во-первых, что касается грубого продукта, “кристаллов”, то они обладают хорошей проводимостью, и это факт, что проводники не фосфоресцируют; во-вторых, порошок, будучи чрезвычайно мелким, не был бы склонен проявлять это качество очень заметно, поскольку мы знаем, что когда кристаллы, даже такие, как алмаз или рубин, измельчаются в мелкий порошок, они в значительной степени теряют свойство фосфоресценции.

Здесь возникает вопрос: может ли проводник фосфоресцировать? Что есть в таком теле, как металл, например, такого, что могло бы лишить его качества фосфоресценции, если только это не то свойство, которое характеризует его как проводник? Ибо это факт, что большинство фосфоресцирующих тел теряют это качество, когда они достаточно нагреваются, чтобы стать более или менее проводящими. Тогда, если металл в значительной степени или, возможно, полностью лишен этого свойства, он должен обладать способностью к фосфоресценции. Следовательно, вполне возможно, что на некоторой чрезвычайно высокой частоте, когда металл или любой другой проводник ведет себя практически как непроводник, он может проявлять качество фосфоресценции, даже если он совершенно не способен фосфоресцировать под воздействием низкочастотного разряда. Существует, однако, другой возможный способ, с помощью которого проводник мог бы, по крайней мере, казаться фосфоресцирующим.

Все еще существуют значительные сомнения относительно того, что на самом деле представляет собой фосфоресценция, и относительно того, обусловлены ли различные явления, включенные в эту рубрику, одними и теми же причинами. Предположим, что в разряженной лампочке под действием молекулярного воздействия поверхность куска металла или другого проводника становится сильно светящейся, но в то же время обнаруживается, что она остается сравнительно холодной, разве эта яркость не была бы названа фосфоресценцией? Теперь такой результат, по крайней мере теоретически, возможен, поскольку это всего лишь вопрос потенциала или скорости. Предположим, что потенциал электрода и, следовательно, скорость проецируемых атомов достаточно высоки, поверхность металлического куска, на который проецируются атомы, будет сильно раскалена, поскольку процесс выделения тепла будет несравнимо быстрее, чем процесс излучения или отвода от поверхности столкновения. В глазу наблюдателя однократное столкновение атомов вызвало бы мгновенную вспышку, но если бы удары повторялись с достаточной быстротой, они производили бы непрерывный отпечаток на его сетчатке. Тогда ему поверхность металла казалась бы непрерывно раскаленной и имеющей постоянную интенсивность свечения, в то время как на самом деле свет был бы либо прерывистым, либо, по крайней мере, периодически менял интенсивность. Температура металлического изделия будет повышаться до тех пор, пока не будет достигнуто равновесие, то есть до тех пор, пока непрерывно излучаемая энергия не сравняется с периодически подаваемой. Но подаваемой энергии в таких условиях может быть недостаточно, чтобы довести температуру тела до более чем очень умеренной средней температуры, особенно если частота атомных ударов очень низкая — ровно настолько, чтобы колебания интенсивности излучаемого света не могли быть обнаружены глазом. Теперь тело, благодаря способу подачи энергии, излучало бы сильный свет и при этом имело бы сравнительно очень низкую среднюю температуру. Как наблюдатель должен назвать создаваемую таким образом яркость? Даже если анализ света научил бы его чему-то определенному, все равно он, вероятно, причислил бы это к явлениям фосфоресценции. Вполне возможно, что таким образом как проводящие, так и непроводящие тела могут поддерживаться при определенной интенсивности свечения, но требуемая энергия будет очень сильно варьироваться в зависимости от природы и свойств тел.

Эти и некоторые предыдущие замечания спекулятивного характера были сделаны просто для того, чтобы выявить любопытные особенности переменных токов или электрических импульсов. С их помощью мы можем заставить тело излучать больше света при определенной средней температуре, чем оно излучало бы, если бы его постоянно подавали к этой температуре; и, опять же, мы можем довести тело до точки плавления и заставить его излучать меньше света, чем при плавлении обычными способами. Все зависит от того, как мы подаем энергию и какие вибрации создаем; в одном случае вибрации больше, в другом меньше, адаптированные для воздействия на наше зрение.

Некоторые эффекты, которых я раньше не наблюдал, полученные с карборундом в первых испытаниях, я приписал фосфоресценции, но в последующих экспериментах оказалось, что он лишен этого качества. Кристаллы обладают примечательной особенностью. Например, в колбе, снабженной единственным электродом в форме небольшого круглого металлического диска, при определенной степени разряженности электрод покрывается молочно-белой пленкой, которая отделяется темным пространством от свечения, заполняющего колбу. Когда металлический диск покрыт кристаллами карборунда, пленка получается гораздо более насыщенной и белоснежной. Позже я обнаружил, что это всего лишь эффект яркой поверхности кристаллов, поскольку, когда алюминиевый электрод был тщательно отполирован, он демонстрировал более или менее то же явление. Я провел ряд экспериментов с полученными образцами кристаллов, главным образом потому, что было бы особенно интересно обнаружить, что они способны к фосфоресценции из-за своей проводимости. Я не мог отчетливо воспроизвести фосфоресценцию, но должен заметить, что окончательное мнение не может быть сформировано до тех пор, пока другие экспериментаторы не исследуют то же самое.

В некоторых экспериментах порошок вел себя так, как если бы он содержал оксид алюминия, но в нем недостаточно отчетливо проявлялся красный цвет последнего. Его мертвенный цвет значительно светлеет под воздействием молекул, но теперь я убежден, что он не фосфоресцирует. Тем не менее, тесты с порошком не являются окончательными, поскольку порошкообразный карборунд, вероятно, ведет себя не как, например, фосфоресцирующий сульфид, который можно было бы измельчить в мелкий порошок без ухудшения фосфоресценции, а скорее как порошкообразный рубин или алмаз, и поэтому для проведения решающего теста было бы необходимо получить его в виде большого куска и отполировать поверхность.

Если карборунд окажется полезным в связи с этими и подобными экспериментами, его главная ценность будет обнаружена при производстве покрытий, тонких проводников, кнопок или других электродов, способных выдерживать чрезвычайно высокие температуры.

Производство небольшого электрода, способного выдерживать огромные температуры, я считаю чрезвычайно важным в производстве света. Это позволило бы нам получать с помощью токов очень высоких частот, безусловно, в 20 раз, если не больше, количество света, которое получается в современной лампе накаливания при том же расходовании энергии. Многим эта оценка может показаться преувеличенной, но на самом деле я думаю, что это далеко не так. Поскольку это утверждение может быть неправильно понято, я думаю, необходимо четко обозначить проблему, с которой мы сталкиваемся в этой области работы, и способ, которым, по моему мнению, будет найдено решение.

Любой, кто приступит к изучению этой проблемы, будет склонен думать, что в лампе с электродом требуется очень высокая степень накаливания электрода. Здесь он ошибется. Высокий накал кнопки - неизбежное зло, но чего действительно хочется, так это высокого накала газа, окружающего кнопку. Другими словами, задача такой лампы состоит в том, чтобы довести массу газа до максимально возможного накала. Чем выше накал, чем быстрее средняя вибрация, тем выше экономия при производстве света. Но для поддержания высокой степени накала массы газа в стеклянном сосуде всегда необходимо держать раскаленную массу подальше от стекла, то есть максимально приближать ее к центральной части шара.

В одном из экспериментов этим вечером была изготовлена кисточка на конце проволоки. Кисточкой служило пламя, источник тепла и света. Он не излучал заметного тепла и не светился интенсивным светом; но разве это не пламя оттого, что оно не обжигает мою руку? Является ли это меньшим пламенем, потому что оно не режет мне глаза своим блеском? Проблема как раз в том, чтобы создать в колбе такое пламя, гораздо меньшего размера, но несравненно более мощное. Если бы под рукой были средства для получения электрических импульсов достаточно высокой частоты и для их передачи, с лампочкой можно было бы покончить, если только она не использовалась для защиты электрода или для экономии энергии за счет ограничения тепла. Но поскольку таких средств под рукой нет, возникает необходимость поместить клемму в колбу и разрежать воздух в ней. Это делается просто для того, чтобы дать устройству возможность выполнять работу, которую оно не способно выполнять при обычном давлении воздуха. С помощью лампы мы можем усилить действие до любой степени — вплоть до того, что кисть излучает мощный свет.

Интенсивность излучаемого света зависит главным образом от частоты и потенциала импульсов, а также от плотности электрического тока на поверхности электрода. Крайне важно использовать как можно меньшую кнопку, чтобы максимально увеличить плотность. Под сильным воздействием молекул окружающего его газа маленький электрод, конечно, нагревается до чрезвычайно высокой температуры, но вокруг него находится масса сильно раскаленного газа, фотосфера пламени, во много сотен раз превышающая объем электрода. При использовании кнопки с бриллиантом, карборундом или цирконием объем фотосферы может в тысячу раз превышать объем кнопки. Без особых размышлений можно было бы подумать, что при таком сильном накале электрода он мгновенно испарится. Но после тщательного рассмотрения можно было бы обнаружить, что теоретически этого произойти не должно, и в этом факте — который, к тому же, продемонстрирован экспериментально — заключается в основном будущая ценность такой лампы.

Сначала, когда начинается бомбардировка, большая часть работы выполняется на поверхности кнопки, но когда образуется высокопроводящая фотосфера, кнопка получает сравнительно меньшее облегчение. Чем выше накал фотосферы, тем больше она приближается по проводимости к проводимости электрода, и, следовательно, тем больше твердого вещества и газа образуют одно проводящее тело. Следствием этого является то, что чем сильнее усиливается накаливания, тем больше работы, сравнительно, выполняется с газом и тем меньше - с электродом. Следовательно, образование мощной фотосферы является самим средством защиты электрода. Эта защита, конечно, относительна, и не следует думать, что при повышении температуры накала электрод на самом деле изнашивается меньше. Тем не менее, теоретически, при экстремальных частотах этот результат должен быть достигнут, но, вероятно, при температуре, слишком высокой для большинства известных огнеупорных тел. Таким образом, при наличии электрода, который может выдерживать до очень высокого предела воздействие бомбардировки и внешнего напряжения, он был бы безопасен, независимо от того, насколько сильно он был вытеснен за пределы этого предела. В случае лампы накаливания применяются совершенно иные соображения. Там газ вообще не используется; вся работа выполняется с нитью накаливания; и срок службы лампы сокращается так быстро с увеличением степени накаливания, что экономические соображения вынуждают нас использовать ее при низкой температуре накаливания. Но если лампа накаливания работает с токами очень высокой частоты, то действием газа нельзя пренебрегать, и правила наиболее экономичной работы должны быть значительно изменены.

Чтобы довести такую лампу с одним или двумя электродами до совершенства, необходимо использовать импульсы очень высокой частоты. Высокая частота обеспечивает, среди прочего, два главных преимущества, которые имеют важнейшее значение для экономии производства света.

Во-первых, износ электрода уменьшается из-за того, что мы используем большое количество небольших ударов вместо нескольких сильных, которые быстро разрушают конструкцию; во-вторых, облегчается образование большой фотосферы.

Чтобы свести износ электрода к минимуму, желательно, чтобы вибрация была гармоничной, поскольку любая внезапность ускоряет процесс разрушения. Электрод служит намного дольше, когда его поддерживают при накаливания токами или импульсами, получаемыми от высокочастотного генератора переменного тока, которые нарастают и спадают более или менее гармонично, чем импульсы, получаемые от катушки прерывистого разряда. В последнем случае нет никаких сомнений в том, что большая часть ущерба наносится фундаментальными внезапными выбросами.

Одним из элементов потерь в такой лампе является бомбардировка земного шара. Поскольку потенциал очень высок, молекулы проецируются с огромной скоростью; они ударяются о стекло и обычно вызывают сильную фосфоресценцию. Производимый эффект очень красив, но по экономическим соображениям, возможно, было бы предпочтительнее предотвратить или, по крайней мере, свести к минимуму бомбардировку земного шара, поскольку в таком случае это, как правило, не объект для возбуждения фосфоресценции, и поскольку в результате бомбардировки происходит некоторая потеря энергии. Эти потери в колбе в основном зависят от потенциала импульсов и от электрической плотности на поверхности электрода. При использовании очень высоких частот потери энергии в результате бомбардировки значительно снижаются, поскольку, во-первых, потенциал, необходимый для выполнения заданного объема работы, намного меньше; и, во-вторых, за счет создания высокопроводящей фотосферы вокруг электрода получается тот же результат, как если бы электрод был намного больше, что эквивалентно меньшей электрической плотности. Но будь то за счет уменьшения максимального потенциала или плотности, выигрыш достигается тем же способом, а именно за счет предотвращения сильных ударов, которые деформируют стекло намного выше предела его эластичности. Если бы частоту можно было повысить достаточно высоко, потери из-за несовершенной эластичности стекла были бы совершенно незначительными. Однако потери, вызванные бомбардировкой земного шара, могут быть уменьшены за счет использования двух электродов вместо одного. В таком случае каждый из электродов может быть подключен к одной из клемм; или же, если предпочтительно использовать только один провод, один электрод может быть подключен к одной клемме, а другой - к земле или к изолированному телу на какой-либо поверхности, как, например, к абажуру на лампе. В последнем случае, если не использовать какое-либо суждение, один из электродов может светиться более интенсивно, чем другой.

Но в целом я считаю предпочтительным при использовании таких высоких частот использовать только один электрод и один соединительный провод. Я убежден, что осветительное устройство ближайшего будущего не потребует для своей работы более одного провода, и, во всяком случае, у него не будет подводящего провода, поскольку требуемая энергия также может передаваться через стекло. В экспериментальных лампах подводящий провод обычно не используется из соображений удобства, так как при использовании конденсаторных покрытий способом, указанным на рис. 151, например, возникают некоторые трудности с подгонкой деталей, но этих трудностей не было бы, если бы было изготовлено большое количество ламп; в противном случае энергия может передаваться как через стекло, так и через провод, а при таких высоких частотах потери очень малы. Такие иллюстрирующие устройства обязательно предполагают использование очень высоких потенциалов, и это, в глазах практичных людей, может быть нежелательной чертой. Тем не менее, на самом деле высокие потенциалы не являются нежелательными — конечно, ни в малейшей степени с точки зрения безопасности устройств.

Существует два способа обеспечения безопасности электроприбора. Один из них заключается в использовании низких потенциалов, другой - в определении размеров устройства таким образом, чтобы оно было безопасным, независимо от того, насколько высокий потенциал используется. Из двух вариантов последний кажется мне лучшим, поскольку тогда обеспечивается абсолютная безопасность, на которую не влияет никакое возможное стечение обстоятельств, которое может сделать даже прибор с низким потенциалом опасным для жизни и имущества. Но практические условия требуют не только разумного определения размеров аппарата; они также требуют использования энергии надлежащего вида. Легко, например, сконструировать трансформатор, способный выдавать при работе от обычной машины переменного тока низкого напряжения напряжение, скажем, 50 000 Вольт, которое могло бы потребоваться для зажигания сильно разряженной фосфоресцирующей трубки, так что, несмотря на высокий потенциал, он совершенно безопасен, а удары от него не причиняют неудобств. Тем не менее, такой трансформатор был бы дорогим и сам по себе неэффективным; и, кроме того, энергия, полученная от него, не была бы экономически использована для производства света. Экономика требует использования энергии в форме чрезвычайно быстрых колебаний. Проблему производства света сравнивают с проблемой поддержания определенной высокой ноты с помощью колокола. Это должно быть произнесено едва слышно; и даже эти слова не передали бы этого, настолько удивительна чувствительность глаза. Мы можем наносить мощные удары с большими интервалами, тратить много энергии и все равно не получать желаемого; или мы можем поддерживать ноту, нанося частые удары, и приблизиться к искомому объекту, затрачивая гораздо меньше энергии. При производстве света, что касается осветительного устройства, может быть только одно правило — использовать как можно более высокие частоты; но средства для производства и передачи импульсов такого характера налагают, по крайней мере в настоящее время, большие ограничения. Как только принимается решение использовать очень высокие частоты, обратный провод становится ненужным, и все приборы упрощаются. При использовании очевидных средств достигается тот же результат, как если бы использовался обратный провод. Для этой цели достаточно привести в соприкосновение с лампой накаливания или просто поблизости от нее изолированный корпус с какой-либо поверхностью. Поверхность, конечно, должна быть тем меньше, чем выше используемая частота и потенциал, и обязательно также тем выше экономичность лампы или другого устройства.

К этому плану работы прибегали несколько раз этим вечером. Так, например, когда накалив пуговицу, можно было зажать лампочку рукой, тело экспериментатора просто усиливало действие. Используемая лампочка была аналогична той, что показана на рис. 148, и катушка возбуждалась до небольшого потенциала, недостаточного для того, чтобы кнопка накалилась, когда лампочка висела на проводе; и, кстати, для проведения эксперимента более подходящим образом пуговицу взяли такой большой, что должно было пройти заметное время, прежде чем, схватив лампочку, ее можно было раскалить. Контакт с лампочкой был, конечно, совершенно излишним. Используя довольно большую лампу с чрезвычайно маленьким электродом, легко настроить условия так, чтобы электрод накалялся при простом приближении экспериментатора на расстояние нескольких футов от лампы и чтобы накал спадал при его удалении.

В другом эксперименте, когда возбуждалась фосфоресценция, использовалась аналогичная лампа. И здесь опять же, первоначально потенциал был недостаточен для возбуждения фосфоресценции до тех пор, пока действие не было усилено — в данном случае, однако, для придания другой функции путем прикосновения к розетке металлическим предметом, который вы держите в руке. Электродом в колбе служила угольная пуговица такого размера, что ее нельзя было довести до накала и тем самым испортить эффект, производимый фосфоресценцией.

Опять же, в другом из ранних экспериментов использовалась лампочка, как показано на рис. 141. В этом случае при прикосновении к лампочке одним или двумя пальцами на стекло проецировались одна или две тени от внутреннего стержня, при этом прикосновение пальца приводило к тем же результатам, что и применение внешнего отрицательного электрода при обычных обстоятельствах.

Во всех этих экспериментах действие усиливалось за счет увеличения емкости на конце провода, подключенного к терминалу. Как правило, нет необходимости прибегать к таким средствам, и они были бы совершенно излишни при еще более высоких частотах; но при желании колбу или трубку можно легко приспособить для этой цели.

На рис. 153, например, показана экспериментальная колба L, которая сверху снабжена горлышком n для нанесения внешнего покрытия фольгой, которое может быть соединено с корпусом большей поверхности. Такую лампу, как показано на рис. 154, также можно зажечь, подсоединив фольговое покрытие на горловине n к клемме, а подводящий провод w - к изолированной пластине. Если лампочка стоит в цоколе вертикально, как показано на разрезе, в горловину можно вставить абажур из токопроводящего материала, n, и таким образом усилить воздействие.


РИС. 154.

Более совершенное устройство, используемое в некоторых из этих ламп, показано на рис. 155. В этом случае конструкция колбы такая, как показано и описано ранее, когда была сделана ссылка на рис. 148. Цинковый лист Z с трубчатым удлинителем T накладывается поверх металлического гнезда S. Лампочка свисает вниз с клеммы t, цинковый лист Z выполняет двойную функцию усилителя и отражателя. Отражатель отделен от клеммы t удлинителем изолирующего штекера P.


РИС. 155.

Аналогичная схема с фосфоресцирующей трубкой показана на рис. 156. Трубка T изготовлена из двух коротких трубок разного диаметра, которые запечатаны на концах. На нижнем конце размещено внутреннее токопроводящее покрытие C, которое соединяется с проводом w. Проволока имеет крючок на верхнем конце для подвешивания и проходит через центр внутренней трубки, которая заполнена каким-нибудь хорошим и плотно упакованным изолятором. Снаружи верхнего конца трубки, T, находится другое проводящее покрытие, C1, на которое надет металлический отражатель Z, который должен быть отделен толстой изоляцией от конца провода w.


РИС. 156.

Экономичное использование такого отражателя или усилителя потребовало бы, чтобы вся энергия, подаваемая в воздушный конденсатор, могла быть восстановлена, или, другими словами, чтобы не было никаких потерь ни в газовой среде, ни в результате ее воздействия где-либо еще. Это далеко не так, но, к счастью, потери могут быть сведены к желаемому. Необходимо сделать несколько замечаний по этому поводу, чтобы сделать совершенно ясным опыт, накопленный в ходе этих исследований.

Предположим, что небольшая спираль со многими хорошо изолированными витками, как на экспериментальном рис. 146, одним концом соединена с одним из выводов индукционной катушки, а другим - с металлической пластиной или, для простоты, сферой, изолированной в пространстве. Когда катушка включена, потенциал сферы изменяется, и маленькая спираль теперь ведет себя так, как если бы ее свободный конец был подключен к другому выводу индукционной катушки. Если железный стержень поместить в небольшую спираль, он быстро нагревается до высокой температуры, что указывает на прохождение сильного тока через спираль. Как в этом случае действует изолированная сфера? Это может быть конденсатор, накапливающий и возвращающий подаваемую к нему энергию, или это может быть простой поглотитель энергии, и условия эксперимента определяют, является ли это скорее одним, чем другим. Поскольку сфера заряжена до высокого потенциала, она индуктивно воздействует на окружающий воздух или любую другую газообразную среду, которая там может быть. Молекулы или атомы, находящиеся вблизи сферы, конечно, притягиваются сильнее и перемещаются на большее расстояние, чем более удаленные. Когда ближайшие молекулы ударяются о сферу, они отталкиваются, и столкновения происходят на всех расстояниях в пределах индуктивного действия сферы. Теперь ясно, что если потенциал постоянен, то таким образом может быть вызвана лишь небольшая потеря энергии, поскольку молекулы, находящиеся ближе всего к сфере, получив дополнительный заряд, переданный им при контакте, не притягиваются до тех пор, пока не расстанутся, если не со всеми, то по крайней мере с большей частью дополнительного заряда, что может быть достигнуто только после очень многих столкновений. Исходя из того факта, что при постоянном потенциале потери в сухом воздухе невелики, следует прийти к такому выводу. Когда потенциал сферы, вместо того чтобы быть постоянным, является переменным, условия совершенно другие. В этом случае происходит ритмичная бомбардировка, независимо от того, теряют ли молекулы после соприкосновения со сферой вложенный заряд или нет; более того, если заряд не теряется, удары становятся только более сильными. Тем не менее, если частота импульсов будет очень мала, потери, вызванные ударами и столкновениями, не будут серьезными, если только потенциал не будет чрезмерным. Но когда используются чрезвычайно высокие частоты и более или менее высокие потенциалы, потери могут быть очень большими. Общая энергия, теряемая в единицу времени, пропорциональна произведению количества ударов в секунду, или частоты, на энергию, теряемую при каждом ударе. Но энергия удара должна быть пропорциональна квадрату электрической плотности сферы, поскольку заряд, передаваемый молекуле, пропорционален этой плотности. Из этого я делаю вывод, что общая потеря энергии должна быть пропорциональна произведению частоты на квадрат электрической плотности; но этот закон нуждается в экспериментальном подтверждении. Если предположить, что предыдущие соображения верны, то при быстром изменении потенциала тела, погруженного в изолирующую газовую среду, любое количество энергии может быть рассеяно в пространстве. Таким образом, я полагаю, большая часть этой энергии не рассеивается в виде длинных эфирных волн, распространяющихся на значительные расстояния, как принято считать, а расходуется — например, в случае изолированной сферы — на потери при ударах и столкновениях, то есть на тепловые колебания — на поверхности и вблизи сферы. Чтобы уменьшить рассеивание, необходимо работать с небольшой электрической плотностью — чем меньше, тем выше частота.

Но поскольку, исходя из сделанного ранее предположения, потери уменьшаются пропорционально квадрату плотности, и поскольку токи очень высоких частот приводят к значительным потерям при передаче по проводникам, из этого следует, что в целом лучше использовать один провод, чем два. Следовательно, если будут усовершенствованы двигатели, лампы или устройства любого типа, способные эффективно работать от токов чрезвычайно высокой частоты, экономические соображения сделают целесообразным использование только одного провода, особенно если расстояния велики.

Когда энергия поглощается в конденсаторе, он ведет себя так же, как если бы его емкость была увеличена. Поглощение всегда существует в большей или меньшей степени, но обычно оно невелико и не имеет никакого значения до тех пор, пока частоты не очень велики. При использовании чрезвычайно высоких частот и, обязательно в таком случае, также высоких потенциалов поглощение — или, что здесь более конкретно подразумевается под этим термином, потеря энергии из—за присутствия газовой среды - является важным фактором, который следует учитывать, поскольку энергия, поглощаемая в воздушном конденсаторе, может составлять любую долю подаваемой энергии. Это, по-видимому, очень затрудняет определение по измеренной или вычисленной емкости воздушного конденсатора его фактической емкости или периода вибрации, особенно если конденсатор имеет очень малую поверхность и заряжен до очень высокого потенциала. Поскольку многие важные результаты зависят от правильности оценки периода вибрации, этот вопрос требует самого тщательного изучения другими исследователями. Чтобы максимально уменьшить вероятную ошибку в экспериментах подобного рода, о которых идет речь, желательно использовать сферы или пластины с большой поверхностью, чтобы сделать плотность чрезвычайно малой. В противном случае, когда это практически осуществимо, предпочтение следует отдавать масляному конденсатору. В масле или других жидких диэлектриках, по-видимому, нет таких потерь, как в газообразных средах. Поскольку полностью исключить газ в конденсаторах с твердыми диэлектриками невозможно, такие конденсаторы следует погружать в масло хотя бы по экономическим соображениям; тогда они могут быть максимально напряжены и останутся холодными. В лейденских банках потери из-за воздуха сравнительно невелики, поскольку покрытия из фольги большие, плотно прилегают друг к другу, а заряженные поверхности не подвергаются непосредственному воздействию; но когда потенциалы очень высоки, потери могут быть более или менее значительными на верхнем крае фольги или вблизи него, где воздух подвергается главному воздействию. Если банку погрузить в прокипяченное масло, она сможет выполнять в четыре раза больший объем работы, чем при обычном использовании, и потери будут незначительными.

Не следует думать, что потеря тепла в воздушном конденсаторе обязательно связана с образованием видимых потоков или щеток. Если к одному из выводов катушки подсоединить маленький электрод, заключенный в неперезаряженную колбу, можно увидеть, как от электрода исходят струйки, и воздух в колбе нагревается; если вместо маленького электрода в колбу вставить большую сферу, потоков не наблюдается, воздух все равно нагревается.

Также не следует думать, что температура воздушного конденсатора даст хотя бы приблизительное представление о понесенных потерях тепла, поскольку в таком случае тепло должно отдаваться гораздо быстрее, поскольку в дополнение к обычному излучению происходит очень активный отвод тепла независимыми носителями, и поскольку в результате столкновений, которые должны происходить, нагревается не только аппарат, но и воздух на некотором расстоянии от него.

Вследствие этого в экспериментах с такой катушкой повышение температуры можно отчетливо наблюдать только тогда, когда корпус, соединенный с катушкой, очень мал. Но с приборами большего масштаба нагревалось бы даже тело значительной массы, как, например, тело человека; и я думаю, что опытные врачи могли бы сделать полезные наблюдения в таких экспериментах, которые, если бы аппарат был разумно сконструирован, не представляли бы ни малейшей опасности.

Здесь возникает вопрос, представляющий определенный интерес, главным образом, для метеорологов. Как ведет себя земля? Земля — это конденсатор воздуха, но совершенный ли он или очень несовершенный - простой поглотитель энергии? Не может быть никаких сомнений в том, что при таком незначительном возмущении, которое может быть вызвано в ходе эксперимента, земля ведет себя как почти идеальный конденсатор. Но все могло бы быть по-другому, если бы его заряд был приведен в вибрацию каким-нибудь внезапным возмущением, происходящим на небесах. В таком случае, как указывалось ранее, вероятно, лишь небольшая часть энергии создаваемых вибраций была бы потеряна в пространстве в виде длинных эфирных излучений, но большая часть энергии, я думаю, расходовалась бы в молекулярных ударах и столкновениях и уходила бы в космос в виде коротких тепловых и, возможно, световых волн. Поскольку и частота колебаний заряда, и потенциал, по всей вероятности, чрезмерны, энергия, преобразуемая в тепло, может быть значительной. Поскольку плотность должна быть распределена неравномерно, либо из-за неровности земной поверхности, либо из-за состояния атмосферы в различных местах, производимый эффект, соответственно, будет варьироваться от места к месту. Таким образом, значительные колебания температуры и давления атмосферы могут быть вызваны в любой точке поверхности Земли. Колебания могут быть постепенными или очень внезапными, в зависимости от характера общего возмущения, и могут вызывать дожди и штормы или каким-либо образом изменять погоду на местном уровне.

Из сделанных ранее замечаний можно видеть, каким важным фактором потерь становится воздух вблизи заряженной поверхности, когда электрическая плотность велика, а частота импульсов чрезмерна. Но это действие, как было объяснено, подразумевает, что воздух является изолирующим, то есть что он состоит из независимых носителей, погруженных в изолирующую среду. Это имеет место только тогда, когда давление воздуха примерно равно обычному или большему, или чрезвычайно малому. Когда воздух слегка разрежен и является проводящим, также возникают истинные потери проводимости. В таком случае, конечно, значительная энергия может рассеиваться в пространстве даже при постоянном потенциале или при импульсах низкой частоты, если плотность очень велика.

Когда газ находится под очень низким давлением, электрод нагревается сильнее, поскольку может быть достигнута более высокая скорость. Если газ вокруг электрода сильно сжат, перемещения и, следовательно, скорости очень малы, а нагрев незначителен. Но если бы в таком случае частоту можно было бы достаточно увеличить, электрод был бы нагрет до высокой температуры, а также если бы газ находился при очень низком давлении; фактически, разрядка колбы необходима только потому, что мы не можем производить (и, возможно, не передавать) ток требуемой частоты.

Возвращаясь к теме электродных ламп, очевидно, что преимущество такой лампы заключается в том, чтобы отводить как можно больше тепла к электроду, предотвращая циркуляцию газа в колбе. Если взять очень маленькую лампочку, она будет лучше удерживать тепло, чем большая, но ее мощности может оказаться недостаточно для работы от змеевика, или, если это так, стекло может слишком нагреться. Простой способ усовершенствовать работу в этом направлении - использовать шар требуемого размера, но поместить небольшую лампочку, диаметр которой правильно рассчитан, поверх огнеупорной кнопки, содержащейся в шаре. Это устройство проиллюстрировано на рис. 157.


РИС. 157.

В данном случае глобус L имеет большое горлышко n, позволяющее проскользнуть маленькой колбе b. В остальном конструкция такая же, как показано, например, на рис. 147. Маленькая луковица удобно опирается на ножку s, удерживая огнеупорную кнопку m. Он отделен от алюминиевой трубки а несколькими слоями слюды М, чтобы предотвратить растрескивание горловины из-за быстрого нагрева алюминиевой трубки при внезапном включении тока. Внутренняя лампочка должна быть как можно меньше, если требуется получать свет только за счет накаливания электрода. Если требуется произвести фосфоресценцию, колба должна быть большего размера, иначе она может слишком нагреться, и фосфоресценция прекратится. При таком расположении обычно фосфоресцирует только маленькая лампочка, так как внешняя оболочка практически не подвергается бомбардировке. В некоторых из этих ламп, сконструированных так, как показано на рис. 157, маленькая трубка была покрыта фосфоресцирующей краской, и были получены прекрасные эффекты. Вместо того, чтобы делать внутреннюю колбу большой, чтобы избежать чрезмерного нагрева, она отвечает цели увеличения размера электрода м. В этом случае бомбардировка ослабляется из-за меньшей электрической плотности.

Многие лампочки были сконструированы по плану, показанному на рис. 158. Здесь маленькая колба b, содержащая огнеупорную пластинку m, после очень высокого разряда была запечатана в большой шар L, который затем был умеренно разряжен и запечатан. Главным преимуществом этой конструкции было то, что она позволяла достигать чрезвычайно высокого вакуума и в то же время использовать большую лампу. В ходе экспериментов с луковицами, таких, как показано на рис. 158, было обнаружено, что было бы неплохо сделать ножку s, рядом с уплотнением в точке e, очень толстой, а подводящую проволоку w тонкой, поскольку иногда случалось, что ножка в точке e нагревалась и луковица трескалась. Часто внешний шар L был опорожнен ровно настолько, чтобы пропускать разряд, и пространство между лампочками казалось малиновым, производя любопытный эффект. В некоторых случаях, когда разряжение в шаре L было очень низким, а воздух хорошо проводился, было обнаружено, что для того, чтобы довести кнопку m до высокой температуры накаливания, было необходимо поместить, предпочтительно на верхнюю часть горловины шара, покрытие из фольги, которое соединялось с изолированным корпусом, с землей или с другим выводом катушки, поскольку воздух с высокой проводимостью несколько ослаблял эффект, вероятно, под индуктивным воздействием провода w, где он входит в лампу в точке e. Другая трудность, которая, однако, всегда присутствует, когда огнеупорная кнопка установлена в очень маленькой колбе, существовала в конструкции, показанной на рис. 158, а именно, вакуум в колбе b был бы нарушен за сравнительно короткое время.


РИС. 158.

Основная идея двух последних описанных конструкций заключалась в том, чтобы ограничить тепло центральной частью земного шара, предотвращая воздухообмен. Преимущество обеспечено, но из-за нагрева внутренней колбы и медленного испарения стекла трудно поддерживать вакуум, даже если выбрать конструкцию, показанную на рис. 157, в которой обе колбы сообщаются.

Но, безусловно, лучшим способом — идеальным способом — было бы достичь достаточно высоких частот. Чем выше частота, тем медленнее будет происходить обмен воздухом, и я думаю, что может быть достигнута частота, при которой не будет никакого обмена молекулами воздуха вокруг терминала. Затем мы создали бы пламя, в котором не было бы уноса материала, и это было бы необычное пламя, поскольку оно было бы жестким! При таких высоких частотах в игру вступила бы инерция частиц. Поскольку щетка, или пламя, приобрело бы жесткость благодаря инерции частиц, обмен последними был бы предотвращен. Это обязательно произошло бы, ибо с увеличением числа импульсов потенциальная энергия каждого уменьшилась бы, так что в конце концов могли бы быть установлены только атомные колебания, и движение перемещения в измеримом пространстве прекратилось бы. Таким образом, эффективность обычной газовой горелки, подключенной к источнику быстро меняющегося потенциала, может быть увеличена до определенного предела, и это по двум причинам — из-за создаваемой дополнительной вибрации и из-за замедления процесса разогрева. Но поскольку обновление становится затруднительным, поскольку обновление необходимо для обслуживания горелки, постоянное увеличение частоты импульсов, предполагая, что они могут передаваться пламени и воздействовать на него, привело бы к “угасанию” последнего, подразумевая под этим термином только прекращение химического процесса.

Я думаю, однако, что в случае электрода, погруженного в текучую изолирующую среду и окруженного независимыми носителями электрических зарядов, на которые можно воздействовать индуктивно, достаточно высокая частота импульсов, вероятно, привела бы к притяжению газа со всех сторон к электроду. Для этого было бы необходимо только предположить, что независимые тела имеют неправильную форму; тогда они были бы повернуты к электроду своей стороной с наибольшей электрической плотностью, и это было бы положение, в котором сопротивление жидкости при приближении было бы меньшим, чем при отступлении.

Я не сомневаюсь, что общее мнение состоит в том, что не может быть и речи о достижении каких-либо таких частот, которые могли бы — при условии, что некоторые из ранее высказанных мнений верны — привести к каким-либо результатам, на которые я указал как на простые возможности. Возможно, это так, но в ходе этих исследований, наблюдая за многими явлениями, я пришел к убеждению, что эти частоты будут намного ниже, чем принято считать на первый взгляд. В пламени мы создаем световые вибрации, заставляя молекулы или атомы сталкиваться. Но каково соотношение частоты столкновений и частоты создаваемых вибраций? Конечно, она должна быть несравненно меньше, чем у ударов колокола и звуковых колебаний, или у разрядов и колебаний конденсатора. Мы можем заставить молекулы газа сталкиваться с помощью чередующихся электрических импульсов высокой частоты, и таким образом мы можем имитировать процесс в пламени; и из экспериментов с частотами, которые мы теперь можем получить, я думаю, что результат достижим с помощью импульсов, которые передаются по проводнику.

В связи с мыслями подобного рода мне показалось очень интересным продемонстрировать жесткость вибрирующего газового столба. Хотя при таких низких частотах, скажем, 10 000 в секунду, которые я смог без труда получить от специально сконструированного генератора переменного тока, задача поначалу выглядела обескураживающей, я провел серию экспериментов. Испытания с воздухом при обычном давлении не привели ни к какому результату, но с умеренно разреженным воздухом я получаю то, что, на мой взгляд, является безошибочным экспериментальным доказательством искомого свойства. Поскольку результат такого рода может привести способных исследователей к важным выводам, я опишу один из проведенных экспериментов.

Хорошо известно, что когда трубка слегка разряжена, разряд может проходить через нее в виде тонкой светящейся нити. При воздействии токов низкой частоты, получаемых от катушки, работающей в обычном режиме, эта нить инертна. Если к нему поднести магнит, то ближайшая к нему часть притягивается или отталкивается в зависимости от направления силовых линий магнита. Мне пришло в голову, что если бы такая нить производилась с помощью токов очень высокой частоты, она должна была бы быть более или менее жесткой, и, поскольку это было видно, ее можно было бы легко изучить. Соответственно, я подготовил трубку диаметром около одного дюйма и длиной один метр, с наружным покрытием на каждом конце. Трубка была опорожнена до такой степени, что, немного поработав, можно было получить выпуск нити. Здесь следует отметить, что общий вид трубки и степень разряда совершенно иные, чем при использовании обычных низкочастотных токов. Поскольку было сочтено предпочтительным работать с одной клеммой, подготовленную трубку подвешивали к концу провода, подсоединенного к клемме, при этом к проводу подсоединяли покрытие из фольги, а к нижнему покрытию иногда прикрепляли небольшую изолированную пластину. Когда нить была сформирована, она проходила через верхнюю часть трубки и терялась в нижнем конце. Если бы он обладал жесткостью, то напоминал бы не совсем эластичный шнур, туго натянутый между двумя опорами, а шнур, подвешенный на высоте с небольшим грузом, прикрепленным на конце. Когда палец или маленький магнит подносили к верхнему концу светящейся нити, ее можно было локально сдвинуть с места электростатическим или магнитным воздействием; и когда мешающий объект был очень быстро удален, был получен аналогичный результат, как если бы подвешенный шнур был смещен и быстро освобожден вблизи точки подвешивания. При этом светящаяся нить вибрировала, и образовались два очень четко обозначенных узла и третий нечеткий. Вибрация, однажды возникшая, продолжалась целых восемь минут, постепенно затухая. Скорость вибрации часто заметно менялась, и можно было наблюдать, что электростатическое притяжение стекла влияло на вибрирующую нить; но было ясно, что электростатическое воздействие не было причиной вибрации, поскольку нить, как правило, была неподвижной, и ее всегда можно было привести в состояние вибрации, быстро проведя пальцем возле верхней части трубки. С помощью магнита нить можно было разделить надвое, и обе части вибрировали. При приближении руки к нижнему покрытию трубки или изоляционной пластине, если она прикреплена, вибрация усиливалась; также, насколько я мог видеть, повышался потенциал или частота. Таким образом, либо увеличение частоты, либо пропускание более сильного разряда той же частоты соответствовало затягиванию шнура. Я не получил никаких экспериментальных доказательств с разрядами конденсатора. Светящаяся полоса, возбуждаемая в лампе повторными разрядами лейденской банки, должна обладать жесткостью, а при деформации и внезапном высвобождении должна вибрировать. Но, вероятно, количество вибрирующего вещества настолько мало, что, несмотря на предельную скорость, инерция не может заметно проявиться. Кроме того, наблюдение в таком случае становится чрезвычайно затруднительным из-за фундаментальной вибрации.

Демонстрация факта, который все еще нуждается в более точном экспериментальном подтверждении, что вибрирующий газовый столб обладает жесткостью, могла бы значительно изменить взгляды мыслителей. Когда при низких частотах и незначительных потенциалах могут быть отмечены признаки этого свойства, как должна вести себя газовая среда под воздействием огромных электростатических напряжений, которые могут быть активны в межзвездном пространстве и которые могут меняться с невообразимой быстротой? Существование такой электростатической, ритмично пульсирующей силы - вибрирующего электростатического поля — показало бы возможный способ, каким твердые вещества могли образоваться из ультрагазообразной матки, и как поперечные и всевозможные вибрации могут передаваться через газовую среду, заполняющую все пространство. Тогда эфир мог бы быть настоящей жидкостью, лишенной жесткости и находящейся в состоянии покоя, будучи просто необходимым как связующее звено для обеспечения взаимодействия. Что определяет жесткость тела? Должно быть, важны скорость и количество мотивов. В газе скорость может быть значительной, но плотность чрезвычайно мала; в жидкости скорость, вероятно, будет небольшой, хотя плотность может быть значительной; и в обоих случаях сопротивление инерции, оказываемое перемещению, практически равно нулю. Но поместите газообразный (или жидкий) столб в интенсивное, быстро меняющееся электростатическое поле, заставьте частицы вибрировать с огромной скоростью, и тогда проявится сопротивление инерции. Тело могло бы двигаться с большей или меньшей свободой сквозь вибрирующую массу, но в целом оно было бы жестким.

Есть тема, которую я должен упомянуть в связи с этими экспериментами: это тема высокого вакуума. Это предмет, изучение которого не только интересно, но и полезно, поскольку может привести к результатам, имеющим большое практическое значение. В коммерческих приборах, таких как лампы накаливания, работающих от обычных систем распределения, гораздо более высокий вакуум, чем достигается в настоящее время, не обеспечил бы очень большого преимущества. В таком случае работа выполняется с нитью накала, а газ не имеет большого значения; следовательно, улучшение было бы незначительным. Но когда мы начинаем использовать очень высокие частоты и потенциалы, действие газа становится исключительно важным, и степень истощения существенно изменяет результаты. До тех пор, пока использовались обычные катушки, даже очень большие, изучение предмета было ограниченным, потому что как раз в тот момент, когда оно становилось наиболее интересным, его приходилось прерывать из-за достижения “не поражающего” вакуума. Но в настоящее время мы можем получать от небольшой катушки прерывистого разряда потенциалы, намного превышающие те, которые была способна дать даже самая большая катушка, и, более того, мы можем заставлять потенциал меняться с большой скоростью. Оба этих результата позволяют нам теперь пропускать световой разряд практически через любой доступный вакуум, и область наших исследований значительно расширяется. Как бы мы ни думали, из всех возможных направлений разработки практического источника света линейка high vacua в настоящее время представляется наиболее перспективной. Но для достижения предельного вакуума приборы должны быть намного усовершенствованы, и окончательное совершенство не будет достигнуто до тех пор, пока мы не разрядим механический и не усовершенствуем электрический вакуумный насос. Молекулы и атомы могут быть выброшены из колбы под действием огромного потенциала: это будет принципом вакуумного насоса будущего. В настоящее время мы должны обеспечить наилучшие результаты, какие только можем, с помощью механических приспособлений. В этой связи, возможно, будет нелишним сказать несколько слов о методе и аппарате для получения чрезмерно высоких степеней истощения, которыми я воспользовался в ходе этих исследований. Весьма вероятно, что другие экспериментаторы использовали аналогичные устройства; но поскольку в их описании может быть что-то интересное, можно допустить несколько замечаний, которые сделают это исследование более полным.

Устройство проиллюстрировано на чертеже, показанном на рис. 159. S представляет собой насос Шпренгеля, который был специально сконструирован для лучшего выполнения требуемой работы. Запорный кран, который обычно используется, был опущен, и вместо него в горловине резервуара была установлена полая пробка s . В этой пробке имеется небольшое отверстие h, через которое спускается ртуть; размер выходного отверстия o должным образом определен по отношению к сечению спускной трубки t, которая герметично соединена с резервуаром вместо того, чтобы быть подсоединенной к нему обычным способом. Такое устройство устраняет недостатки и проблемы, которые часто возникают из-за использования запорного крана на резервуаре и соединений последнего со спускной трубой.


РИС. 159.

Насос соединен через U-образную трубку t с очень большим резервуаром R1. Особое внимание было уделено подгонке шлифовальных поверхностей пробок p и p1, и обе они, а также ртутные колпачки над ними были сделаны исключительно длинными. После того, как U-образная трубка была установлена на место, ее нагрели, чтобы смягчить и снять напряжение, возникшее в результате неправильной установки. U-образная трубка была снабжена запорным краном C и двумя заземляющими соединениями g и g1 - одним для маленькой колбы b, обычно содержащей едкий калий, а другим для отвода воды из приемника r.

Резервуар R1 был соединен с помощью резиновой трубки с резервуаром R2 немного большего размера, причем каждый из двух резервуаров был снабжен запорным краном C1 и C2 соответственно. Резервуар R2 можно было поднимать и опускать с помощью колеса и стойки, и диапазон его движения был определен таким образом, что когда он был заполнен ртутью и запорный кран C2 был закрыт, так что при поднятии в нем образовывался торричеллиев вакуум, его можно было поднять так высоко, что резервуар R1 оказывался немного выше запорного крана C1; и когда этот запорный кран был закрыт и резервуар R2 опускался, так что в резервуаре R1 создавался торричеллиев вакуум, его можно было опустить до полного опорожнения последнего, при этом ртуть заполняла резервуар R2 до немного выше запорного крана C2.

Производительность насоса и соединений была выбрана как можно меньшей относительно объема резервуара R1, поскольку, конечно, степень истощения зависела от соотношения этих величин.

С этим аппаратом я объединил обычные средства, указанные в предыдущих экспериментах, для получения очень высокого вакуума. В большинстве экспериментов удобнее всего было использовать едкий поташ. Относительно его использования я могу рискнуть сказать, что значительно экономится время и обеспечивается более совершенная работа насоса за счет расплавления и кипячения поташа сразу после или даже до того, как насос успокоится. При несоблюдении этого правила обычно используемые стержни могут выделять влагу с определенной очень низкой скоростью, и насос может работать в течение многих часов без достижения очень высокого вакуума. Поташ нагревался либо спиртовкой, либо пропусканием через него разряда, либо пропусканием тока через содержащийся в нем провод. Преимущество в последнем случае заключалось в том, что нагревание можно было повторять быстрее.

Обычно процесс слива был следующим: в начале, когда запорные краны C и C1 были открыты, а все остальные соединения закрыты, резервуар R2 поднимался так высоко, что ртуть заполняла резервуар R1 и часть узкой соединительной U-образной трубки. Когда насос включался, ртуть, конечно, быстро поднималась в трубке, и резервуар R2 опускался, при этом экспериментатор поддерживал уровень ртути примерно на том же уровне. Резервуар R2 был уравновешен длинной пружиной, которая облегчала работу, а трение деталей, как правило, было достаточным для удержания его практически в любом положении. Когда насос Шпренгеля завершил свою работу, резервуар R2 был дополнительно опущен, и ртуть спустилась в R1 и заполнила R2, после чего запорный кран C2 был закрыт. Воздух, прилипший к стенкам R1 и поглощенный ртутью, был удален, и для освобождения ртути от всего воздуха резервуар R2 в течение длительного времени обрабатывался вверх и вниз. Во время этого процесса некоторое количество воздуха, которое скапливалось под запорным краном C2, было удалено из R2 путем опускания его достаточно далеко и открытия запорного крана, после чего последний снова закрыли, прежде чем поднять резервуар. Когда из ртутного столба был удален весь воздух, и при опускании в R2 воздух не скапливался, прибегли к едкому калию. Теперь резервуар R2 снова поднимали до тех пор, пока ртуть в R1 не стала выше запорного крана C1. Едкий калий расплавляли и кипятили, и влага частично отводилась насосом, а частично повторно поглощалась; и этот процесс нагревания и охлаждения повторялся много раз, и каждый раз, после поглощения или отвода влаги, резервуар R2 в течение длительного времени поднимался и опускался. Таким образом, из ртути была удалена вся влага, и оба резервуара были в надлежащем для использования состоянии. Затем резервуар R2 снова подняли наверх, и насос продолжал работать в течение длительного времени. Когда достигался максимальный вакуум, достижимый с помощью насоса, колбу с калием обычно оборачивали ватой, которую сбрызгивали эфиром, чтобы поддерживать очень низкую температуру калия, затем резервуар R2 опускали, и после опорожнения резервуара R1 приемник быстро герметизировали.

При установке новой колбы ртуть всегда поднималась над запорным краном C1, который был закрыт, чтобы всегда поддерживать ртуть и оба резервуара в отличном состоянии, и ртуть никогда не отводилась из R1, за исключением случаев, когда насос достигал наивысшей степени разряжения. Необходимо соблюдать это правило, если требуется использовать устройство с пользой.

С помощью этого устройства я смог работать очень быстро, и когда прибор был в полном порядке, оказалось возможным достичь стадии фосфоресцирования в маленькой лампочке менее чем за пятнадцать минут, что, безусловно, является очень быстрой работой для небольшой лаборатории, требующей в общей сложности около 100 фунтов ртути. С обычными маленькими лампочками соотношение производительности насоса, ресивера и соединений, а также емкости R составляло примерно 1 к 20, и достигаемые степени истощения были обязательно очень высокими, хотя я не могу сделать точного и надежного заявления о том, как далеко было доведено истощение.

Что больше всего впечатляет исследователя в ходе этих опытов, так это поведение газов при воздействии больших быстро меняющихся электростатических напряжений. Но у него должны оставаться сомнения относительно того, обусловлены ли наблюдаемые эффекты полностью молекулами или атомами газа, которые раскрывает нам химический анализ, или же в игру вступает другая среда газообразной природы, состоящая из атомов или молекул, погруженных в жидкость, пронизывающую пространство. Такая среда, несомненно, должна существовать, и я убежден, что, например, даже если бы отсутствовал воздух, поверхность и окрестности тела в пространстве нагревались бы за счет быстрого изменения потенциала тела; но такого нагрева поверхности или окрестностей не могло бы произойти, если бы были удалены все свободные атомы и осталась бы только однородная, несжимаемая и упругая жидкость — такой, каким предположительно является эфир, — ибо тогда не было бы никаких ударов, никаких столкновений. В таком случае, что касается самого корпуса, могут возникнуть только потери на трение внутри.

Поразительным фактом является то, что разряд через газ устанавливается со все возрастающей свободой по мере увеличения частоты импульсов. В этом отношении он ведет себя совершенно противоположно металлическому проводнику. В последнем случае импеданс играет заметную роль при увеличении частоты, но газ действует во многом так же, как и серия конденсаторов; легкость, с которой проходит разряд, по-видимому, зависит от скорости изменения потенциала. Если это действует так, то в вакуумной трубке даже большой длины, и независимо от того, насколько силен ток, самоиндукция не может проявиться в сколько-нибудь заметной степени. Таким образом, насколько мы теперь можем видеть, в газе у нас есть проводник, способный передавать электрические импульсы любой частоты, которую мы можем произвести. Если бы частоту можно было поднять достаточно высоко, то можно было бы реализовать необычную систему распределения электроэнергии, которая, вероятно, заинтересовала бы газовые компании: металлические трубы, заполненные газом — металл служит изолятором, газ проводником, — питающие фосфоресцентные лампы или, возможно, устройства, пока еще не изобретенные. Конечно, можно взять полый сердечник из меди, разрежить газ в нем и, пропуская импульсы достаточно высокой частоты по контуру вокруг него, довести газ внутри до высокой степени накала; но что касается природы сил, то здесь была бы значительная неопределенность, поскольку было бы сомнительно, будет ли при таких импульсах медный сердечник действовать как статический экран. С подобными парадоксами и кажущимися невозможностями мы сталкиваемся на каждом шагу в этом направлении работы, и в этом, в значительной степени, заключается очарование исследования.

Здесь у меня есть короткая и широкая трубка, которая сильно разряжена и покрыта толстым слоем бронзы, который едва пропускает свет. Металлический колпачок с крючком для подвешивания тюбика закреплен вокруг средней части тюбика, застежка соприкасается с бронзовым покрытием. Теперь я хочу зажечь газ внутри, подвесив трубку на проводе, подсоединенном к катушке. Любой, кто попробовал бы этот эксперимент впервые, не имея никакого предыдущего опыта, вероятно, позаботился бы о том, чтобы проводить испытание в полном одиночестве, опасаясь, что он может стать предметом насмешек своих помощников. Тем не менее, лампочка горит, несмотря на металлическое покрытие, и свет можно отчетливо воспринимать через последнее. Длинная трубка, покрытая алюминиевой бронзой, загорается, когда ее держат в одной руке, а другой прикасаются к клемме катушки - довольно мощно. Могут возразить, что покрытия недостаточно проводящие; тем не менее, даже если бы они были очень стойкими, они должны были бы экранировать газ. Они, конечно, отлично экранируют его в состоянии покоя, но далеко не идеально, когда в покрытии повышается заряд. Но потеря энергии, которая происходит внутри трубки, несмотря на наличие экрана, вызвана главным образом присутствием газа. Если бы мы взяли большую полую металлическую сферу и заполнили ее совершенным, несжимаемым жидким диэлектриком, внутри сферы не было бы потерь, и, следовательно, внутренняя часть могла бы считаться идеально экранированной, хотя потенциал менялся бы очень быстро. Даже если бы сфера была заполнена маслом, потери были бы несравненно меньше, чем при замене жидкости газом, поскольку в последнем случае сила вызывает смещения; это означает удар и столкновения внутри.

Независимо от того, каким может быть давление газа, оно становится важным фактором нагрева проводника, когда электрическая плотность велика, а частота очень высока. То, что при нагревании проводников разрядами молнии воздух является элементом огромной важности, почти так же несомненно, как экспериментальный факт. Я могу проиллюстрировать действие воздуха следующим экспериментом: я беру короткую трубку, которая разряжена в умеренной степени и имеет платиновую проволоку, проходящую через середину от одного конца к другому. Я пропускаю постоянный или низкочастотный ток через провод, и он равномерно нагревается во всех частях. Нагрев здесь происходит из-за теплопроводности или потерь на трение, и газ вокруг проволоки, насколько мы можем видеть, не выполняет никакой функции. Но теперь позвольте мне пропустить по проводу внезапные разряды или токи высокой частоты. Проволока снова нагревается, на этот раз главным образом на концах и наименее в средней части; и если частота импульсов или скорость изменения достаточно высока, проволоку можно с таким же успехом разрезать посередине, поскольку практически весь нагрев происходит за счет разреженного газа. Здесь газ может действовать только как проводник без полного сопротивления, отводящий ток от провода, поскольку полное сопротивление последнего чрезвычайно увеличено, и просто нагревающий концы провода из-за их сопротивления прохождению разряда. Но вовсе не обязательно, чтобы газ в трубке был проводящим; это может быть при чрезвычайно низком давлении, все равно концы провода будут нагреты — что, однако, подтверждается опытом — только два конца в таком случае не будут электрически соединены через газовую среду. Теперь то, что при таких частотах и потенциалах происходит в разряженной трубе, происходит при грозовых разрядах при обычном давлении. Нам нужно только вспомнить один из фактов, к которым пришли в ходе этих исследований, а именно, что к импульсам очень высокой частоты газ при обычном давлении ведет себя почти так же, как если бы он находился при умеренно низком давлении. Я думаю, что при разрядах молнии часто провода или проводящие предметы улетучиваются просто из-за присутствия воздуха, и что, если бы проводник был погружен в изолирующую жидкость, это было бы безопасно, поскольку тогда энергия должна была бы расходоваться где-то в другом месте. Исходя из поведения газов при внезапных импульсах высокого потенциала, я прихожу к выводу, что не может быть более надежного способа отвести разряд молнии, чем пропустить его через объем газа, если это можно сделать практически.

Есть еще две особенности, на которых я считаю необходимым остановиться в связи с этими экспериментами, — “излучающее состояние” и “не поражающий вакуум”.

У любого, кто изучал работы Крукса, должно быть, сложилось впечатление, что “лучистое состояние” - это свойство газа, неразрывно связанное с чрезвычайно высокой степенью истощения. Но следует помнить, что явления, наблюдаемые в опорожненном сосуде, ограничены характером и производительностью используемого аппарата. Я думаю, что в колбе молекула или атом движется точно по прямой линии не потому, что не встречает препятствий, а потому, что сообщаемая ему скорость достаточна для того, чтобы продвигать его по разумно прямой линии. Средняя длина свободного пробега — это одно, но скорость — энергия, связанная с движущимся телом, - это другое, и при обычных обстоятельствах я считаю, что это всего лишь вопрос потенциала или скорости. Катушка прерывистого разряда, когда потенциал подается очень сильно, возбуждает фосфоресценцию и отбрасывает тени при сравнительно низких степенях разряда. При разряде молнии вещество движется по прямым линиям при обычном давлении, когда длина свободного пробега чрезвычайно мала, и часто частицы, отбрасываемые по прямым линиям, создают изображения проводов или других металлических предметов.

Я подготовил лампочку, чтобы экспериментально проиллюстрировать правильность этих утверждений. В глобусе L, рис. 160, я прикрепил к нити накала лампы f кусочек извести l. Нить накала лампы соединена с проводом, который вводится в колбу, и общая конструкция последней такова, как показано на рис. 148, описанном ранее. Когда лампочка подвешена к проводу, подсоединенному к клемме катушки, и последняя приведена в действие, кусочек лайма l и выступающие части нити накала f подвергаются бомбардировке. Степень истощения как раз такова, что при потенциале, который способна выдавать катушка, возникает фосфоресценция стекла, но она исчезает, как только нарушается вакуум. Известь содержит влагу, а влага выделяется сразу же после нагревания, и фосфоресценция длится всего несколько мгновений. Когда известь достаточно нагреется, выделится достаточное количество влаги, чтобы существенно ухудшить вакуум в колбе. По мере продолжения бомбардировки одна точка куска извести нагревается сильнее, чем другие точки, и в результате практически весь разряд проходит через ту точку, которая сильно нагревается, и затем из этой точки вырывается белый поток частиц извести (рис. 160). Этот поток состоит из “лучистой” материи, однако степень истощения невелика. Но частицы движутся по прямым линиям, потому что скорость, придаваемая им, велика, и это объясняется тремя причинами— большой электрической плотностью, высокой температурой маленькой точки и тем фактом, что частицы извести легко разрываются и выбрасываются — гораздо легче, чем частицы углерода. При частотах, которые мы в состоянии получить, частицы отбрасываются целиком и проецируются на значительное расстояние; но при достаточно высоких частотах ничего подобного не произошло бы; в таком случае распространялось бы только напряжение или вибрация по колбе. Не может быть и речи о достижении какой-либо такой частоты в предположении, что атомы движутся со скоростью света; но я считаю, что это невозможно; для этого потребовался бы огромный потенциал. При потенциалах, которые мы можем получить, даже с помощью катушки прерывистого разряда, скорость должна быть совершенно незначительной.


РИС. 160.

Что касается "не поражающего вакуума”, то следует отметить, что это может происходить только при низкочастотных импульсах, и это обусловлено невозможностью отвода достаточного количества энергии с помощью таких импульсов в высоком вакууме, поскольку несколько атомов, которые находятся вокруг терминала, при соприкосновении с ним отталкиваются и удерживаются на расстоянии в течение сравнительно длительного периода времени, и не может быть выполнено достаточной работы, чтобы сделать эффект заметным глазу. Если разница потенциалов между клеммами увеличивается, диэлектрик разрушается. Но при импульсах очень высокой частоты нет необходимости в таком разрушении, поскольку любой объем работы может быть выполнен путем непрерывного перемешивания атомов в отработанном сосуде при условии, что частота достаточно высока. Легко достичь — даже при используемых здесь частотах, получаемых от генератора переменного тока, — стадии, при которой разряд не проходит между двумя электродами в узкой трубке, каждый из которых подключен к одному из выводов катушки, но трудно достичь точки, при которой световой разряд не возникал бы вокруг каждого электрода.

Мысль, которая естественным образом возникает в связи с токами высокой частоты, состоит в том, чтобы использовать их мощное электродинамическое индуктивное действие для создания световых эффектов в герметичном стеклянном шаре. Подводящий провод является одним из дефектов существующей лампы накаливания, и если не было сделано никаких других улучшений, то, по крайней мере, с этим недостатком следует покончить. Следуя этой мысли, я провел эксперименты в различных направлениях, некоторые из которых были указаны в моей предыдущей статье. Здесь я могу упомянуть еще одно или два направления экспериментов, которые были продолжены.

Многие лампочки были сконструированы так, как показано на рис. 161 и рис. 162.


РИС. 161.


РИС. 162.

На рис. 161 широкая трубка T была соединена с меньшей W-образной трубкой U из фосфоресцирующего стекла. В трубку T была помещена катушка C из алюминиевой проволоки, концы которой были снабжены маленькими шариками t и t1 из алюминия и протянуты в U-образную трубку. Трубку T вставляли в гнездо, содержащее первичную катушку, через которую обычно направлялись разряды лейденских банок, и разреженный газ в маленькой U-образной трубке возбуждался до сильной яркости током высокого напряжения, индуцируемым в катушке C. Когда для наведения тока в катушке С использовались разряды лейденских банок, было обнаружено, что необходимо плотно набить трубку Т изолирующим порошком, поскольку между витками катушки часто происходил разряд, особенно когда первичная обмотка была толстой, а воздушный зазор, через который разряжались банки, большим, и при этом возникали немалые проблемы.

На рис. 162 показана другая форма колбы. В этом случае трубка T прикреплена к глобусу L. Трубка содержит катушку C, концы которой проходят через две маленькие стеклянные трубки t и t1, которые герметично соединены с трубкой T. Две огнеупорные кнопки m и m1 установлены на нитях накала лампы, которые прикреплены к концам проводов, проходящих через стеклянные трубки t и t1. Обычно в лампах, изготовленных по этой схеме, глобус L соединялся с трубкой T. Для этой цели концы маленьких трубок t и t1 слегка нагревались в горелке, просто чтобы удерживать провода, но не мешать соединению. Сначала была подготовлена трубка Т с маленькими трубочками, проводами через нее и огнеупорными кнопками м и м1, а затем запаяна в глобус L, после чего была вставлена катушка С и выполнены соединения с ее концами. Затем трубку набивали изолирующим порошком, закупоривая последний как можно плотнее почти до конца; затем ее закрывали, оставляя только небольшое отверстие, через которое вводился остаток порошка, и, наконец, конец трубки закрывали. Обычно в лампах, сконструированных так, как показано на рис. 162, алюминиевая трубка a крепилась к верхнему концу s каждой из трубок t и t1, чтобы защитить этот конец от воздействия тепла. Кнопки m и m1 можно было довести до любой степени накала , пропуская разряды лейденских банок вокруг катушки C. В таких лампочках с двумя кнопками создается очень любопытный эффект за счет формирования теней от каждой из двух кнопок.

Другое направление эксперимента, которому усердно следовали, состояло в том, чтобы с помощью электродинамической индукции вызвать ток или световой разряд в разряженной трубке или колбе. Этот вопрос получил такое квалифицированное рассмотрение в руках профессора Дж. Дж. Томсона, что я мог бы добавить лишь немногое к тому, что он сообщил, даже если бы сделал это специальной темой этой лекции. Тем не менее, поскольку эксперименты в этой области постепенно привели меня к нынешним взглядам и результатам, здесь необходимо посвятить этому предмету несколько слов.

Несомненно, многим приходило в голову, что по мере удлинения вакуумной трубки электродвижущая сила на единицу длины трубки, необходимая для прохождения через нее светового разряда, становится все меньше; следовательно, если вытяжную трубку сделать достаточно длинной, то даже при низких частотах в такой замкнутой на себя трубке может быть вызван световой разряд. Такую трубку можно было бы разместить по периметру зала или на потолке, и сразу же был бы получен простой прибор, способный давать значительное количество света. Но это был бы прибор, сложный в изготовлении и крайне неуправляемый. Не годилось бы делать трубку небольшой длины, потому что при обычных частотах в покрытиях были бы значительные потери, и, кроме того, если бы использовались покрытия, было бы лучше подавать ток непосредственно в трубку, подключив покрытия к трансформатору. Но даже если бы все возражения такого рода были устранены, при низких частотах само преобразование света было бы неэффективным, как я уже заявлял ранее. При использовании чрезвычайно высоких частот длина вторичной обмотки — другими словами, размер емкости — может быть уменьшен настолько, насколько это желательно, и эффективность преобразования света повышается при условии, что изобретены средства для эффективного получения таких высоких частот. Таким образом, теоретические и практические соображения приводят к использованию высоких частот, а это означает высокие электродвижущие силы и малые токи в первичной обмотке. Когда кто—то работает с зарядами конденсатора - а они на сегодняшний день являются единственным известным средством достижения таких экстремальных частот — он достигает электродвижущих сил в несколько тысяч вольт на оборот первичной обмотки. Мы не можем усилить электродинамический индуктивный эффект, делая больше оборотов первичной обмотки, поскольку мы приходим к выводу, что лучший способ — это работать с одним витком - хотя иногда нам приходится отступать от этого правила — и мы должны довольствоваться любым индуктивным эффектом, который мы можем получить за один оборот. Но прежде чем долго экспериментировать с экстремальными частотами, необходимыми для создания в маленькой лампочке электродвижущей силы в несколько тысяч вольт, человек осознает огромную важность электростатических эффектов, и эти эффекты становятся по значимости сравнимыми с электродинамическими по мере увеличения частоты.

Теперь, если что-то и желательно в этом случае, так это увеличить частоту, а это еще больше ухудшило бы электродинамические эффекты. С другой стороны, легко усилить электростатическое действие настолько, насколько вам захочется, сделав больше оборотов вторичной обмотки или объединив самоиндукцию и емкость для повышения потенциала. Следует также помнить, что при уменьшении тока до наименьшего значения и увеличении потенциала электрические импульсы высокой частоты могут легче передаваться по проводнику.

Эти и подобные мысли побудили меня уделять больше внимания электростатическим явлениям и стремиться создавать потенциалы как можно более высокие и чередующиеся как можно быстрее. Затем я обнаружил, что могу возбуждать вакуумные трубки на значительном расстоянии от проводника, подключенного к катушке правильной конструкции, и что я могу, преобразуя колебательный ток проводника в более высокий потенциал, создавать электростатические переменные поля, которые действовали по всей протяженности помещения, зажигая трубку независимо от того, где она находилась в пространстве. Мне казалось, я осознал, что сделал шаг вперед, и я упорно шел по этому пути; но я хочу сказать, что разделяю со всеми любителями науки и прогресса одно—единственное желание - достичь результата, полезного для людей, в любом направлении, к которому меня могут привести мысль или эксперимент. Я думаю, что это отступление правильное, поскольку из наблюдения за явлениями, проявляющимися при увеличении частоты, я не могу понять, что осталось бы действовать между двумя контурами, передающими, например, импульсы в несколько сотен миллионов в секунду, кроме электростатических сил. Даже при таких незначительных частотах энергия была бы практически полностью потенциальной, и мое убеждение окрепло, что, каким бы видом движения ни был обусловлен свет, он создается огромными электростатическими напряжениями, вибрирующими с чрезвычайной быстротой.

Из всех этих явлений, наблюдаемых с помощью токов или электрических импульсов высокой частоты, наиболее интересными для аудитории, безусловно, являются те, которые наблюдаются в электростатическом поле, действующем на значительном расстоянии; и лучшее, что может сделать неквалифицированный лектор, - это начать и закончить демонстрацией этих необычных эффектов. Я беру в руку трубку и перемещаю ее, и она зажигается везде, где бы я ее ни держал; повсюду в пространстве действуют невидимые силы. Но я могу взять другую трубку, и она может не загореться, так как разрежение очень высокое. Я возбуждаю ее с помощью катушки прерывистого разряда, и теперь она загорится в электростатическом поле. Я могу отложить его на несколько недель или месяцев, но он все равно сохраняет способность возбуждаться. Какие изменения я произвел в трубке, возбуждая ее? Если движение передается атомам, трудно понять, как оно может сохраняться так долго, не будучи остановленным потерями на трение; и если напряжение, возникающее в диэлектрике, такое как простая электризация, легко увидеть, как оно может сохраняться бесконечно, но очень трудно понять, почему такое состояние должно способствовать возбуждению, когда нам приходится иметь дело с быстро меняющимися потенциалами.

Поскольку я впервые продемонстрировал эти явления, я получил некоторые другие интересные эффекты. Например, я добился накаливания пуговицы, нити накаливания или проволоки, заключенной в трубку. Чтобы достичь этого результата, необходимо было экономить энергию, получаемую от поля, и направлять большую ее на маленькое тело, которое должно было раскалиться добела. Вначале задача казалась сложной, но накопленный опыт позволил мне легко достичь результата. На рис. 163 и рис. 164 показаны две такие трубки, которые приготовлены специально для этого случая. На рис. 163 короткая трубка T1, соединенная с другой длинной трубкой T, снабжена стержнем s, в который запаяна платиновая проволока. К этому проводу прикреплена очень тонкая нить накаливания лампы l, а подключение к внешней стороне осуществляется через тонкий медный провод w. Трубка снабжена наружным и внутренним покрытиями C и C1 соответственно и заполнена, насколько достигают покрытия, проводящим, а пространство выше - изолирующим порошком. Эти покрытия используются просто для того, чтобы я мог провести два эксперимента с трубкой, а именно, добиться желаемого эффекта либо путем прямого подсоединения тела экспериментатора или другого тела к проводу w, либо путем индуктивного воздействия через стекло. Стержень s снабжен алюминиевой трубкой a для целей, описанных выше, и из этой трубки выходит только небольшая часть нити накала. Удерживая трубку T1 в любом месте электростатического поля, нить накаливания становится раскаленной.


РИС. 163.


РИС. 164.

Более интересная часть устройства проиллюстрирована на рис. 164. Конструкция такая же, как и раньше, только вместо нити накала лампы маленькая платиновая проволока p, запаянная в стержень s и изогнутая над ним по кругу, соединена с медной проволокой w, которая соединена с внутренним покрытием C. Маленький стержень s1 снабжен иглой, на острие которой расположен для очень свободного вращения очень легкий веер из слюды v. Чтобы вентилятор не выпал, тонкий стержень из стекла g должным образом согнут и прикреплен к алюминиевой трубке. Когда стеклянную трубку помещают в любое место электростатического поля, платиновая проволока раскаляется, а слюдяные лопасти вращаются очень быстро.

Интенсивную фосфоресценцию в лампочке можно вызвать, просто подключив ее к пластине в пределах поля, и пластина не обязательно должна быть больше обычного абажура. Фосфоресценция, возбуждаемая этими токами, несравненно мощнее, чем при использовании обычных приборов. Маленькая фосфоресцирующая лампочка, прикрепленная к проводу, соединенному с катушкой, излучает достаточно света, чтобы можно было читать обычный шрифт на расстоянии пяти-шести шагов. Было интересно посмотреть, как некоторые из фосфоресцирующих ламп профессора Крукса поведут себя при таких токах, и он был так любезен, что одолжил мне несколько штук по этому случаю. Эффекты, производимые сульфидом кальция и сульфидом цинка, великолепны. С катушкой пробивного разряда они интенсивно светятся, просто держа их в руке и подсоединяя корпус к клемме катушки.

К каким бы результатам ни привели исследования такого рода, в настоящее время главный интерес представляют возможности, которые они открывают для производства эффективного осветительного устройства. Ни в одной отрасли электроэнергетики прогресс не является более желанным, чем в производстве света. Каждый мыслитель, рассматривая применяемые варварские методы, прискорбные потери, понесенные в наших лучших системах производства света, должен был спросить себя, каким, вероятно, будет свет будущего? Должно ли это быть раскаленное твердое вещество, как в настоящей лампе, или раскаленный газ, или фосфоресцирующее тело, или что-то вроде горелки, но несравненно более эффективное?

Шансов усовершенствовать газовую горелку очень мало; возможно, не потому, что человеческая изобретательность столетиями работала над этой проблемой, не предпринимая радикальных изменений — хотя аргумент не лишен силы, — а потому, что в горелке невозможно достичь самых высоких вибраций, кроме как пройдя через все низкие. Ибо как может возникнуть пламя, если не при падении поднятого груза? Такой процесс не может поддерживаться без обновления, а обновление повторяется, переходя от низких вибраций к высоким. Кажется, существует только один способ усовершенствовать горелку, и это попытка достичь более высоких степеней накала. Более высокий накал эквивалентен более быстрой вибрации: это означает больше света при использовании того же материала, а это, опять же, означает большую экономию. В этом направлении были сделаны некоторые улучшения, но прогрессу препятствует множество ограничений. Таким образом, если отбросить горелку, остаются три упомянутых выше способа, которые по сути являются электрическими.

Предположим, что свет ближайшего будущего представляет собой твердую лампу накаливания с помощью электричества. Не кажется ли вам, что лучше использовать маленькую кнопку, чем хрупкую нить накаливания? Исходя из многих соображений, безусловно, следует сделать вывод, что кнопка способна обеспечить более высокую экономичность, при условии, конечно, эффективного преодоления трудностей, связанных с эксплуатацией такой лампы. Но чтобы зажечь такую лампу, нам требуется высокий потенциал; и чтобы получить его экономично, мы должны использовать высокие частоты.

Эти соображения в еще большей степени применимы к получению света путем накаливания газа или фосфоресценции. Во всех случаях нам требуются высокие частоты и высокие потенциалы. Эти мысли пришли мне в голову давным-давно.

Кстати, за счет использования высоких частот мы получаем множество преимуществ, таких как более высокая экономия при производстве света, возможность работы с одним проводом, возможность отказаться от подводящего провода и т.д.

Вопрос в том, как далеко мы можем зайти с частотами? Обычные проводники быстро теряют способность передавать электрические импульсы при значительном увеличении частоты. Предположим, что средства для производства импульсов очень большой частоты доведены до предельного совершенства, и каждый, естественно, спросит, как их передавать, когда возникнет необходимость. Передавая такие импульсы по проводникам, мы должны помнить, что нам приходится иметь дело с давлением и потоком в обычной интерпретации этих терминов. Пусть давление возрастет до огромной величины и пусть поток соответственно уменьшится, тогда такие импульсы — так сказать, колебания просто давления — несомненно, могут передаваться по проводу, даже если их частота составляет многие сотни миллионов в секунду. Конечно, не могло бы быть и речи о передаче таких импульсов по проводу, погруженному в газообразную среду, даже если бы провод был снабжен толстой и превосходной изоляцией, поскольку большая часть энергии была бы потеряна при молекулярной бомбардировке и последующем нагреве. Конец провода, подключенный к источнику, нагревался бы, а удаленный конец получал бы лишь незначительную часть подаваемой энергии. Следовательно, при использовании таких электрических импульсов первоочередной необходимостью является поиск средств для максимального уменьшения рассеивания.

Первая мысль заключается в том, чтобы использовать как можно более тонкий провод, окруженный как можно более толстой изоляцией. Следующая мысль заключается в использовании электростатических экранов. Изоляция провода может быть покрыта тонким проводящим покрытием, и последний может быть соединен с землей. Но это было бы бесполезно, так как тогда вся энергия проходила бы через проводящее покрытие к земле, и ничего не доходило бы до конца провода. Если выполнено заземление, то оно может быть выполнено только через проводник с огромным сопротивлением или через конденсатор чрезвычайно малой емкости. Это, однако, не устраняет других трудностей.

Если длина волны импульсов намного меньше длины провода, то в проводящем покрытии будут создаваться соответствующие короткие волны, и оно будет более или менее таким же, как если бы покрытие было напрямую подключено к земле. Поэтому необходимо разрезать покрытие на участки, намного меньшие длины волны. Такое расположение все еще не позволяет получить идеальное сито, но оно в десять тысяч раз лучше, чем никакого. Я думаю, предпочтительнее разрезать проводящее покрытие на небольшие участки, даже если волны тока намного длиннее покрытия.

Если бы провод был снабжен идеальным электростатическим экраном, это было бы то же самое, как если бы все объекты были удалены от него на бесконечное расстояние. Затем пропускная способность была бы уменьшена до емкости самого провода, которая была бы очень мала. Тогда стало бы возможным передавать по проводу колебания тока очень высоких частот на огромные расстояния, не оказывая существенного влияния на характер колебаний. Об идеальном экране, конечно, не может быть и речи, но я считаю, что с таким экраном, какой я только что описал, телефонию можно было бы сделать практичной по ту сторону Атлантики. Согласно моим представлениям, провод, покрытый гуттаперчей, должен быть снабжен третьим проводящим покрытием, разделенным на секции. Поверх этого следует снова уложить слой гуттаперчи и другой изоляции, а поверх всего этого - броню. Но такие кабели не будут построены, ибо вскоре интеллект, передаваемый без проводов, будет пульсировать по земле, как пульс в живом организме. Удивительно то, что при нынешнем уровне знаний и приобретенном опыте не предпринимается никаких попыток нарушить электростатическое или магнитное состояние земли и передать хотя бы информацию.

Моей главной целью при представлении этих результатов было указать на явления или особенности новизны и продвинуть идеи, которые, я надеюсь, послужат отправными точками для новых направлений. Моим главным желанием в этот вечер было развлечь вас какими-нибудь новыми экспериментами. Ваши аплодисменты, столь частые и щедрые, сказали мне, что я добился успеха.

В заключение позвольте мне от всего сердца поблагодарить вас за вашу доброту и внимание и заверить вас, что я никогда не забуду оказанную мне честь выступить перед такой уважаемой аудиторией, удовольствие, которое я получил, представив эти результаты собранию стольких способных людей — и среди них также некоторых из тех, в чьей работе на протяжении многих прошедших лет я находил просветление и постоянное удовольствие.

___________

Лекция, прочитанная в Институте инженеров-электриков, Лондон, февраль 1892г.

ГЛАВА XXVIII

_______________

О СВЕТЕ И ДРУГИХ ВЫСОКОЧАСТОТНЫХ ЯВЛЕНИЯХ*

ВВЕДЕНИЕ —НЕСКОЛЬКО МЫСЛЕЙ О ГЛАЗУ

Когда мы смотрим на окружающий нас мир, на Природу, мы поражаемся ее красоте и величию. Каждая воспринимаемая нами вещь, хотя она может быть исчезающе мала, сама по себе является миром, который, как и вся вселенная, состоит из материи и силы, подчиняющихся закону, — миром, созерцание которого наполняет нас чувством чуда и непреодолимо побуждает нас к непрестанным размышлениям и исследованию. Но во всем этом огромном мире из всех объектов, открывающихся нам нашими органами чувств, самым чудесным, самым привлекательным для нашего воображения, без сомнения, является высокоразвитый организм, мыслящее существо. Если есть что-то, способное заставить нас восхищаться творением рук Природы, то это, безусловно, эта непостижимая структура, которая совершает свои бесчисленные движения, подчиняясь внешнему воздействию. Понять его работу, глубже проникнуть в суть этого шедевра Природы всегда было для мыслителей увлекательной целью, и после многих столетий упорных исследований люди пришли к четкому пониманию функций его органов и чувств. Опять же, во всей совершенной гармонии своих частей, из частей, составляющих материальную или осязаемую часть нашего существа, из всех его органов и чувств глаз является самым удивительным. Это самый драгоценный, самый незаменимый из наших органов восприятия или руководства, это великие врата, через которые все знания входят в ум. Из всех наших органов это тот, который находится в самой тесной связи с тем, что мы называем интеллектом. Эта связь настолько интимна, что часто говорят, что сама душа проявляется в глазах.

Можно принять как факт, который подразумевает теория действия глаза, что при каждом внешнем впечатлении, то есть при каждом изображении, производимом на сетчатке, концы зрительных нервов, участвующих в передаче впечатления в мозг, должны находиться в особом напряжении или в состоянии вибрации. Теперь не кажется невероятным, что когда силой мысли вызывается образ, отчетливое рефлекторное воздействие, каким бы слабым оно ни было, оказывается на определенные концы зрительных нервов, а следовательно, и на сетчатку. Будет ли когда-нибудь в силах человека проанализировать состояние сетчатки, нарушенное мыслью или рефлекторным действием, с помощью каких-либо оптических или других средств, обладающих такой чувствительностью, что в любой момент можно получить четкое представление о ее состоянии? Если бы это было возможно, то проблему точного чтения чьих-либо мыслей, подобно персонажам открытой книги, решить было бы гораздо легче, чем многие проблемы, относящиеся к области позитивной физической науки, в решение которых многие, если не большинство, ученых людей безоговорочно верят. Гельмгольц показал, что глазное дно само по себе светится, и он смог увидеть в полной темноте движение своей руки при свете собственных глаз. Это один из самых замечательных экспериментов, зарегистрированных в истории науки, и, вероятно, лишь немногие люди смогли бы удовлетворительно повторить его, поскольку весьма вероятно, что яркость глаз связана с необычной активностью мозга и огромной силой воображения. Это, так сказать, флуоресценция мозговой деятельности.

Другой факт, имеющий отношение к этому предмету, который, вероятно, был отмечен многими, поскольку он изложен в популярных выражениях, но который, насколько я могу припомнить, был зафиксирован как положительный результат наблюдения, заключается в том, что временами, когда интеллекту предстает внезапная идея или образ, возникает отчетливое и иногда болезненное ощущение свечения в глазах, заметное даже средь бела дня.

Таким образом, высказывание о том, что душа проявляется в глазах, глубоко обосновано, и мы чувствуем, что оно выражает великую истину. Это имеет глубокое значение даже для того, кто, подобно поэту или художнику, только следуя своему врожденному инстинкту или любви к Природе, находит удовольствие в бесцельных мыслях и простом созерцании природных явлений, но еще более глубокое значение для того, кто в духе позитивного научного исследования стремится установить причины следствий. Глаз является предметом самого пристального восхищения главным образом натурфилософа, физика.

Два факта о глазу должны произвести сильное впечатление на разум физика, несмотря на то, что он может думать или говорить, что это несовершенный оптический инструмент, забывая, что само представление о том, что является совершенным или кажется ему таковым, было получено с помощью этого же инструмента. Во-первых, глаз, насколько нам известно, является единственным органом, на который непосредственно воздействует эта тонкая среда, которая, как учит нас наука, должна заполнять все пространство; во-вторых, это самый чувствительный из наших органов, несравненно более чувствительный к внешним впечатлениям, чем любой другой.

Орган слуха подразумевает воздействие весомых тел, орган обоняния - перенос отдельных материальных частиц, а органы вкуса, осязания или силы - прямой контакт или, по крайней мере, некоторое вмешательство весомой материи, и это верно даже для тех примеров животных организмов, у которых некоторые из этих органов развиты до степени поистине изумительного совершенства. Поскольку это так, кажется удивительным, что только орган зрения способен возбуждаться от того, что все остальные наши органы бессильны обнаружить, но что играет существенную роль во всех природных явлениях, что передает всю энергию и поддерживает все движение и, что самое сложное из всего, жизнь, но что обладает такими свойствами, что даже научно подготовленный ум не может не провести различие между ним и всем тем, что называется материей. Принимая во внимание только это, а также тот факт, что глаз, благодаря своей удивительной силе, расширяет наш в остальном очень узкий диапазон восприятия далеко за пределы нашего маленького мира, чтобы охватить мириады других миров, солнц и звезд в бесконечных глубинах вселенной, было бы оправданно утверждать, что это орган более высокого порядка. Его действия находятся за пределами понимания. Природа, насколько нам известно, никогда не создавала ничего более замечательного. Мы можем получить лишь слабое представление о его потрясающей силе, анализируя то, что он делает, и сравнивая. Когда эфирные волны воздействуют на человеческое тело, они вызывают ощущения тепла или холода, удовольствия или боли, или, возможно, другие ощущения, о которых мы не осознаем, и любую степень или интенсивность этих ощущений, число которых бесконечно, следовательно, бесконечное количество различных ощущений. Но наше чувство осязания или наше чувство силы не может раскрыть нам эти различия в степени или интенсивности, если только они не очень велики. Теперь мы можем легко представить себе, как организм, такой как человек, в вечном процессе эволюции, или, говоря более философски, адаптации к Природе, будучи ограниченным использованием только чувства осязания или силы, например, мог бы развить это чувство до такой степени чувствительности или совершенства, что оно было бы способно различать мельчайшие различия в температуре тела даже на некотором расстоянии, до сотой, или тысячной, или миллионной доли градуса. Тем не менее, даже это, казалось бы, невозможное действие не идет ни в какое сравнение с действием глаза, который способен различать и передавать разуму в одно мгновение бесчисленные особенности тела, будь то форма, цвет или другие аспекты. Эта сила глаза основывается на двух вещах, а именно на прямолинейном распространении возмущения, которым оно вызвано, и на его чувствительности. Сказать, что глаз чувствителен, ничего не сказать. По сравнению с ним все остальные органы чудовищно грубы. Орган обоняния, который направляет собаку по следу оленя, орган осязания или силы, который направляет насекомое в его блужданиях, орган слуха, на который воздействуют малейшие колебания воздуха, - это, конечно, чувствительные органы, но что они значат по сравнению с человеческим глазом! Без сомнения, он откликается на малейшие отзвуки медиума; без сомнения, он приносит нам вести из других миров, бесконечно удаленных, но на языке, который мы пока не всегда понимаем. А почему бы и нет? Потому что мы живем в среде, наполненной воздухом и другими газами, парами и плотной массой твердых частиц, летающих повсюду. Они играют важную роль во многих явлениях; они растрачивают энергию вибраций прежде, чем те могут достичь глаз; они также являются переносчиками микробов разрушения, они проникают в наши легкие и другие органы, закупоривают каналы и незаметно, но неизбежно останавливают поток жизни. Если бы мы только могли избавиться от всей весомой материи, находящейся в поле зрения телескопа, это открыло бы нам невообразимые чудеса. Я думаю, что даже невооруженный глаз был бы способен различить в чистой среде небольшие объекты на расстояниях, измеряемых, вероятно, сотнями или, возможно, тысячами миль.

Но в глазу есть нечто другое, что впечатляет нас еще больше, чем эти удивительные особенности, которые мы наблюдали, рассматривая его с точки зрения физика, просто как оптический инструмент, — нечто, что привлекает нас больше, чем его чудесная способность подвергаться непосредственному воздействию вибраций среды, без вмешательства грубой материи, и больше, чем его непостижимая чувствительность и способность различать. Это его значение в жизненных процессах. Какими бы ни были взгляды человека на природу и жизнь, он должен быть поражен, когда впервые в своих мыслях осознает важность глаза в физических процессах и умственных функциях человеческого организма. И как может быть иначе, когда он понимает, что глаз - это средство, с помощью которого человечество приобрело все знания, которыми оно обладает, что он контролирует все наши движения, более того, все наши поступки.

Нет другого способа приобрести знание, кроме как через зрение. Что является основой всех философских систем древнего и нового времени, фактически, всей философии человека? Я существую, я мыслю; я мыслю, следовательно, я существую. Но как бы я мог мыслить и как бы я узнал, что я существую, если бы у меня не было глаза? Ибо знание включает в себя сознание; сознание включает в себя идеи, концепции; концепции включают в себя картины или образы, а образы - чувство зрения и, следовательно, орган зрения. Но как насчет слепых, спросят вас? Да, слепой человек может изобразить в великолепных стихах формы и сцены из реальной жизни, из мира, который он физически не видит. Слепой человек может с безошибочной точностью касаться клавиш инструмента, может смоделировать самую быстроходную лодку, может открывать и изобретать, вычислять и конструировать, может творить еще большие чудеса — но все слепые, которые делали подобные вещи, произошли от тех, у кого были зрячие глаза. Природа может достичь того же результата многими способами. Подобно волне в физическом мире, в бесконечном океане среды, которая пронизывает все, так и в мире организмов, в жизни, начатый импульс продвигается вперед, иногда, может быть, со скоростью света, иногда, опять же, так медленно, что кажется, что он остается на века и эпохи, проходя через процессы сложности, непостижимые для людей, но во всех своих формах, на всех своих стадиях его энергия всегда присутствует как единое целое. Единственный луч света от далекой звезды, упавший на глаза тирана в прошлые времена, мог изменить ход его жизни, мог изменить судьбу наций, мог преобразить поверхность земного шара, настолько запутанны, настолько непостижимо сложны процессы в Природе. Ни в коем случае мы не можем получить такого ошеломляющего представления о величии Природы, как когда мы рассматриваем, что в соответствии с законом сохранения энергии, во всей бесконечности силы находятся в совершенном равновесии, и, следовательно, энергия одной мысли может определять движение Вселенной. Не обязательно, чтобы каждый индивид, даже не каждое поколение или многие поколения, имели физический инструмент зрения, чтобы иметь возможность формировать образы и думать, то есть формировать идеи или концепции; но когда-то, в процессе эволюции, глаз, безусловно, должен был существовать, иначе мышление, как мы его понимаем, было бы невозможно; иначе концепции, такие как дух, интеллект, рассудок, называйте это как хотите, не могли бы существовать. Возможно, что в каком-то другом мире, у каких-то других существ глаз заменен другим органом, таким же или более совершенным, но эти существа не могут быть людьми.

Итак, что побуждает всех нас к произвольным движениям и действиям любого рода? Снова глаза. Если я осознаю движение, у меня должна быть идея или представление, то есть образ, следовательно, глаз. Если я не совсем осознаю движение, то это потому, что образы расплывчаты, будучи размытыми из-за наложения многих других. Но когда я совершаю движение, исходит ли импульс, побуждающий меня к действию, изнутри или извне? Величайшие физики не брезговали попытками ответить на этот и подобные ему вопросы и временами предавались наслаждениям чистой и необузданной мысли. Обычно считается, что такие вопросы не относятся к области позитивной физической науки, но вскоре будут присоединены к ее предметной области. Гельмгольц, вероятно, думал о жизни больше, чем любой современный ученый. Лорд Кельвин выразил свою веру в то, что жизненный процесс является электрическим и что существует сила, присущая организму и определяющая его движения. Точно так же, как я убежден в какой-либо физической истине, я убежден, что побудительный импульс должен исходить извне. Рассмотрим самый низший организм, который мы знаем, — а низших организмов, вероятно, много, — совокупность всего нескольких клеток. Если он способен к произвольным движениям, он может выполнять бесконечное количество движений, все определенные и точные. Но теперь механизм, состоящий из конечного числа частей, и притом немногих, не может выполнять бесконечное число определенных движений, следовательно, импульсы, управляющие его движениями, должны исходить из окружающей среды. Итак, атом, скрытый элемент структуры Вселенной, вечно болтается в пространстве, подчиняясь внешним воздействиям, подобно лодке в неспокойном море. Если бы оно прекратило свое движение, оно бы умерло. Покоящаяся материя, если бы такая вещь могла существовать, была бы мертвой материей. Смерть материи! Никогда еще не было произнесено предложение с более глубоким философским смыслом. Именно таким образом проф. Дьюар убедительно выражает это в описании своих замечательных экспериментов, в которых с жидким кислородом обращаются так же, как с водой, а воздух при обычном давлении конденсируется и даже затвердевает на сильном холоде. Эксперименты, которые служат иллюстрацией, говоря его языком, последних слабых проявлений жизни, последних трепетов материи, готовой умереть. Но человеческие глаза не должны быть свидетелями такой смерти. Смерти материи не существует, ибо во всей бесконечной вселенной все должно двигаться, вибрировать, то есть жить.

Я сделал предыдущие утверждения, рискуя ступить на метафизическую почву, в своем желании представить предмет этой лекции в манере, которая, я могу надеяться, не совсем неинтересна аудитории, к которой я имею честь обращаться. Но теперь, возвращаясь к теме, к этому божественному органу зрения, к этому незаменимому инструменту для мышления и всех интеллектуальных наслаждений, который открывает нам чудеса этой вселенной, благодаря которому мы приобрели те знания, которыми обладаем, и который побуждает нас к всей нашей физической и умственной активности и контролирует ее. Чем это вызвано? Светом! Что такое свет?

Мы стали свидетелями огромных успехов, достигнутых во всех областях науки за последние годы. Успехи были настолько велики, что мы не можем удержаться от вопроса: все это правда или всего лишь сон? Столетия назад люди жили, думали, делали открытия, изобретали и верили, что они парят, в то время как они просто двигались черепашьим шагом. Так что мы тоже можем ошибаться. Но принимая истинность наблюдаемых событий как один из подразумеваемых фактов науки, мы должны радоваться уже достигнутому огромному прогрессу и еще больше - предвкушению того, что должно произойти, судя по возможностям, открываемым современными исследованиями. Однако мы наблюдаем прогресс, который должен быть особенно приятен каждому ценителю прогресса. Это не открытие, не изобретение и не достижение в каком-либо конкретном направлении. Это прогресс во всех направлениях научной мысли и эксперимента. Я имею в виду обобщение природных сил и явлений, появление на научном горизонте определенной широкой идеи. Однако именно эта идея уже давно овладела наиболее развитыми умами, на которую я хочу привлечь ваше внимание и которую я намерен в общих чертах проиллюстрировать в этих экспериментах в качестве первого шага к ответу на вопрос “Что такое свет?” и осознанию современного значения этого слова.

Останавливаться на предмете света в целом выходит за рамки моей лекции, моя цель состоит в том, чтобы просто обратить ваше внимание на определенный класс световых эффектов и ряд явлений, наблюдаемых при изучении этих эффектов. Но чтобы быть последовательным в своих замечаниях, необходимо заявить, что, согласно этой идее, ныне принятой большинством ученых как положительный результат теоретических и экспериментальных исследований, различные формы или проявления энергии, которые обычно обозначались как “электрические” или, более точно, “электромагнитные”, являются энергетическими проявлениями той же природы, что и излучение тепла и света. Следовательно, явления света, тепла и другие, помимо них, могут быть названы электрическими явлениями. Таким образом, электротехника стала наукой-прародительницей всего, и ее изучение приобрело первостепенное значение. День, когда мы точно узнаем, что такое “электричество”, станет хроникой события, вероятно, более великого, чем любое другое, зарегистрированное в истории человечества. Придет время, когда комфорт, возможно, само существование человека будет зависеть от этого чудесного агента. Для нашего существования и комфорта нам нужны тепло, свет и механическая энергия. Как мы теперь получаем все это? Мы получаем их из топлива, мы получаем их, потребляя материалы. Что будет делать человек, когда исчезнут леса, когда истощатся угольные месторождения? Согласно нашим нынешним знаниям, останется только одно - передавать энергию на большие расстояния. Люди пойдут к водопадам, к приливам и отливам, которые являются хранилищами бесконечно малой части неизмеримой энергии Природы. Там они будут использовать энергию и передавать ее в свои поселения, чтобы согревать свои дома, давать им свет и заставлять трудиться своих послушных рабов, машины. Но как они будут передавать эту энергию, если не с помощью электричества? Рассудите тогда, не будет ли комфорт, нет, само существование человека зависеть от электричества. Я понимаю, что это точка зрения не инженера-практика, но и не иллюзиониста, поскольку несомненно, что передача энергии, которая в настоящее время является всего лишь стимулом для предприимчивости, когда-нибудь станет острой необходимостью.

Для студента, который берется за изучение световых явлений, более важно досконально ознакомиться с определенными современными взглядами, чем просматривать целые книги по теме света как такового, будучи оторванным от этих взглядов. Поэтому, если бы я проводил эти демонстрации перед студентами, ищущими информацию, — и ради тех немногих, кто может присутствовать, разрешите мне так предполагать, — моей главной задачей было бы внушить им эти взгляды в ходе этой серии экспериментов.

Для этой цели может быть достаточно провести простой и хорошо известный эксперимент. Я мог бы взять знакомый прибор, лейденскую банку, зарядить ее от фрикционной машины, а затем разрядить. Объясняя вам его постоянное состояние при зарядке и его временное состояние при разрядке, привлекая ваше внимание к силам, которые вступают в игру, и к различным явлениям, которые они производят, и указывая на взаимосвязь сил и явлений, я мог бы полностью преуспеть в иллюстрировании этой современной идеи. Без сомнения, мыслителю этот простой эксперимент понравился бы не меньше, чем самая великолепная демонстрация. Но это должна быть экспериментальная демонстрация, которая должна обладать не только поучительными, но и развлекательными свойствами, и, как таковой, простой эксперимент, подобный приведенному, не слишком продвинулся бы в достижении цели лектора. Поэтому я должен выбрать другой способ иллюстрации, конечно, более зрелищный, но, возможно, и более поучительный. Вместо машины трения и Лейденской банки я воспользуюсь в этих экспериментах индукционной катушкой с особыми свойствами, которая была подробно описана мной в лекции перед Лондонским институтом инженеров-электриков в феврале 1892 года. Эта индукционная катушка способна генерировать токи с огромной разностью потенциалов, чередующиеся с предельной скоростью. С помощью этого аппарата я попытаюсь показать вам три различных класса эффектов, или феноменов, и я желаю, чтобы каждый эксперимент, служа иллюстрацией, в то же время научил нас какой-нибудь новой истине или показал нам какой-нибудь новый аспект этой увлекательной науки. Но прежде чем сделать это, представляется уместным и полезным остановиться на используемом оборудовании и методе получения высоких потенциалов и токов высокой частоты, которые используются в этих экспериментах.

ОБ АППАРАТЕ И СПОСОБЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ

Эти высокочастотные токи получаются особым образом. Используемый метод был предложен мной около двух лет назад на экспериментальной лекции в Американском институте инженеров-электриков. Ряд способов, практикуемых в лаборатории для получения этих токов либо от постоянных, либо от низкочастотных переменных токов, схематически показан на рис. 165, который позже будет подробно описан. Общий план состоит в том, чтобы заряжать конденсаторы от источника постоянного или переменного тока, предпочтительно высокого напряжения, и разряжать их прерывистым способом при соблюдении хорошо известных условий, необходимых для поддержания колебаний тока. Ввиду общего интереса, проявляемого к токам высокой частоты и производимым ими эффектам, мне кажется целесообразным несколько подробнее остановиться на этом методе преобразования. Чтобы дать вам четкое представление об этом действии, я предположу, что используется генератор постоянного тока, что часто очень удобно. Желательно, чтобы генератор обладал таким высоким напряжением, чтобы иметь возможность пробивать небольшое воздушное пространство. Если это не так, то придется прибегнуть к вспомогательным средствам, некоторые из которых будут указаны впоследствии. Когда конденсаторы заряжаются до определенного потенциала, воздух или изолирующее пространство выходит из строя и происходит разрушающий разряд. Затем происходит внезапный скачок тока, и, как правило, значительная часть накопленной электрической энергии расходуется сама собой. После этого конденсаторы быстро заряжаются, и тот же процесс повторяется в более или менее быстрой последовательности. Для получения таких внезапных скачков тока необходимо соблюдать определенные условия. Если скорость, с которой разряжаются конденсаторы, такая же, как и скорость, с которой они заряжаются, то, очевидно, в предполагаемом случае конденсаторы не задействованы. Если скорость разряда меньше скорости зарядки, то, опять же, конденсаторы не могут играть важной роли. Но если, наоборот, скорость разряда больше, чем скорость зарядки, то получается последовательность скачков тока. Очевидно, что если скорость, с которой энергия рассеивается при разряде, намного превышает скорость подачи в конденсаторы, внезапные порывы будут сравнительно небольшими, с длительными интервалами времени между ними. Это всегда происходит, когда конденсатор значительной емкости заряжается с помощью сравнительно небольшой машины. Если скорости подачи и рассеивания не сильно различаются, то скачки тока будут происходить в более быстрой последовательности, и это тем больше, чем ближе к равенству обе скорости, пока не будут достигнуты ограничения, характерные для каждого случая и зависящие от ряда причин. Таким образом, мы можем получить от генератора постоянного тока сколь угодно быструю последовательность разрядов. Конечно, чем выше напряжение генератора, тем меньше требуется емкость конденсаторов, и по этой причине, в принципе, выгодно использовать генератор очень высокого напряжения. Кроме того, такой генератор позволяет достичь более высоких уровней вибрации.


РИС. 165.

При ранее принятых условиях порывы тока могут иметь одно и то же направление, но в большинстве случаев на основную вибрацию тока накладывается колебание. Когда условия определены таким образом, что отсутствуют колебания, импульсы тока являются однонаправленными, и, таким образом, обеспечивается средство преобразования непрерывного тока высокого напряжения в постоянный ток более низкого напряжения, который, я думаю, может найти применение в технике.

Этот метод преобразования чрезвычайно интересен, и я был очень впечатлен его красотой, когда впервые задумал его. В некоторых отношениях он идеален. Это не предполагает использования каких-либо механических устройств и позволяет получать токи любой желаемой частоты из обычной цепи, прямые или переменные. Частоту основных разрядов, зависящую от относительных скоростей подачи и рассеивания, можно легко варьировать в широких пределах путем простой регулировки этих величин, а частоту накладываемой вибрации - путем определения емкости, самоиндукции и сопротивления цепи. Потенциал токов, опять же, может быть повышен настолько, насколько любая изоляция способна безопасно выдерживать, за счет сочетания емкости и самоиндукции или за счет индукции во вторичной обмотке, которая должна иметь сравнительно немного витков.

Поскольку условия часто таковы, что прерывистость или колебание не сразу устанавливается, особенно при использовании источника постоянного тока, полезно подключить прерыватель к электрической дуге, поскольку некоторое время назад я указывал на использование пневматического дутья, магнита или другого подобного устройства, которое находится под рукой. Магнит с особым преимуществом используется при преобразовании постоянного тока, так как в этом случае он очень эффективен. Если первичным источником является генератор переменного тока, желательно, как я уже указывал в другом случае, чтобы частота была низкой, а ток, образующий дугу, большим, чтобы сделать магнит более эффективным.

Форма такого разрядника с магнитом, которая была признана удобной и принята после некоторых испытаний, в частности, при преобразовании постоянного тока, показана на рис. 166. Ns - это полюсные наконечники очень сильного магнита, который возбуждается катушкой C. Полюсные наконечники имеют прорези для регулировки и могут быть закреплены в любом положении винтами s s1. Разрядные стержни d d1, утонченные на концах для обеспечения более близкого приближения магнитных полюсных наконечников, проходят через латунные стойки b b1 и закрепляются на нужном месте винтами s2 s2. Пружины r r1 и хомуты c c1 надеваются на стержни, причем последние служат для установки концов стержней на определенном подходящем расстоянии с помощью винтов s3 s3, а первые - для разведения концов в стороны. Когда требуется запустить дугу, рукой быстро нажимают на одну из больших резиновых ручек h h1, в результате чего концы стержней соприкасаются, но мгновенно разъединяются пружинами r r1. Было обнаружено, что такое расположение часто бывает необходимым, а именно в случаях, когда электромагнитное поле не было достаточно большим, чтобы вызвать прорыв разряда через зазор, а также когда было желательно избежать короткого замыкания генератора из-за металлического контакта стержней. Скорость прерывания тока с помощью магнита зависит от напряженности магнитного поля и от разности потенциалов в конце дуги. Перерывы обычно делаются в такой быстрой последовательности, что получается музыкальный звук. Много лет назад было замечено, что когда мощная индукционная катушка разряжается между полюсами сильного магнита, разряд производит громкий звук, мало чем отличающийся от небольшого пистолетного выстрела. Было расплывчато указано, что искра усилилась из-за присутствия магнитного поля. Теперь ясно, что ток разряда, протекавший в течение некоторого времени, большое количество раз прерывался магнитом, производя таким образом звук. Это явление особенно заметно, когда цепь возбуждения большого магнита или динамо-машины разрывается в мощном магнитном поле.


РИС. 166.

Когда ток через зазор сравнительно велик, полезно надеть на кончики разрядных стержней кусочки очень твердого углерода и позволить дуге проходить между кусочками углерода. Это сохраняет стержни и, кроме того, имеет преимущество в том, что воздушное пространство остается более горячим, поскольку тепло не отводится так быстро через углерод, и в результате для поддержания последовательности разрядов требуется меньший Э.Д.С. в дуговом промежутке.

Другая форма разрядника, которая может быть использована с пользой в некоторых случаях, показана на рис. 167. В этой форме выпускные стержни d d1 проходят через отверстия в деревянном ящике B, который изнутри густо покрыт слюдой, как указано жирными линиями. Отверстия снабжены слюдяными трубками m m1 некоторой толщины, которые предпочтительно не соприкасаются со стержнями d d1. Коробка имеет крышку C, которая немного больше и опускается снаружи коробки. Разрядник нагревается маленькой лампочкой l, находящейся в коробке. Пластина p над лампой позволяет тяге проходить только через дымоход e лампы, при этом воздух поступает через отверстия oo в нижней части коробки или вблизи нее и следует по пути, указанному стрелками. Когда разрядник работает, дверца коробки закрыта, чтобы свет дуги не был виден снаружи. Желательно как можно лучше исключить попадание света, поскольку это мешает некоторым экспериментам. Разрядник этой формы прост и очень эффективен при правильном обращении. Воздух, нагретый до определенной температуры, теряет свою изолирующую способность; он становится как бы диэлектрически слабым, и, как следствие, дугу можно зажигать на гораздо большем расстоянии. Дуга, конечно, должна быть достаточно изолирующей, чтобы позволить разряду беспрепятственно проходить через зазор. Дуга, образующаяся в таких условиях при большой длине, может стать чрезвычайно чувствительной, а слабой тяги через дымоход лампы с вполне достаточно для быстрого отключения. Регулировка производится путем регулирования температуры и скорости потока воздуха. Вместо использования лампы, она отвечает назначению обеспечивать поток теплого воздуха другими способами. Очень простой способ, который был применен на практике, заключается в том, чтобы заключить дугу в длинную вертикальную трубу с пластинами сверху и снизу для регулирования температуры и скорости воздушного потока. Необходимо было принять какие-то меры для приглушения звука.


РИС. 167.

Воздух может стать диэлектрически слабым также из-за разрежения. Разрядники такого типа также использовались мной в сочетании с магнитом. Для этой цели большая трубка снабжена тяжелыми электродами из углерода или металла, между которыми пропускается разряд, при этом трубка помещается в мощное магнитное поле. Опорожнение трубки доводится до точки, при которой разряд легко прорывается, но давление должно быть более 75 миллиметров, при котором происходит обычный разряд по резьбе. В разряднике другой формы, сочетающем в себе упомянутые выше характеристики, разряд проходил между двумя регулируемыми магнитными полюсами, причем пространство между ними поддерживалось при повышенной температуре.

Здесь следует отметить, что когда используются такие или прерывающие устройства любого типа и токи проходят через первичную обмотку катушки прерывающего разряда, как правило, нецелесообразно производить количество прерываний тока в секунду, превышающее собственную частоту колебаний цепи питания динамо-машины, которая обычно невелика. Здесь также следует отметить, что, хотя устройства, упомянутые в связи с прерывистым разрядом, полезны при определенных условиях, иногда они могут быть источником проблем, поскольку они создают перебои и другие нарушения вибрации, которые было бы очень желательно преодолеть.

С сожалением должен сказать, что в этом прекрасном методе обращения есть недостаток, который, к счастью, не является жизненно важным и который я постепенно преодолеваю. Я лучше всего привлеку внимание к этому дефекту и укажу на плодотворное направление работы, сравнив электрический процесс с его механическим аналогом. Процесс можно проиллюстрировать следующим образом. Представьте себе резервуар с широким отверстием на дне, которое удерживается закрытым давлением пружины, но так, чтобы оно внезапно открывалось, когда жидкость в резервуаре достигнет определенной высоты. Позвольте жидкости подаваться в резервуар с помощью трубы, подающей жидкость с определенной скоростью. Когда достигается критическая высота жидкости, пружина поддается и дно резервуара выпадает. Жидкость мгновенно вытекает через широкое отверстие, и пружина, восстанавливая свою силу, снова закрывает дно. Теперь резервуар заполнен, и через определенный промежуток времени повторяется тот же процесс. Понятно, что если труба подает жидкость быстрее, чем нижнее выпускное отверстие способно ее пропустить, дно останется открытым, и резервуар все равно будет переполняться. Если скорости подачи точно равны, то нижняя крышка останется частично открытой и, как правило, не будет возникать вибрации самой крышки и столба жидкости, хотя она могла бы возникнуть, если бы ее каким-либо образом запустить. Но если впускная труба не подает жидкость достаточно быстро к выпускной, то вибрация будет возникать всегда. Опять же, в таком случае каждый раз, когда нижняя заслонка поднимается или опускается, пружина и столб жидкости, если правильно выбраны податливость пружины и инерция движущихся частей, будут совершать независимые колебания. В этом аналоге жидкость можно сравнить с электричеством или электрической энергией, резервуар - с конденсатором, пружину - с диэлектриком, а трубу - с проводником, по которому электричество подается в конденсатор. Чтобы сделать эту аналогию достаточно полной, необходимо сделать предположение, что дно каждый раз, когда оно поддается, сильно ударяется о неэластичный упор, и этот удар влечет за собой некоторую потерю энергии; и что, кроме того, некоторое рассеивание энергии происходит из-за потерь на трение. В предыдущем аналоге предполагается, что жидкость находится под постоянным давлением. Если предположить, что присутствие жидкости изменяется ритмично, это может быть принято как соответствующее случаю переменного тока. Тогда процесс не так прост для рассмотрения, но действие в принципе то же самое.

Для экономичного поддержания вибрации желательно максимально снизить потери на удар и трение. Что касается последних, которые в электрическом аналоге соответствуют потерям из-за сопротивления цепей, полностью устранить их невозможно, но они могут быть сведены к минимуму за счет правильного выбора размеров цепей и использования тонких проводников в виде жил. Но более важно было бы преодолеть потерю энергии, вызванную первым пробитием диэлектрика, что в приведенном выше примере соответствует сильному удару днища о неэластичный упор. В момент прорыва воздушное пространство имеет очень высокое сопротивление, которое, вероятно, снижается до очень малого значения, когда ток достигает некоторой силы, и пространство нагревается до высокой температуры. Это существенно уменьшило бы потери энергии, если бы в помещении всегда поддерживалась чрезвычайно высокая температура, но тогда не произошло бы разрушительного разрыва. При умеренном нагревании помещения с помощью лампы или иным способом значительно повышается экономия электрической дуги. Но магнит или другое прерывающее устройство не уменьшают потери в электрической дуге. Аналогично, струя воздуха только облегчает отвод энергии. Воздух или газ в целом ведет себя любопытно в этом отношении. Когда два тела, заряженные до очень высокого потенциала, разрушительно разряжаются в воздушном пространстве, воздух может унести любое количество энергии. Очевидно, что эта энергия рассеивается физическими носителями в результате ударов и столкновительных потерь молекул. Обмен молекулами в пространстве происходит с невообразимой быстротой. При мощном разряде, происходящем между двумя электродами, они могут оставаться полностью холодными, и все же потери в воздухе могут представлять собой любое количество энергии. При очень большой разнице потенциалов в зазоре вполне реально рассеять несколько лошадиных сил в дуге разряда, даже не заметив небольшого повышения температуры электродов. Все потери на трение возникают тогда практически в воздухе. Если предотвратить обмен молекулами воздуха, например, герметично закрыв воздух, газ внутри сосуда быстро нагревается до высокой температуры, даже при очень небольшом разряде. Трудно оценить, сколько энергии теряется в звуковых волнах, слышимых или нет, при мощном разряде. Когда токи через зазор велики, электроды могут быстро нагреваться, но это не является надежным показателем потери энергии на дугу, поскольку потери через сам зазор могут быть сравнительно небольшими. Воздух или газ в целом, по крайней мере при обычном давлении, явно не лучшая среда, через которую должен происходить разрушительный разряд. Воздух или другой газ под большим давлением, конечно, является гораздо более подходящей средой для разрядного промежутка. Я проводил длительные эксперименты в этом направлении, к сожалению, менее осуществимые из-за трудностей и дороговизны получения воздуха под большим давлением. Но даже если среда в разрядном пространстве твердая или жидкая, все равно имеют место те же потери, хотя они, как правило, меньше, поскольку как только возникает электрическая дуга, твердое вещество или жидкость улетучиваются. Действительно, не известно ни одного тела, которое не было бы разрушено дугой, и среди ученых остается открытым вопрос, может ли вообще произойти дуговой разряд в самом воздухе без отрыва частиц от электродов. Когда ток через зазор очень мал, а дуга очень длинная, я полагаю, что при разрушении электродов поглощается относительно значительное количество тепла, которое частично из-за этого может оставаться довольно холодным.

Идеальная среда для разрядного промежутка должна иметь только трещины, а идеальный электрод должен быть изготовлен из какого-либо материала, который не поддается разрушению. При небольших токах через зазор лучше всего использовать алюминий, но не при больших токах. Разрыв в воздухе или более или менее в любой обычной среде не имеет характера трещины, но он скорее сравним с пронзением бесчисленным количеством пуль массы, оказывающей большое сопротивление трению при движении пуль, что влечет за собой значительные потери энергии. Среда, которая просто растрескивалась бы при электростатическом напряжении — и это, возможно, могло бы иметь место в случае с совершенным вакуумом, то есть чистым эфиром, — приводила бы к очень небольшим потерям в зазоре, настолько малым, что им можно было бы полностью пренебречь, по крайней мере теоретически, потому что трещина может образоваться при бесконечно малом смещении. При извлечении продолговатой лампы, снабженной двумя алюминиевыми выводами, с величайшей осторожностью мне удалось создать такое разрежение, что вторичный разряд разрядной катушки пробивал бы лампу в виде тонких искровых потоков.

Любопытным моментом было то, что разряд полностью игнорировал клеммы и начинался далеко за двумя алюминиевыми пластинами, которые служили электродами. Такой необычайно высокий вакуум мог поддерживаться лишь очень короткое время. Чтобы вернуться к идеальному носителю, представьте, ради иллюстрации, кусок стекла или подобный предмет, зажатый в тисках, которые сжимаются все сильнее и сильнее. В определенный момент незначительное повышение давления приведет к растрескиванию стекла. Потери энергии, связанные с раскалыванием стекла, могут быть практически нулевыми, поскольку, хотя сила велика, смещение должно быть чрезвычайно малым. Теперь представьте, что стекло обладает свойством снова полностью закрывать трещину при незначительном уменьшении давления. Именно так должен вести себя диэлектрик в разрядном пространстве. Но поскольку в промежутке всегда будут какие-то потери, среда, которая должна быть непрерывной, должна проходить через промежуток с высокой скоростью. В предыдущем примере, если стекло было идеально закрыто, это означало бы, что диэлектрик в разрядном пространстве обладает большой изолирующей способностью; если стекло треснуло, это означало бы, что среда в пространстве является хорошим проводником. Сопротивление диэлектрика должно сильно изменяться из-за незначительных колебаний электромагнитного поля в пространстве разряда. Это условие достигается, но крайне несовершенным образом, путем нагревания воздушного пространства до определенной критической температуры, зависящей от Э.М.Ф. через зазор, или иным образом снижая изолирующую способность воздуха. Но на самом деле воздух никогда не разрушается разрушительным образом, если строго интерпретировать этот термин, потому что перед внезапным порывом тока ему всегда предшествует слабый ток, который поднимается сначала постепенно, а затем сравнительно внезапно. Именно по этой причине скорость изменения намного выше, когда стекло, например, пробивается насквозь, чем когда пробой происходит через воздушное пространство с эквивалентной диэлектрической прочностью. Для этого в качестве среды для разгрузочного пространства было бы предпочтительнее твердое вещество или даже жидкость. Несколько трудно представить себе твердое тело, которое обладало бы свойством мгновенно закрываться после того, как в нем образовалась трещина. Но жидкость, особенно под большим давлением, ведет себя практически как твердое вещество, при этом она обладает свойством закрывать трещину. Следовательно, считалось, что жидкий изолятор может быть более подходящим в качестве диэлектрика, чем воздух. Следуя этой идее, был опробован ряд различных форм разрядников, в которых использовались различные такие изоляторы, иногда находящиеся под большим давлением. Считается достаточным в нескольких словах остановиться на одной из форм, с которыми проводились эксперименты. Один из таких разрядников показан на рис. 168a и 168b.


РИС. 168а.


РИС. 168b.

Полый металлический шкив p (рис. 168a) был закреплен на стержне a, который с помощью подходящих средств вращался со значительной скоростью. На внутренней стороне шкива, но отсоединенный от него, поддерживался тонкий диск h (толщина которого показана для наглядности) из твердой резины, в который были встроены два металлических сегмента s s с металлическими выступами e e, в которые были ввинчены токопроводящие клеммы t t, покрытые толстыми трубками из твердой резины t1 t1. Резиновый диск h с металлическими сегментами s s был обработан на токарном станке, и вся его поверхность была тщательно отполирована, чтобы обеспечить минимально возможное сопротивление трению при движении в жидкости. В полость шкива была налита изолирующая жидкость, такая как жидкое масло, чтобы она доходила почти до отверстия, оставленного во фланце f, который был плотно привинчен к передней стороне шкива. Клеммы t t были подсоединены к противоположным поверхностям батареи конденсаторов таким образом, чтобы разряд происходил через жидкость. Когда шкив вращался, жидкость прижималась к ободу шкива, что приводило к значительному давлению жидкости. Таким простым способом разрядный зазор заполнялся средой, которая вела себя практически как твердое вещество, обладала свойством мгновенно закрываться при возникновении разрыва и, более того, быстро циркулировала через зазор. Очень мощный эффект производили разряды такого рода с жидкостными прерывателями, из которых было изготовлено множество различных форм. Было обнаружено, что, как и ожидалось, таким способом можно получить более длинную искру для провода заданной длины, чем при использовании воздуха в качестве прерывающего устройства. Как правило, скорость, а следовательно, и давление жидкости, были ограничены из-за трения жидкости в виде описанного разрядника, но практически достижимая скорость была более чем достаточной для создания ряда разрывов, подходящих для обычно используемых контуров. В таких случаях металлический шкив р был снабжен несколькими выступами внутрь, и затем производилось определенное количество разрывов, которое можно было вычислить по скорости вращения шкива. Были также проведены эксперименты с жидкостями различной изолирующей способности с целью уменьшения потерь в дуге. Когда изолирующая жидкость умеренно нагрета, потери в дуге уменьшаются.

В экспериментах с различными разрядами такого рода был отмечен важный момент. Было обнаружено, например, что, хотя условия, поддерживаемые в этих формах, были благоприятными для получения искры большой длины, полученный таким образом ток не лучшим образом подходил для получения световых эффектов. Опыт, несомненно, показал, что для таких целей предпочтительнее гармоническое повышение и понижение потенциала. Независимо от того, раскаляется ли твердое вещество добела или фосфоресцирует, или энергия передается с помощью покрытия конденсатора через стекло, совершенно очевидно, что гармонично возрастающий и падающий потенциал производит меньшее разрушительное действие и что вакуум поддерживается более постоянно. Это было бы легко объяснить, если бы было установлено, что процесс, происходящий в опорожненном сосуде, имеет электролитическую природу.

В схематическом наброске, рис. 165, на который уже ссылались, проиллюстрированы случаи, с которыми, скорее всего, придется столкнуться на практике. В его распоряжении имеется постоянный или переменный ток от питающей станции. Экспериментатору в изолированной лаборатории удобно использовать машину G, такую, как показано на рисунке, способную подавать оба вида тока. В таком случае также предпочтительно использовать машину с несколькими цепями, поскольку во многих экспериментах полезно и удобно иметь в одном распоряжении токи разных фаз. На чертеже D представляет собой прямую, а A - переменную цепь. В каждой из них показаны три ответвления, все из которых снабжены двухлинейными переключателями s s s s s s s. Рассмотрим сначала преобразование постоянного тока; Ia представляет собой простейший случай. Если Э.М.Ф. генератора достаточна для прорыва через небольшое воздушное пространство, по крайней мере, когда последнее нагрето или иным образом плохо изолировано, нет никаких трудностей в поддержании вибрации с достаточной экономичностью путем разумной регулировки мощности, самоиндукции и сопротивления цепи L, содержащей устройства l, lm. Магнит N, S в этом случае может быть выгодно скомбинирован с воздушным пространством. Разрядник dd с магнитом может быть размещен любым способом, как указано полными или пунктирными линиями. Предполагается, что схема Ia с соединениями и устройствами должна иметь такие размеры, которые подходят для поддержания вибрации. Но обычно электромагнитное сопротивление в цепи или ответвлении Ia будет составлять что-то вроде 100 вольт или около того, и в данном случае этого недостаточно, чтобы пробить зазор. Для устранения этой проблемы можно использовать множество различных средств, подняв Э.М.Ф. поперек зазора. Самым простым, вероятно, является включение большой катушки самоиндукции последовательно с контуром L. Когда дуга устанавливается, как с помощью разрядника, показанного на рис. 166, магнит гасит дугу в тот момент, когда она образуется. Теперь дополнительный ток разрыва, имеющий высокую Э.М.Ф., прорывается через зазор, и снова обеспечивается путь с низким сопротивлением для тока динамо-машины, при ослаблении или спаде дополнительного тока происходит внезапный выброс тока из динамо-машины. Этот процесс повторяется в быстрой последовательности, и таким образом я поддерживаю колебания на уровне всего лишь 50 Вольт или даже меньше по всему промежутку. Но преобразование по этому плану не рекомендуется из-за слишком больших токов через зазор и последующего нагрева электродов; кроме того, частоты, полученные таким образом, низкие из-за высокой самоиндукции, обязательно связанной с цепью. Очень желательно иметь Э.М.Ф. как можно выше, во-первых, для того, чтобы повысить экономичность преобразования, и, во-вторых, для получения высоких частот. Разница потенциалов в этом электрическом колебании, конечно, эквивалентна растягивающей силе в механической вибрации пружины. Для получения очень быстрой вибрации в контуре с некоторой инерцией необходима большая растягивающая сила или разность потенциалов. Кстати, когда электромагнитное поле очень велико, конденсатор, который обычно используется в цепи, должен иметь небольшую емкость, и при этом достигается много других преимуществ. С целью повышения E.M.F. до значения, во много раз превышающего значение, получаемое от обычных распределительных цепей, используется вращающийся трансформатор g, как указано в IIa, рис. 165, или же отдельная машина с высоким потенциалом приводится в действие с помощью двигателя, работающего от генератора G. Последний план на самом деле предпочтительнее, поскольку вносить изменения проще. Соединения от обмотки высокого напряжения во многом аналогичны соединениям в ответвлении Ia, за исключением того, что к цепи высокого напряжения подключен конденсатор С, который должен быть регулируемым. Обычно в этих экспериментах также использовалась регулируемая катушка самоиндукции, подключенная последовательно к цепи. Когда напряжение токов очень велико, магнит, обычно используемый в соединении с разрядником, имеет сравнительно небольшую стоимость, поскольку довольно легко отрегулировать размеры контура таким образом, чтобы поддерживались колебания. Использование постоянного Э.М.Ф. при преобразовании высокой частоты дает некоторые преимущества по сравнению с использованием переменного Э. М.Ф., поскольку регулировка намного проще и действием легче управлять. Но, к сожалению, это ограничено доступной разностью потенциалов. Обмотка также легко выходит из строя из-за искр, которые образуются между секциями якоря или коллектора при сильных колебаниях. Кроме того, эти трансформаторы дороги в изготовлении. Опытным путем было установлено, что лучше всего следовать плану, приведенному в IIIa. В этом устройстве вращающийся трансформатор g используется для преобразования постоянных токов низкого напряжения в низкочастотные переменные токи, предпочтительно также небольшого напряжения. Затем напряжение токов повышается в стационарном трансформаторе T. Вторичная обмотка S этого трансформатора подключена к регулируемому конденсатору C, который разряжается через зазор или разрядник dd, размещенный любым из указанных способов, через первичную обмотку P катушки прерывистого разряда, при этом ток высокой частоты получается от вторичной обмотки S этой катушки, как описано в предыдущих случаях. Несомненно, это будет признан самым дешевым и удобным способом преобразования постоянного тока.

Три ответвления цепи А представляют собой обычные случаи, встречающиеся на практике при преобразовании переменных токов. На рис. Ib конденсатор C, обычно большой емкости, подключен к цепи L, содержащей устройства l l, m m. Предполагается, что устройства mm должны обладать высокой самоиндукцией, чтобы приблизить частоту цепи более или менее к частоте динамо-машины. В этом случае разрядник d d лучше всего должен иметь количество включений и остановов в секунду, равное удвоенной частоте динамо-машины. Если это не так, то он должен иметь по крайней мере число, кратное или даже дробное частоте динамо-машины. Обращаясь к Ib, следует отметить, что преобразование в высокий потенциал также осуществляется, когда разрядник dd, который показан на чертеже, опущен. Но эффекты, производимые токами, которые мгновенно возрастают до высоких значений, как при разрушительном разряде, полностью отличаются от эффектов, производимых динамо-токами, которые возрастают и спадают гармонично. Так, например, в данном случае может иметь место количество включений и выключений при dd, равное всего лишь удвоенной частоте динамо-машины, или, другими словами, может иметь место такое же количество основных колебаний, которое производилось бы без разрядного промежутка, и может даже не быть более быстрой накладывающейся вибрации; однако различия потенциалов в различных точках цепи, импеданс и другие явления, зависящие от скорости изменения, не будут иметь сходства в двух случаях. Таким образом, при работе с прерывистыми разрядами тока в первую очередь следует учитывать не частоту, как может показаться студенту, а скорость изменения в единицу времени. При низких частотах в определенной степени могут быть получены те же эффекты, что и при высоких частотах, при условии, что скорость изменения достаточно велика. Таким образом, если ток низкой частоты повысить до потенциала, скажем, 75 000 Вольт, и ток высокого напряжения пропустить через ряд нитей накаливания лампы с высоким сопротивлением, важность разреженного газа, окружающего нить накаливания, становится очевидной, как будет показано ниже; или, если ток низкой частоты в несколько тысяч ампер пропустить через металлический стержень, наблюдаются поразительные явления импеданса, как и при токах высоких частот. Но, конечно, очевидно, что при использовании токов низкой частоты невозможно получить такие скорости изменения в единицу времени, как при использовании высоких частот, следовательно, эффекты, производимые последними, гораздо более заметны. Считается целесообразным сделать предыдущие замечания, поскольку многие более недавно описанные эффекты были невольно отождествлены с высокими частотами. Сама по себе частота в реальности ничего не значит, за исключением случаев, когда рассматривается невозмущенное гармоническое колебание.

В ответвлении IIIb показано расположение, аналогичное расположению в Ib, с той разницей, что токи, протекающие через зазор dd, используются для индуцирования токов во вторичной обмотке S трансформатора T. В таком случае вторичная обмотка должна быть снабжена регулируемым конденсатором с целью настройки его на первичную обмотку.

IIb иллюстрирует схему высокочастотного преобразования переменного тока, которая используется чаще всего и которая считается наиболее удобной. Этот план подробно обсуждался ранее, и его нет необходимости описывать здесь.

Некоторые из этих результатов были получены при использовании высокочастотного генератора переменного тока. Описание таких машин можно найти в моем первоначальном докладе Американскому институту инженеров-электриков и в периодических изданиях того периода, в частности в "Инженере-электрике" от 18 марта 1891 года.

Теперь я продолжу эксперименты.

О ЯВЛЕНИЯХ , ВЫЗЫВАЕМЫХ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОЙ СИЛОЙ

Первый класс эффектов, который я намерен вам показать, - это эффекты, создаваемые электростатической силой. Это сила, которая управляет движением атомов, которая заставляет их сталкиваться и вырабатывать поддерживающую жизнь энергию тепла и света, и которая заставляет их объединяться бесконечным разнообразием способов, в соответствии с причудливыми замыслами Природы, и формировать все эти удивительные структуры, которые мы видим вокруг нас; фактически, если наши нынешние взгляды верны, это самая важная сила, которую нам следует рассматривать в Природе. Поскольку термин "электростатический" может подразумевать устойчивое электрическое состояние, следует отметить, что в этих экспериментах сила не постоянна, а изменяется со скоростью, которую можно считать умеренной, примерно миллион раз в секунду или около того. Это позволяет мне производить множество эффектов, которые невозможно произвести с неизменной силой.

Когда два проводящих тела изолированы и наэлектризованы, мы говорим, что между ними действует электростатическая сила. Эта сила проявляется в притяжении, отталкивании и напряжениях в телах и пространстве или среде снаружи. Напряжение, создаваемое в воздухе или чем бы то ни было, разделяющем два проводящих тела, может быть настолько велико, что оно может разрушиться, и мы наблюдаем искры, или пучки света, или стримеры, как их еще называют. Эти струйки образуются в изобилии, когда сила, действующая на воздух, быстро меняется. Я проиллюстрирую это действие электростатической силы в новом эксперименте, в котором я буду использовать индукционную катушку, упомянутую ранее. Катушка находится в желобе, заполненном маслом, и расположена под столом. Два конца вторичного провода проходят через два толстых стержня из твердой резины, которые выступают на некоторую высоту над столом. Необходимо сильно изолировать концы или клеммы вторичной обмотки твердой резиной, потому что даже сухая древесина является слишком плохим изолятором для этих токов с огромной разницей потенциалов. На один из выводов катушки я поместил большую сферу из листовой латуни, которая соединена с большей изолированной латунной пластиной, чтобы я мог проводить эксперименты в условиях, которые, как вы увидите, больше подходят для этого эксперимента. Теперь я включаю катушку и подхожу к свободной клемме с металлическим предметом в руке, просто чтобы избежать ожогов. Когда я приближаюсь к металлическому предмету на расстояние восьми или десяти дюймов, из конца вторичного провода, который проходит через резиновый столбик, вырывается поток яростных искр. Искры прекращаются, когда металл в моей руке касается провода. Теперь по моей руке проходит мощный электрический ток, вибрирующий примерно миллион раз в секунду. Повсюду вокруг меня дает о себе знать электростатическая сила, и молекулы воздуха и частицы пыли, летающие вокруг, подвергаются воздействию и яростно ударяются о мое тело. Это возбуждение частиц настолько велико, что, когда выключают свет, вы можете увидеть, как на некоторых частях моего тела появляются потоки слабого света. Когда такая лента вырывается на любой части тела, это вызывает ощущение, подобное уколу иглы. Если бы потенциалы были достаточно высокими, а частота вибрации довольно низкой, кожа, вероятно, разорвалась бы при огромном напряжении, и кровь хлынула бы с огромной силой в виде мелкой струи, настолько тонкой, что ее невозможно было бы разглядеть, подобно маслу, нанесенному на положительный вывод аппарата Хольца. Прорыв кожи, хотя поначалу это может показаться невозможным, возможно, произойдет из-за того, что ткани под кожей обладают несравненно лучшей проводимостью. Это, по крайней мере, кажется правдоподобным, судя по некоторым наблюдениям.

Я могу сделать эти потоки света видимыми для всех, прикоснувшись металлическим предметом к одному из выводов, как и раньше, и поднеся свободную руку к латунной сфере, которая подключена ко второму выводу катушки. По мере приближения к руке воздух между ней и сферой или в непосредственной близости от нее возбуждается сильнее, и теперь вы видите потоки света, вырывающиеся из кончиков моих пальцев и из всей руки (рис. 169). Если бы я подошел к руке поближе, от медного шара к моей руке отскочили бы мощные искры, что могло бы нанести вред. Ленты не доставляют особых неудобств, за исключением того, что на кончиках пальцев ощущается жжение. Их не следует путать с лентами, создаваемыми машиной воздействия, потому что во многих отношениях они ведут себя по-разному. Я прикрепил латунную сферу и пластину к одному из выводов, чтобы предотвратить образование видимых полос на этом выводе, а также для того, чтобы искры не разлетались на значительное расстояние. Кроме того, насадка удобна для работы с катушкой.


РИС. 169.

Потоки света, которые вы наблюдали, исходящие из моей руки, обусловлены потенциалом около 200 000 вольт, чередующимся с довольно нерегулярными интервалами, иногда примерно миллион раз в секунду. Вибрации той же амплитуды, но в четыре раза большей, для поддержания которой потребовалось бы более 3 000 000 вольт, было бы более чем достаточно, чтобы окутать мое тело сплошным пламенем. Но это пламя не сожгло бы меня; напротив, есть вероятность, что я ни в малейшей степени не пострадал бы. И все же сотой доли этой энергии, направленной иным образом, было бы вполне достаточно, чтобы убить человека.

Количество энергии, которое, таким образом, может быть передано в тело человека, зависит от частоты и потенциала токов, и, делая оба этих параметра очень большими, огромное количество энергии может быть передано в тело, не вызывая никакого дискомфорта, за исключением, возможно, руки, по которой проходит настоящий ток проводимости. Причина, по которой не ощущается боли в теле и не отмечается никакого вредного воздействия, заключается в том, что везде, если представить, что через тело проходит ток, направление его течения будет под прямым углом к поверхности; следовательно, тело экспериментатора представляет собой огромное сечение для тока, а плотность очень мала, за исключением, возможно, руки, где плотность может быть значительной. Но если бы только небольшая часть этой энергии была приложена таким образом, чтобы ток проходил через тело таким же образом, как ток низкой частоты, был бы получен удар, который мог бы привести к летальному исходу. Постоянный или низкочастотный переменный ток смертелен, я думаю, главным образом потому, что его распределение по телу неравномерно, поскольку он должен разделяться на мельчайшие струйки большой плотности, в результате чего некоторые органы получают жизненно важные повреждения. В том, что такой процесс происходит, у меня нет ни малейших сомнений, хотя никаких доказательств, по-видимому, не может существовать или быть обнаружено при исследовании. Самый верный способ нанести вред и разрушить жизнь - это постоянный ток, но самый болезненный - переменный ток очень низкой частоты. Выражение этих взглядов, которые являются результатом длительных экспериментов и наблюдений, как с постоянными, так и с изменяющимися течениями, вызвано интересом, который в настоящее время проявляют к этому предмету, и явно ошибочными идеями, которые ежедневно выдвигаются в журналах по этому вопросу.

Я могу проиллюстрировать действие электростатической силы другим поразительным экспериментом, но прежде я должен обратить ваше внимание на один или два факта. Я уже говорил ранее, что когда среда между двумя противоположно наэлектризованными телами напрягается сверх определенного предела, она уступает, и, выражаясь популярным языком, противоположные электрические заряды объединяются и нейтрализуют друг друга. Это разрушение среды происходит главным образом тогда, когда сила, действующая между телами, постоянна или изменяется с умеренной скоростью. Если бы изменение было достаточно быстрым, такого разрушительного разрыва не произошло бы, какой бы большой ни была сила, поскольку вся энергия была бы потрачена на излучение, конвекцию, механическое и химическое воздействие. Таким образом, длина искры, или наибольшее расстояние, которое искра проскочит между наэлектризованными телами, тем меньше, чем больше вариация или скорость изменения во времени. Но это правило можно считать верным только в общем виде, при сравнении показателей, которые сильно различаются.

Я покажу вам с помощью эксперимента разницу в эффекте, производимом быстро меняющейся и постоянной или умеренно изменяющейся силой. Здесь у меня есть две большие круглые латунные пластины p p (рис. 170a и рис. 170b), поддерживаемые на подвижных изолирующих подставках на столе, соединенные с концами вторичной обмотки катушки, подобной той, что использовалась ранее. Я размещаю пластины на расстоянии десяти-двенадцати дюймов друг от друга и включаю катушку. Вы видите, что все пространство между пластинами, почти два кубических фута, заполнено равномерным светом, рис. 170а. Этот свет возникает из-за серпантина, который вы видели в первом эксперименте, и который теперь намного интенсивнее. Я уже указывал на важность этих стримеров в коммерческой аппаратуре и их еще большую важность в некоторых чисто научных исследованиях. Часто они слишком слабы, чтобы быть видимыми, но они всегда существуют, потребляя энергию и изменяя действие аппарата. При такой интенсивности, как в настоящее время, они производят озон в больших количествах, а также, как указал профессор Крукс, азотистую кислоту. Химическое действие настолько быстро, что если использовать змеевик, подобный этому, в течение очень длительного времени, это сделает атмосферу маленького помещения невыносимой, так как поражаются глаза и горло. Но при умеренном воздействии серпантин чудесно освежает атмосферу, подобно грозе, и, несомненно, оказывает благотворное воздействие.


РИС. 170a.     РИС. 170b.

В этом эксперименте сила, действующая между пластинами, изменяется по интенсивности и направлению с очень высокой скоростью. Теперь я значительно уменьшу скорость изменения в единицу времени. Это достигается за счет уменьшения частоты разрядов через первичную обмотку индукционной катушки, а также за счет уменьшения частоты вибрации во вторичной обмотке. Первый результат удобно обеспечить, опустив электромагнитный клапан над воздушным зазором в первичном контуре, а второй - приблизив две латунные пластины на расстояние примерно трех-четырех дюймов. Когда катушка включена, вы не видите ни струек, ни света между пластинами, но среда между ними находится под огромным напряжением. Я еще больше усиливаю напряжение, повышая Э.М.Ф. в первичном контуре, и вскоре вы видите, как воздух уходит из-под контроля, а зал озаряется дождем ярких и шумящих искр, рис. 170b. Эти искры также можно было производить с неизменной силой; они были знакомым явлением в течение многих лет, хотя обычно их получали с помощью совершенно другого устройства. Описывая эти два явления, столь радикально отличающиеся по внешнему виду, я намеренно упомянул о “силе”, действующей между пластинами. В соответствии с общепринятыми взглядами было бы сказать, что между пластинами действовало "переменное электромагнитное поле”. Этот термин вполне уместен и применим во всех случаях, когда имеются доказательства, по крайней мере, возможности существенной взаимозависимости электрического состояния пластин или электрического воздействия по соседству с ними. Но если пластины были удалены на бесконечное расстояние или на конечное расстояние, то для такой зависимости нет никакой вероятности или необходимости. Я предпочитаю использовать термин “электростатическая сила” и говорить, что такая сила действует вокруг каждой пластины или наэлектризованного изолированного тела в целом. Использование этого выражения сопряжено с неудобством, поскольку этот термин случайно означает устойчивое электрическое состояние; но надлежащая номенклатура в конечном итоге разрешит эту трудность.

Теперь я возвращаюсь к эксперименту, на который я уже ссылался и с помощью которого я хочу проиллюстрировать поразительный эффект, производимый быстро меняющейся электростатической силой. Я прикрепляю к концу провода l (рис. 171), который соединен с одной из клемм вторичной обмотки индукционной катушки, разряженную лампочку b. Эта лампа содержит тонкую углеродную нить накала f, которая прикреплена к платиновой проволоке w, запаянной в стекло и ведущей наружу лампы, где она соединяется с проводом l. Лампочка может быть разряжена до любой степени, достижимой с помощью обычного прибора. Буквально минуту назад вы были свидетелями разрушения воздуха между заряженными латунными пластинами. Вы знаете, что стеклянная пластина или любой другой изоляционный материал разрушились бы подобным образом. Следовательно, если бы я прикрепил металлическое покрытие к внешней стороне колбы или поместил рядом с ней и подсоединил это покрытие к другому выводу катушки, вы были бы готовы увидеть, как стекло поддается, если напряжение будет достаточно увеличено. Даже если бы покрытие было подключено не к другому выводу, а к изолированной пластине, все равно, если вы следили за последними разработками, вы, естественно, ожидали бы разрыва стекла.


РИС. 171.

Но вы, безусловно, удивитесь, заметив, что под действием изменяющейся электростатической силы стекло поддается, когда все остальные элементы извлекаются из колбы. На самом деле, все окружающие тела, которые мы воспринимаем, могут быть удалены на бесконечное расстояние, ни в малейшей степени не влияя на результат. Когда змеевик приводится в действие, стекло неизменно пробивается в уплотнителе или другом узком канале, и вакуум быстро нарушается. Такой разрушительный разрыв не произошел бы при постоянном усилии, даже если бы оно было во много раз больше. Разрыв происходит из-за перемешивания молекул газа внутри колбы и за ее пределами. Это перемешивание, которое обычно наиболее сильно в узком заостренном канале рядом с уплотнителем, вызывает нагрев и разрыв стекла. Однако этого разрыва не произошло бы, даже при изменении силы, если бы среда, заполняющая внутреннюю часть колбы, и среда, окружающая ее, были совершенно однородны. Разрыв происходит гораздо быстрее, если верхушка луковицы вытянута в тонкое волокно. Поэтому в луковицах, используемых с этими спиралями, следует избегать таких узких заостренных каналов.

Когда проводящее тело погружается в воздух или аналогичную изолирующую среду, состоящую из мелких свободно подвижных частиц, способных к наэлектризовыванию, или содержащих их, и когда наэлектризованность тела претерпевает очень быстрые изменения — что эквивалентно утверждению, что электростатическая сила, действующая вокруг тела, различна по интенсивности, — мелкие частицы притягиваются и отталкиваются, и их сильные удары о тело могут вызвать механическое движение последнего. Явления такого рода заслуживают внимания, поскольку они ранее не наблюдались с помощью приборов, подобных тем, которые обычно используются. Если очень легкую проводящую сферу подвесить на чрезвычайно тонкой проволоке и зарядить до постоянного потенциала, каким бы высоким он ни был, сфера останется в состоянии покоя. Даже если потенциал будет быстро меняться, при условии, что мелкие частицы вещества, молекулы или атомы, распределены равномерно, никакого движения сферы не должно произойти. Но если одна сторона проводящей сферы покрыта толстым изолирующим слоем, удары частиц заставят сферу перемещаться, как правило, по неправильным кривым, рис. 172а. Аналогичным образом, как я показывал в предыдущем случае, вращается вентилятор из листового металла, рис. 172b, частично покрытый изоляционным материалом, как указано, и размещенный на выводе катушки так, чтобы он мог свободно вращаться на ней.


РИС. 172а.


РИС. 172b.

Все эти явления, свидетелями которых вы были, и другие, которые будут показаны позже, происходят из-за присутствия среды, подобной воздуху, и не могли бы происходить в сплошной среде. Действие воздуха может быть еще лучше проиллюстрировано следующим экспериментом. Я беру стеклянную трубку t, рис. 173, диаметром около дюйма, с платиновой проволокой w, запаянной на нижнем конце, и к которой прикреплена тонкая нить накаливания лампы f. Я соединяю провод с клеммой катушки и включаю катушку в работу. Теперь платиновая проволока быстро наэлектризовывается положительно и отрицательно, а проволока и воздух внутри трубки быстро нагреваются под воздействием частиц, которые могут быть настолько сильными, что накаляют нить накаливания. Но если я наливаю масло в трубку, как только проволока покрывается маслом, все действия, по-видимому, прекращаются, и заметных признаков нагрева нет. Причина этого в том, что масло представляет собой практически сплошную среду. Перемещения в такой сплошной среде при таких частотах, по-видимому, несравнимо меньше, чем в воздухе, следовательно, работа, выполняемая в такой среде, незначительна. Но масло вело бы себя совсем по-другому при частотах во много раз больших, потому что, даже если смещения невелики, если бы частота была намного больше, в масле могла бы выполняться значительная работа.


РИС. 173.

Электростатические притяжения и отталкивания между телами измеримых размеров являются из всех проявлений этой силы первыми отмеченными так называемыми электрическими явлениями. Но хотя они известны нам уже много веков, точная природа механизма, задействованного в этих действиях, нам все еще неизвестна и даже не была достаточно удовлетворительно объяснена. Что это за механизм такой? Мы не можем не удивляться, когда наблюдаем, как два магнита притягивают и отталкивают друг друга с силой в сотни фунтов, а между ними, по-видимому, ничего нет. В наших коммерческих динамо-машинах есть магниты, способные выдерживать в воздухе тонны веса. Но что значат даже эти силы, действующие между магнитами, по сравнению с огромными притяжениями и отталкиваниями, создаваемыми электростатической силой, интенсивность которой, по-видимому, безгранична. При разрядах молнии тела часто заряжаются до такого высокого потенциала, что их отбрасывает с немыслимой силой и разрывает на части или разлетается на осколки. Тем не менее, даже такие эффекты не могут сравниться с притяжением и отталкиванием, которые существуют между заряженными молекулами или атомами и которых достаточно, чтобы отбрасывать их со скоростью многих километров в секунду, так что под их сильным воздействием тела сильно раскаляются и улетучиваются. Для мыслителя, исследующего природу этих сил, представляет особый интерес отметить, что в то время как взаимодействия между отдельными молекулами или атомами происходят, по-видимому, при любых условиях, притяжение и отталкивание тел измеримых размеров подразумевают среду, обладающую изолирующими свойствами. Итак, если воздух, будучи разреженным или нагретым, становится более или менее проводящим, эти взаимодействия между двумя наэлектризованными телами практически прекращаются, в то время как взаимодействия между отдельными атомами продолжают проявляться.

Эксперимент может служить иллюстрацией и средством выявления других особенностей, представляющих интерес. Некоторое время назад я показал, что нить накаливания или провод, установленный в колбе и подключенный к одному из выводов вторичной катушки высокого напряжения, начинает вращаться, при этом верхняя часть нити накаливания обычно описывает окружность. Эта вибрация была очень энергичной, когда воздух в колбе находился под обычным давлением, и становилась менее энергичной, когда воздух в колбе был сильно сжат. Она полностью прекращалась, когда воздух был выпущен, чтобы обеспечить сравнительно хорошую проводимость. В то время я обнаружил, что никакой вибрации не происходит, когда лампочка очень сильно разряжена. Но я предположил, что вибрация, которую я приписал электростатическому действию между стенками колбы и нитью накала, должна иметь место и в сильно разряженной колбе. Чтобы проверить это в более благоприятных условиях, была сконструирована колба, подобная той, что изображена на рис. 174. Он состоял из шара b, в горловине которого была запаяна платиновая проволока w, несущая тонкую нить накаливания лампы f. В нижней части шара была запаяна трубка t, окружавшая нить накаливания. Истощение было доведено до такой степени, насколько это было практически возможно при использовании аппарата.


РИС. 174.

Эта лампочка подтвердила мои ожидания, поскольку нить накаливания начала вращаться при включении тока и раскалилась добела. Это также показало еще одну интересную особенность, имеющую отношение к предыдущим замечаниям, а именно, когда нить накаливания некоторое время оставалась раскаленной, узкая трубка и пространство внутри нагревались до повышенной температуры, и поскольку газ в трубке затем становился проводящим, электростатическое притяжение между стеклом и нитью накала становилось очень слабым или прекращалось, и нить накала останавливалась. Когда он приходил в состояние покоя, то светился гораздо интенсивнее. Вероятно, это было связано с тем, что он занял положение в центре трубки, где молекулярная бомбардировка была наиболее интенсивной, а также частично с тем фактом, что отдельные удары были более сильными и что никакая часть подаваемой энергии не была преобразована в механическое движение. Поскольку, в соответствии с общепринятыми взглядами, в этом эксперименте накал должен быть объяснен столкновениями частиц, молекул или атомов в нагретом пространстве, следовательно, для объяснения такого воздействия следует предположить, что эти частицы ведут себя как независимые носители электрических зарядов, погруженные в изолирующую среду; однако между стеклянной трубкой и нитью накала нет силы притяжения, поскольку пространство в трубке в целом является проводящим.

В этой связи представляет некоторый интерес наблюдение, что, хотя притяжение между двумя наэлектризованными телами может прекратиться из-за ослабления изолирующей способности среды, в которую они погружены, отталкивание между телами все еще может наблюдаться. Это может быть объяснено правдоподобным образом. Когда тела помещаются на некотором расстоянии в слабопроводящую среду, такую как слегка подогретый или разреженный воздух, и внезапно наэлектризовываются, им передаются противоположные электрические заряды, эти заряды более или менее выравниваются за счет утечки через воздух. Но если тела наэлектризованы подобным образом, то для такого рассеяния предоставляется меньше возможностей, следовательно, наблюдаемое в таком случае отталкивание больше, чем притяжение. Однако отталкивающие действия в газовой среде, как отмечает проф. Дж. Крукс показал, что это усиливается молекулярной бомбардировкой.

О ТЕКУЩИХ Или ДИНАМИЧЕСКИХ ЯВЛЕНИЯХ ЭЛЕКТРИЧЕСТВА

До сих пор я рассматривал в основном эффекты, создаваемые изменяющейся электростатической силой в изолирующей среде, такой как воздух. Когда такая сила действует на проводящее тело измеримых размеров, она вызывает внутри него или на его поверхности смещение электричества и порождает электрические токи, а они вызывают явления другого рода, некоторые из которых я сейчас попытаюсь проиллюстрировать. Представляя этот второй класс электрических эффектов, я воспользуюсь главным образом такими, которые могут быть получены без какой-либо обратной цепи, надеясь заинтересовать вас еще больше, представив эти явления в более или менее новом аспекте.

Долгое время из-за ограниченного опыта работы с вибрационными токами было принято рассматривать электрический ток как нечто, циркулирующее по замкнутому проводящему контуру. Сначала было удивительно осознать, что ток может протекать по проводящему контуру, даже если последний прерван, и еще более удивительно было узнать, что иногда заставить ток протекать в таких условиях может быть даже проще, чем по замкнутому контуру. Но эта старая идея постепенно исчезает даже среди практичных людей и вскоре будет полностью забыта.

Если я подсоединю изолированную металлическую пластину P, рис. 175, к одному из выводов T индукционной катушки с помощью провода, хотя эта пластина очень хорошо изолирована, ток проходит по проводу, когда катушка включена. Сначала я хочу предоставить вам доказательства того, что по соединительному проводу проходит ток. Очевидный способ продемонстрировать это - вставить между выводом катушки и изолированной пластиной очень тонкую платиновую или немецко-серебряную проволоку w и довести последнюю до накала или оплавления током. Для этого требуется довольно большая пластина или же импульсы тока очень высокого потенциала и частоты. Другой способ состоит в том, чтобы взять катушку С, рис. 175, содержащую множество витков тонкого изолированного провода, и вставить ее на пути подачи тока к пластине. Когда я подсоединяю один из концов катушки к проводу, ведущему к другой изолированной пластине P1, а другой ее конец - к клемме T1 индукционной катушки и включаю последнюю в рабочее состояние, ток проходит через вставленную катушку c, и наличие тока может проявляться различными способами. Например, я вставляю железный сердечник i внутрь катушки. Поскольку ток очень высокой частоты, он, если будет иметь некоторую силу, вскоре нагреет железный сердечник до заметно более высокой температуры, поскольку гистерезис и потери на ток велики при таких высоких частотах. Можно было бы взять сердечник определенного размера, ламинированный или нет, это не имело бы большого значения; но для этой цели подойдет обычная железная проволока толщиной 1/16 или 1/8 дюйма. Пока индукционная катушка работает, ток проходит через вставленную катушку, и достаточно всего нескольких мгновений, чтобы нагреть железную проволоку i до повышенной температуры, достаточной для размягчения сургуча s, и заставить бумажную шайбу p, прикрепленную ею к железной проволоке, отвалиться. Но с помощью такого устройства, как у меня здесь, можно провести другие, гораздо более интересные демонстрации такого рода. У меня есть вторичный провод S, рис. 176, из грубой проволоки, намотанный на катушку, аналогичную первой. В предыдущем эксперименте ток через катушку С, рис. 175, был очень мал, но, поскольку витков было много, железная проволока, тем не менее, сильно нагревалась. Если бы я пропустил этот ток через проводник, чтобы показать нагрев последнего, ток, возможно, был бы слишком мал, чтобы произвести желаемый эффект. Но с помощью этой катушки, снабженной вторичной обмоткой, я теперь могу преобразовать слабый ток высокого напряжения, который проходит через первичную обмотку P, в сильный вторичный ток низкого напряжения, и этот ток вполне определенно будет делать то, что я ожидаю. В маленькую стеклянную трубку (t, рис. 176) я вложил свернутую платиновую проволоку w, это просто для того, чтобы защитить проволоку. На каждом конце стеклянной трубки запаян вывод из прочной проволоки, к которому подсоединен один из концов платиновой проволоки w,. Я соединяю клеммы вторичной катушки с этими клеммами и вставляю первичную обмотку p между изолированной пластиной P1 и клеммой T1 индукционной катушки, как и раньше. После приведения последнего в действие платиновая проволока w мгновенно раскаляется и может быть оплавлена, даже если она очень толстая.


РИС. 175.


РИС. 176.

Вместо платинового провода я теперь беру обычную 50-вольтовую лампу 16 c. p.. Когда я включаю индукционную катушку, нить накала лампы накаляется до высокой температуры. Однако нет необходимости использовать изолированную пластину, поскольку лампа (l, рис. 177) накаляется даже в том случае, если пластина P1 отсоединена. Вторичная обмотка также может быть подключена к первичной, как показано пунктирной линией на рис. 177, чтобы более или менее устранить электростатическую индукцию или иным образом изменить действие.


РИС. 177.

Здесь я могу обратить внимание на ряд интересных наблюдений, связанных с лампой. Сначала я отсоединяю одну из клемм лампы от вторичной обмотки S. Когда срабатывает индукционная катушка, отмечается свечение, которое заполняет всю лампочку. Это свечение происходит из-за электростатической индукции. Она увеличивается, когда лампочку берут рукой, и таким образом мощность тела экспериментатора добавляется к вторичному контуру. Вторичная обмотка, по сути, эквивалентна металлическому покрытию, которое было бы нанесено рядом с первичной обмоткой. Если бы вторичная обмотка или ее эквивалент, покрытие, были размещены симметрично первичной обмотке, электростатическая индукция была бы равна нулю при обычных условиях, то есть при использовании первичной обратной цепи, поскольку обе половины нейтрализовали бы друг друга. Вторичная обмотка фактически расположена симметрично первичной, но действие обеих половин последней, когда только один из ее концов подключен к индукционной катушке, не совсем одинаково; следовательно, имеет место электростатическая индукция и, следовательно, свечение в лампочке. Я могу почти уравнять действие обеих половин первичной обмотки, подсоединив другой, свободный конец к изолированной пластине, как в предыдущем эксперименте. Когда пластина подсоединена, свечение исчезает. С пластиной меньшего размера он не исчез бы полностью, и тогда он способствовал бы яркости нити накала при закрытой вторичной обмотке, нагревая воздух в лампе.

Чтобы продемонстрировать еще одну интересную функцию, я определенным образом отрегулировал используемые катушки. Сначала я подсоединяю обе клеммы лампы к вторичной обмотке, при этом один конец первичной обмотки подсоединяется к клемме T1 индукционной катушки, а другой - к изолированной пластине P1, как и раньше. При включении тока лампа ярко светится, как показано на рис. 178b, на котором C представляет собой катушку из тонкой проволоки, а S - вторичную обмотку из грубой проволоки, намотанную на нее. Если изолирующую пластину P1 отсоединить, оставив один из концов a первичной обмотки изолированным, нить накала становится темной или, как правило, ее яркость уменьшается (рис. 178a). Подключив снова, я повышаю частоту тока, делая нить накала совсем темной или едва красной (рис. 179b). Я снова отсоединю пластину. Конечно, можно сделать вывод, что при отсоединении пластины ток через первичную обмотку ослабнет, что, следовательно, электромагнитное излучение упадет во вторичной обмотке и что яркость лампы уменьшится. Возможно, это так, и результат может быть обеспечен простой регулировкой катушек, а также изменением частоты и потенциала токов. Но, возможно, более интересно отметить, что яркость пластины P1 и лампы увеличивается, когда пластина отсоединена (рис. 179a). В этом случае вся энергия, получаемая первичной обмоткой, теперь поступает в нее, подобно заряду аккумулятора в океанском кабеле, но большая часть этой энергии восстанавливается через вторичную обмотку и используется для зажигания лампы. Ток, проходящий через первичную обмотку, наиболее силен на конце b, который соединен с выводом T1 индукционной катушки, и уменьшается по направлению к удаленному концу a. Но динамический индуктивный эффект, оказываемый на вторичную обмотку, теперь больше, чем раньше, когда подвесная пластина была подключена к первичной обмотке. Эти результаты могли быть вызваны рядом причин. Например, при подключении пластины P1 реакция катушки C может быть такой, что уменьшает потенциал на выводе T1 катушки индуктивности и, следовательно, ослабляет ток через первичную обмотку катушки C. Или отсоединение пластины может уменьшить эффект емкости по отношению к первичной обмотке последней катушки до такой степени, что ток через нее уменьшается, хотя потенциал на выводе T1 катушки индуктивности может быть таким же или даже выше. Или же результат мог быть получен в результате изменения фазы первичного и вторичного токов и последующей реакции. Но главным определяющим фактором является соотношение самоиндукции и емкости катушки C и пластины P1, а также частота токов. Большая яркость нити накала на рис. 179а, однако, частично обусловлена нагревом разреженного газа в лампе за счет электростатической индукции, которая, как отмечалось ранее, усиливается, когда подвесная пластина отсоединена.


РИС. 178a. РИС. 178b.


РИС. 179a. РИС. 179b.

Здесь я могу обратить ваше внимание на еще одну интересную особенность. Когда изолированная пластина отсоединена и вторичная обмотка катушки разомкнута, при приближении небольшого предмета к вторичной обмотке из него могут вылететь очень маленькие искры, что показывает, что электростатическая индукция в этом случае невелика. Но при замыкании вторичной обмотки на себя или через лампу нить накала ярко светится, и от вторичной обмотки возникают сильные искры. Электростатическая индукция теперь намного больше, потому что замкнутая вторичная обмотка определяет больший поток тока через первичную обмотку и, главным образом, через ту ее половину, которая подключена к индукционной катушке. Если теперь взять лампочку рукой, мощность вторичной обмотки по отношению к первичной увеличивается за счет тела экспериментатора, а яркость нити накала увеличивается, причем накал теперь происходит частично за счет протекания тока через нить накала, а частично за счет молекулярной бомбардировки разреженным газом в колбе.

Предыдущие эксперименты подготовят почву для следующих интересных результатов, полученных в ходе этих исследований. Поскольку я могу пропускать ток через изолированный провод, просто подсоединив один из его концов к источнику электрической энергии, поскольку я могу индуцировать с его помощью другой ток, намагничивать железный сердечник и, короче говоря, выполнять все операции так, как если бы использовалась обратная цепь, очевидно, что я также могу приводить в действие двигатель с помощью только одного провода. В предыдущем случае я описывал простую форму двигателя, состоящего из одной катушки возбуждения, железного сердечника и диска. Рис. 180 иллюстрирует модифицированный способ управления таким двигателем переменного тока с помощью токов, индуцируемых в трансформаторе, подключенном к одному выводу, и несколько других схем управления определенным классом двигателей переменного тока, основанных на действии токов разной фазы. Принимая во внимание современное состояние техники, представляется достаточным описать эти устройства всего в нескольких словах. На схеме, рис. 180 II, показана первичная катушка P, соединенная одним из своих концов с линией L, ведущей от клеммы T1 трансформатора высокого напряжения. По индуктивной связи с этой первичной обмоткой P представляет собой вторичную обмотку S из грубой проволоки, в цепи которой находится катушка c. Токи, индуцируемые во вторичной обмотке, питают железный сердечник i, который предпочтительно, но не обязательно, разделен, и приводят во вращение металлический диск d. Такой двигатель М2, схематически показанный на рис. 180 II, был назван “двигателем с магнитным запаздыванием”, но против этого выражения могут возразить те, кто приписывает вращение диска вихревым токам, циркулирующим по мельчайшим траекториям, когда сердечник i окончательно разделен. Для эффективной работы такого двигателя в соответствии с указанным планом частоты не должны быть слишком высокими, не более четырех-пяти тысяч, хотя вращение производится даже со скоростью десять тысяч в секунду или более.


РИС. 180.

На рис. 180 I схематически показан двигатель M1, имеющий две цепи питания, A и B. Цепь A подключена к линии L, и последовательно с ней расположена первичная обмотка P, свободный конец которой может быть подсоединен к изолированной пластине P1, такое подключение обозначено пунктирными линиями. Другая цепь двигателя B подключена к вторичной обмотке S, которая находится в индуктивной связи с первичной обмоткой P. Когда клемма трансформатора T1 поочередно наэлектризована, токи проходят через разомкнутую линию L, а также цепь A и первичную обмотку P. Токи, проходящие через последние, индуцируют вторичные токи в цепи S, которые проходят через питающую катушку B двигателя. Токи через вторичную обмотку S и через первичную обмотку P различаются по фазе на 90 градусов или почти так и способны вращать якорь, расположенный индуктивно относительно цепей A и B.

На рис. 180 III показан аналогичный двигатель M3 с двумя цепями питания A1 и B1. Первичная обмотка P, соединенная одним из своих концов с линией L, имеет вторичную обмотку S, которая предпочтительно намотана для обеспечения достаточно высокого электромагнитного поля и к которой подключены две цепи питания двигателя, одна непосредственно к концам вторичной обмотки, а другая через конденсатор C, под действием которого токи, проходящие через цепи A1 и B1, различаются по фазе.

На рис. 180 IV показано еще одно устройство. В этом случае к линии L подключаются две первичные линии P1 и P2, одна через конденсатор C небольшой емкости, а другая напрямую. Первичные цепи снабжены вторичными цепями S1 и S2, которые подключены последовательно к цепям питания A2 и B2 и двигателю M3, при этом конденсатор C снова служит для создания необходимой разницы в фазе токов, проходящих через цепи двигателя. Поскольку такие фазные двигатели с двумя или более контурами в настоящее время хорошо известны в данной области техники, они были проиллюстрированы здесь схематически. При эксплуатации двигателя указанным способом или подобными способами не возникает никаких трудностей; и хотя такие эксперименты до сих пор представляют только научный интерес, в недалеком будущем они могут быть проведены с практическими целями.

Представляется полезным посвятить здесь несколько замечаний вопросу управления устройствами всех видов с помощью только одного подводящего провода. Совершенно очевидно, что при использовании высокочастотных токов заземление — по крайней мере, при большой амплитуде токов — лучше, чем обратный провод. Такие заземления нежелательны при постоянных или низкочастотных токах из-за разрушительного химического действия первых и возмущающих воздействий, оказываемых обоими на соседние цепи; но при высоких частотах этих воздействий практически нет. Тем не менее, даже заземляющие соединения становятся излишними, когда электромагнитное поле очень велико, поскольку вскоре достигается состояние, когда ток может более экономично проходить по разомкнутым, чем по замкнутым проводникам. Каким бы отдаленным ни казалось промышленное применение такой однопроводной передачи энергии тому, кто не имеет опыта в подобных направлениях экспериментов, оно не покажется таковым любому, кто в течение некоторого времени проводил исследования подобного характера. Действительно, я не понимаю, почему такой план не должен быть осуществимым. Также не следует думать, что для осуществления такого плана явно требуются токи очень высокой частоты, поскольку как только используются потенциалы, скажем, 30 000 Вольт, однопроводная передача может осуществляться на низких частотах, и мной были проведены эксперименты, из которых сделаны эти выводы.

В лабораторной практике было обнаружено, что при очень высоких частотах довольно легко регулировать эффекты способом, показанным на диаграмме Рис. 181. Здесь показаны две первичные линии P и P1, каждая из которых соединена одним своим концом с линией L, а другим концом с пластинами конденсатора C и C соответственно. Рядом с ними расположены другие пластины конденсатора C1 и C1, первая из которых подключена к линии L, а вторая - к изолированной пластине большего размера P2. На первичные провода намотаны вторичные провода S и S1 из грубой проволоки, соединенные с устройствами d и l соответственно. Изменяя расстояния между пластинами конденсатора C и C1, а также C и C1, токи через вторичные обмотки S и S1 изменяются по интенсивности. Любопытной особенностью является большая чувствительность, малейшее изменение расстояния между пластинами приводит к значительным изменениям интенсивности или силы токов. Чувствительность может быть доведена до предела, если установить частоту такой, чтобы сама первичная обмотка, без какой-либо пластины, прикрепленной к ее свободному концу, удовлетворяла, в сочетании с закрытой вторичной обмоткой, условию резонанса. В таких условиях чрезвычайно небольшое изменение пропускной способности свободного терминала приводит к большим колебаниям. Например, мне удалось настроить условия таким образом, что простое приближение человека к катушке приводит к значительному изменению яркости ламп, подключенных к вторичной обмотке. Такие наблюдения и эксперименты представляют, конечно, в настоящее время главным образом научный интерес, но вскоре они могут приобрести практическое значение.


РИС. 181.

Очень высокие частоты, конечно, непрактичны для двигателей из-за необходимости использования железных сердечников. Но можно использовать внезапные разряды низкой частоты и, таким образом, получить определенные преимущества высокочастотных токов, не делая железный сердечник полностью неспособным следить за изменениями и не приводя к очень большому расходованию энергии в сердечнике. Я обнаружил, что вполне практично работать с такими низкочастотными разрушительными разрядами конденсаторов, двигателей переменного тока. Определенный класс таких двигателей, который я разработал несколько лет назад, содержащих замкнутые вторичные цепи, будет вращаться довольно энергично, когда разряды направляются через катушки возбуждения. Одна из причин, по которой такой двигатель так хорошо работает при таких разрядах, заключается в том, что разница по фазе между первичным и вторичным токами составляет 90 градусов, что обычно не имеет места при гармонично возрастающем и падающем токах низкой частоты. Было бы небезынтересно продемонстрировать эксперимент с простым двигателем такого типа, поскольку обычно считается, что разрушающие разряды непригодны для таких целей. Двигатель показан на рис. 182. Он состоит из довольно большого железного сердечника i с прорезями наверху, в которые вставлены толстые медные шайбы cc. Рядом с сердечником находится свободно перемещаемый металлический диск D. Сердечник снабжен первичной катушкой возбуждения C1, концы a и b которой подключены к выводам вторичной обмотки S обычного трансформатора, первичная обмотка P последнего подключена к цепи распределения переменного тока или генератору G низкой или умеренной частоты. Клеммы вторичной обмотки S подсоединены к конденсатору C, который разряжается через воздушный зазор dd, который может быть размещен последовательно или шунтироваться к катушке C1. При правильном выборе условий диск D вращается со значительным усилием, и железный сердечник i не сильно нагревается. Напротив, при токах от высокочастотного генератора переменного тока сердечник быстро нагревается, и диск вращается с гораздо меньшим усилием. Чтобы провести эксперимент должным образом, сначала следует убедиться, что диск D не приводится во вращение, когда разряд не происходит в точке dd. Предпочтительно использовать большой железный сердечник и конденсатор большой емкости, чтобы свести наложенные более быстрые колебания к очень низкой высоте или полностью отказаться от них. Соблюдая определенные элементарные правила, я также обнаружил, что при таких разрушающих разрядах практически возможно управлять обычными последовательными двигателями или шунтирующими двигателями постоянного тока, и это может быть сделано с обратным проводом или без него.


РИС. 182.

ЯВЛЕНИЯ ИМПЕДАНСА

Среди различных наблюдаемых явлений тока, возможно, наиболее интересными являются те, которые связаны с сопротивлением проводников токам, изменяющимся с высокой скоростью. В моем первом докладе Американскому институту инженеров-электриков я описал несколько поразительных наблюдений такого рода. Таким образом, я показал, что при пропускании таких токов или внезапных разрядов через толстый металлический стержень на стержне могут быть точки, расположенные всего в нескольких дюймах друг от друга, между которыми существует достаточная разность потенциалов для поддержания яркого накала обычной лампы накаливания. Я также описал любопытное поведение разреженного газа, окружающего проводник, из-за таких внезапных скачков тока. С тех пор эти явления были более тщательно изучены, и один или два новых эксперимента такого рода считаются достаточно интересными, чтобы быть описанными здесь.

Ссылаясь на рис. 183a, B и B1 представляют собой очень прочные медные стержни, соединенные своими нижними концами с пластинами C и C1 соответственно конденсатора, противоположные пластины последнего подключены к выводам вторичной обмотки S трансформатора высокого напряжения, на первичную обмотку P которого подается переменный ток от обычной низкочастотной динамо-машины G или распределительной цепи. Конденсатор разряжается через регулируемый зазор dd, как обычно. Было обнаружено, что, установив быструю вибрацию, довольно легко провести следующий любопытный эксперимент. Стержни B и B1 были соединены вверху низковольтной лампой l3; немного ниже была установлена с помощью зажимов cc 50-вольтовая лампа l2; и еще ниже другая 100-вольтовая лампа l1; и, наконец, на некотором расстоянии под последней лампой - вытяжная трубка T. Путем тщательного определения положения этих устройств было установлено, что практически возможно поддерживать их все на должной мощности освещения. Тем не менее, все они были соединены несколькими дугами с двумя прочными медными стержнями и требовали совершенно разного давления. Этот эксперимент, конечно, требует некоторого времени для настройки, но выполняется довольно легко.


РИС. 183a, 183b и 183c.

На рис. 183b и 183c показаны два других эксперимента, которые, в отличие от предыдущего эксперимента, не требуют очень тщательной корректировки. На рис. 183b две лампы, l1 и l2, первая 100-вольтовая, а вторая 50-вольтовая, размещены в определенных положениях, как указано, при этом 100-вольтовая лампа находится под 50-вольтовой лампой. Когда дуга горит при d d и внезапные разряды проходят через стержни B B1, 50-вольтовая лампа, как правило, будет гореть ярко, или, по крайней мере, этот результат легко обеспечить, в то время как 100-вольтовая лампа будет гореть очень слабо или останется совсем темной, рис. 183b. Теперь стержни B1 вверху могут быть соединены толстой поперечиной B2, и поддерживать 100-вольтовую лампу на полной мощности, в то время как 50-вольтовая лампа остается неосвещенной, довольно легко, рис. 183с. Эти результаты, как я указывал ранее, следует рассматривать не как результат именно частоты, а скорее как результат скорости изменения во времени, которая может быть значительной даже при низких частотах. Может быть получено великое множество других результатов того же рода, не менее интересных, особенно для тех, кто привык манипулировать только постоянными токами, и они дают ценные подсказки при исследовании природы электрических токов.

В предыдущих экспериментах у меня уже была возможность показать некоторые световые явления, и теперь было бы уместно изучить их в частности; но чтобы сделать это исследование более полным, я считаю необходимым сначала сделать несколько замечаний по поводу электрического резонанса, который всегда должен соблюдаться при проведении этих экспериментов.

ОБ ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ РЕЗОНАНСЕ

Эффекты резонанса все больше и больше отмечаются инженерами и приобретают большое значение в практической эксплуатации устройств всех видов с переменным током. Поэтому можно сделать несколько общих замечаний относительно этих эффектов. Ясно, что если нам удастся практически использовать эффекты резонанса в работе электрических устройств, обратный провод, естественно, станет ненужным, поскольку электрическая вибрация может передаваться одним проводом так же хорошо, а иногда даже лучше, чем двумя. Таким образом, первый вопрос, на который необходимо ответить, заключается в том, возможны ли чисто резонансные эффекты. И теория, и эксперимент показывают, что такое невозможно в Природе, ибо по мере того, как колебания становятся все более и более интенсивными, потери в вибрирующих телах и окружающих средах быстро увеличиваются и неизбежно сдерживают вибрацию, которая в противном случае продолжала бы увеличиваться вечно. Удачным обстоятельством является то, что чистый резонанс невозможен, ибо, если бы это было так, никто не знает, какие опасности могли бы подстерегать невинного экспериментатора. Но в определенной степени возможен резонанс, величина эффектов которого ограничена несовершенной проводимостью и несовершенной эластичностью среды или, как правило, потерями на трение. Чем меньше эти потери, тем более поразительными являются последствия. То же самое имеет место и в случае механической вибрации. Прочный стальной пруток может быть приведен в вибрацию каплями воды, падающими на него через определенные промежутки времени; а со стеклом, которое более эластично, эффект резонанса еще более примечателен, поскольку бокал можно разбить, пропев в него ноту нужной высоты. Электрический резонанс достигается тем совершеннее, чем меньше сопротивление или импеданс проводящего тракта и тем совершеннее диэлектрик. В лейденской банке, разряжаемой по короткому многожильному кабелю из тонких проволок, эти требования, вероятно, выполняются наилучшим образом, и поэтому резонансные эффекты очень заметны. Это не относится к динамо-машинам, трансформаторам и их цепям или к коммерческому оборудованию в целом, в котором наличие железных сердечников усложняет работу или делает ее невозможной. Что касается лейденских банок, с помощью которых часто демонстрируются резонансные эффекты, я бы сказал, что наблюдаемые эффекты часто приписываются, но редко происходят из-за истинного резонанса, поскольку в этом отношении довольно легко допустить ошибку.

Это, несомненно, может быть продемонстрировано следующим экспериментом. Возьмем, к примеру, две большие изолированные металлические пластины или сферы, которые я обозначу А и В; разместим их на определенном небольшом расстоянии друг от друга и зарядим их от фрикционной или ударной машины до такого высокого потенциала, что даже небольшое увеличение разницы потенциалов между ними приведет к разрушению небольшого воздушного или изолирующего пространства. Этого легко достичь, проведя несколько предварительных проб. Если теперь другую пластину, закрепленную на изолирующей ручке и соединенную проводом с одним из выводов высоковольтной вторичной обмотки индукционной катушки, которая приводится в действие генератором переменного тока (предпочтительно высокой частоты), поднести к одному из заряженных тел А или В так, чтобы оно находилось ближе к любому из них, между ними неизменно возникнет разряд; по крайней мере, это произойдет, если потенциал катушки, соединенной с пластиной, достаточно высок. Но объяснение этому скоро будет найдено в том факте, что приближенная пластина действует индуктивно на тела А и В и вызывает прохождение искры между ними. Когда возникает эта искра, заряды, которые ранее были переданы этим телам от машины воздействия, должны быть обязательно потеряны, поскольку тела приводятся в электрическое соединение через образовавшуюся дугу. Теперь эта дуга образуется независимо от того, есть резонанс или нет. Но даже если бы искра не была произведена, все равно между телами возникает переменное электромагнитное поле, когда пластину подносят к одному из них; следовательно, приближение пластины, если оно не всегда происходит на самом деле, во всяком случае, будет иметь тенденцию разрушать воздушное пространство за счет индуктивного действия. Вместо сфер или пластин А и В мы можем взять покрытия лейденской банки с тем же результатом, а вместо машины — предпочтительно высокочастотного генератора переменного тока, поскольку он больше подходит для эксперимента, а также для аргументации — мы можем взять другую лейденскую банку или батарею банок. Когда такие банки разряжаются по цепи с низким сопротивлением, по ней проходят токи очень высокой частоты. Теперь пластину можно подсоединить к одному из покрытий второго сосуда, и когда ее подносят близко к первому сосуду, только что заряженному до высокого потенциала с помощью устройства воздействия, результат тот же, что и раньше, и первый сосуд разрядится через небольшое воздушное пространство после того, как разрядится второй. Но оба сосуда и их цепи не нужно настраивать ближе, чем басо профундо к ноте, издаваемой комаром, поскольку в воздушном пространстве будут возникать небольшие искры, или, по крайней мере, в последнем будет значительно большее напряжение из-за создания переменного Э.М.Ф. путем индукции, которая происходит, когда один из сосуд начинает разряжаться. Опять же, довольно легко допустить другую ошибку аналогичного характера. Если цепи двух банок проложены параллельно и близко друг к другу, и был проведен эксперимент по разрядке одной банки другой, и теперь к одной из цепей добавляется моток провода, после чего эксперимент не увенчался успехом, вывод о том, что это связано с тем, что цепи теперь не настроены, был бы далеко не безопасным. Поскольку два контура действуют как покрытия конденсаторов, и добавление катушки к одному из них эквивалентно соединению их в точке, где расположена катушка, небольшим конденсатором, и эффект последнего может заключаться в предотвращении проскакивания искры через разрядное пространство за счет уменьшения переменного электромагнитного поля, действующего через то же самое. Все эти замечания и многие другие, которые можно было бы добавить, но из опасения слишком далеко уйти от темы, сделаны с вполне простительным намерением предостеречь ничего не подозревающего студента, у которого может сложиться совершенно необоснованное мнение о своем умении видеть успех каждого эксперимента; но они никоим образом не навязываются опытному как новые наблюдения.

Для проведения надежных наблюдений эффектов электрического резонанса очень желательно, если не обязательно, использовать генератор переменного тока, дающий токи, которые растут и падают гармонично, поскольку при работе с токами включения и выключения наблюдения не всегда заслуживают доверия, поскольку многие явления, которые зависят от скорости изменения, могут возникать с совершенно разными частотами. Даже при проведении таких наблюдений с генератором переменного тока человек склонен ошибаться. Когда цепь подключена к генератору переменного тока, существует неопределенное количество значений мощности и самоиндукции, которые в совокупности будут удовлетворять условию резонанса. Итак, в механике существует бесконечное количество камертонов, которые реагируют на ноту определенной высоты, или нагруженных пружин с определенным периодом вибрации. Но резонанс будет наиболее совершенным в том случае, когда движение осуществляется с наибольшей свободой. Итак, в механике, рассматривающей вибрацию в обычной среде, то есть в воздухе, сравнительно не имеет значения, будет ли один камертон несколько больше другого, потому что потери в воздухе не очень значительны. Можно, конечно, поместить камертон в сосуд с отработанным воздухом и, таким образом, снизив сопротивление воздуха до минимума, добиться лучшего резонансного воздействия. Тем не менее, разница будет не очень большой. Но это имело бы большое значение, если бы камертон был погружен в ртуть. При электрической вибрации чрезвычайно важно создать условия, при которых вибрация осуществляется с наибольшей свободой. Величина резонансного эффекта зависит, при прочих равных условиях, от количества электроэнергии, приводимой в движение, или от силы тока, протекающего по цепи. Но цепь противодействует прохождению токов из-за своего полного сопротивления, и поэтому для обеспечения наилучшего действия необходимо снизить полное сопротивление до минимума. Преодолеть его полностью невозможно, но только частично, поскольку омическое сопротивление преодолеть невозможно. Но когда частота импульсов очень велика, протекание тока практически определяется самоиндукцией. Теперь самоиндукцию можно преодолеть, объединив ее с мощностью. Если соотношение между ними таково, что на используемой частоте они нейтрализуют друг друга, то есть имеют такие значения, которые удовлетворяют условию резонанса, и через внешнюю цепь пропускается наибольшее количество электроэнергии, то получается наилучший результат. Проще и безопаснее соединить конденсатор последовательно с самоиндуктором. Ясно, что в таких комбинациях для данной частоты и с учетом только основной вибрации будут иметь место значения, которые дадут наилучший результат при подключении конденсатора к катушке самоиндукции; конечно, таких значений будет больше, чем при последовательном подключении конденсатора. Но выбор определяется практическими условиями. В последнем случае при проведении экспериментов можно использовать малую самоиндукцию и большую мощность или малую емкость и большую самоиндукцию, но последнее предпочтительнее, поскольку регулировать большую мощность небольшими шагами неудобно. При использовании катушки с очень большой самоиндукцией критическая емкость снижается до очень малого значения, и емкость самой катушки может быть достаточной. Легко, особенно при соблюдении определенных ухищрений, намотать катушку, полное сопротивление которой будет уменьшено только до значения омического сопротивления; и для любой катушки, конечно, существует частота, при которой через катушку будет проходить максимальный ток. Наблюдение за соотношением между самоиндукцией, мощностью и частотой становится важным при эксплуатации устройств переменного тока, таких как трансформаторы или двигатели, поскольку при разумном выборе элементов использование дорогостоящего конденсатора становится ненужным. Таким образом, можно пропускать через катушки двигателя переменного тока при нормальных условиях работы требуемый ток с низким Э.М.Ф. и полностью устранять ложный ток, и чем больше двигатель, тем легче становится осуществить такой план; но для этого необходимо использовать токи очень высокого потенциала или высокой частоты.

На рис. 184 I показан план, которому следовали при изучении резонансных эффектов с помощью высокочастотного генератора переменного тока. C1 представляет собой многовитковую катушку, которая разделена на небольшие отдельные секции с целью регулировки. Окончательная регулировка иногда производилась с помощью нескольких тонких железных проводов (хотя это не всегда целесообразно) или с помощью замкнутой вторичной обмотки. Катушка C1 подсоединена одним из своих концов к линии L от генератора переменного тока G, а другим концом - к одной из пластин c конденсатора c c1, причем пластина (c1) последнего подсоединена к гораздо большей пластине P1. Таким образом, и мощность, и самоиндукция были отрегулированы в соответствии с частотой динамо-машины.


РИС. 184.

Что касается повышения потенциала за счет резонансного воздействия, конечно, теоретически это может быть что угодно, поскольку зависит от самоиндукции и сопротивления и поскольку они могут иметь любое значение. Но на практике выбор этих значений ограничен, и, помимо них, существуют и другие ограничивающие причины. Можно начать, скажем, с 1000 Вольт и увеличить электромагнитное поле в 50 раз больше, но нельзя начать со 100 000 и увеличить его в десять раз больше из-за больших потерь в среде, особенно при высокой частоте. Должна быть возможность начать, например, с двух вольт от высокочастотной цепи динамо-машины и поднять Э.М.Ф. до значения, во много сотен раз превышающего это значение. Таким образом, катушки соответствующих размеров могут быть подключены, каждая только одним своим концом, к сети от машины с низким электромагнитным полем, и хотя цепь машины не будет замкнута в обычном понимании этого термина, все же машина может перегореть, если будет получен надлежащий резонансный эффект. Я не был в состоянии создать и не наблюдал при использовании токов от динамо-машины такого большого повышения потенциала. Возможно, если не вероятно, что при токах, получаемых от аппаратов, содержащих железо, возмущающее влияние последнего является причиной того, что эти теоретические возможности не могут быть реализованы. Но если это так, я объясняю это исключительно потерями на гистерезис и ток Фуко в сердечнике. Как правило, было необходимо преобразовывать в сторону увеличения, когда Э.М.Ф. было очень низким, и обычно использовалась обычная форма индукционной катушки, но иногда устройство, показанное на рис. 184 II, было признано удобным. В этом случае катушка c состоит из множества секций, некоторые из которых используются в качестве первичной обмотки. Таким образом, можно регулировать как первичную, так и вторичную обмотку. Один конец катушки подключен к линии L1 от генератора переменного тока, а другой конец линии L подключен к промежуточной точке катушки. Такая катушка с регулируемыми первичной и вторичной обмотками также будет удобна при экспериментах с пробивным разрядом. При достижении истинного резонанса вершина волны, конечно, должна находиться на свободном конце катушки, как, например, на выводе фосфоресцентной лампы B. Это легко распознать, наблюдая за потенциалом точки на проводе w рядом с катушкой.

В связи с резонансными эффектами и проблемой передачи энергии по одному проводнику, которая рассматривалась ранее, я хотел бы сказать несколько слов на тему, которая постоянно занимает мои мысли и которая касается всеобщего благополучия. Я имею в виду передачу понятных сигналов или, возможно, даже мощности на любое расстояние без использования проводов. Я с каждым днем все больше убеждаюсь в осуществимости этой схемы; и хотя я прекрасно знаю, что подавляющее большинство ученых не поверят, что такие результаты могут быть практически и немедленно реализованы, все же я думаю, что все считают разработки последних лет, сделанные рядом работников, такими, которые побуждают к размышлениям и экспериментам в этом направлении. Мое убеждение стало настолько сильным, что я больше не рассматриваю этот план передачи энергии или интеллекта как простую теоретическую возможность, а как серьезную проблему в электротехнике, которая когда-нибудь должна быть решена. Идея передачи информации без проводов является естественным результатом самых последних результатов электрических исследований. Некоторые энтузиасты выразили свою веру в то, что возможна телефония на любое расстояние с помощью индукции по воздуху. Я не могу так далеко простирать свое воображение, но я твердо верю, что с помощью мощных машин можно нарушить электростатическое состояние земли и таким образом передавать понятные сигналы и, возможно, энергию. На самом деле, что есть против реализации такой схемы? Теперь мы знаем, что электрическая вибрация может передаваться по одному проводнику. Почему бы тогда не попытаться использовать землю для этой цели? Нас не должна пугать идея расстояния. Усталому путнику, считающему верстовые столбы, земля может показаться очень большой, но счастливейшему из всех людей, астроному, который смотрит на небеса и по их меркам судит о величине нашего земного шара, она кажется очень маленькой. И я думаю, что так должно казаться электрику, поскольку, когда он рассматривает скорость, с которой электрическое возмущение распространяется по земле, все его представления о расстоянии должны полностью исчезнуть.

Очень важным моментом было бы сначала узнать, какова емкость земли? и какой заряд она содержит, если она наэлектризована? Хотя у нас нет положительных доказательств существования заряженного тела в космосе без присутствия поблизости других противоположно наэлектризованных тел, существует большая вероятность того, что земля является таким телом, поскольку каким бы способом она ни была отделена от других тел — а это общепринятая точка зрения на ее происхождение — она должна была сохранить заряд, как это происходит во всех процессах механического разделения. Если это заряженное тело, изолированное в пространстве, то его емкость должна быть чрезвычайно мала, менее одной тысячной фарады. Но верхние слои воздуха являются проводящими, как, возможно, и среда в свободном пространстве за пределами атмосферы, и они могут содержать противоположный заряд. Тогда емкость может быть несравненно больше. В любом случае крайне важно получить представление о том, какое количество электроэнергии содержится в земле. Трудно сказать, приобретем ли мы когда-нибудь эти необходимые знания, но есть надежда, что сможем, и именно с помощью электрического резонанса. Если мы когда-нибудь сможем установить, в какой период времени заряд земли при возмущении совершает колебания относительно противоположно наэлектризованной системы или известного контура, мы узнаем факт, возможно, имеющий величайшее значение для благополучия человеческой расы. Я предлагаю искать период с помощью электрического генератора или источника переменного электрического тока. Одна из клемм источника должна быть подключена к земле, как, например, к городской водопроводной сети, другая - к изолированному объекту большой площади. Возможно, что внешние проводящие слои воздуха, или свободное пространство, содержат противоположный заряд и что вместе с землей они образуют конденсатор очень большой емкости. В таком случае период вибрации может быть очень низким, и для целей эксперимента могла бы служить переменная динамо-машина. Затем я бы преобразовал ток в потенциал настолько высокий, насколько это было бы возможно, и соединил концы вторичной обмотки высокого напряжения с землей и с изолированным корпусом. Изменяя частоту токов и тщательно наблюдая за потенциалом изолированного тела, а также за возмущениями в различных соседних точках земной поверхности, можно было бы обнаружить резонанс. Если бы, как, по всей вероятности, полагает большинство ученых, период был чрезвычайно мал, то динамо-машина не годилась бы и пришлось бы создавать надлежащий электрический генератор, и, возможно, было бы невозможно получить такие быстрые колебания. Но независимо от того, возможно это или нет, содержит ли земля заряд или нет, и каким бы ни был период ее вибрации, безусловно, возможно — поскольку мы ежедневно получаем доказательства этого — произвести некоторое электрическое возмущение, достаточно мощное, чтобы его можно было уловить подходящими приборами в любой точке земной поверхности.

Предположим, что источник переменного тока S подключен, как показано на рис. 185, одной клеммой к земле (удобно к водопроводу), а другой - к телу большой поверхности P. Когда возникает электрическое колебание, электричество поступает в P и выходит из P, и переменные токи будут проходить через землю, сходясь к точке C, где выполнено заземление, или расходясь от нее. Таким образом, соседние точки на поверхности земли в пределах определенного радиуса будут нарушены. Но возмущение будет уменьшаться с расстоянием, и расстояние, на котором эффект все еще будет заметен, будет зависеть от количества приведенного в движение электричества. Поскольку корпус P изолирован, для вытеснения значительного количества потенциал источника должен быть чрезмерным, поскольку будут существовать ограничения относительно поверхности P. Условия могут быть скорректированы таким образом, чтобы генератор или источники создавали такое же электрическое движение, как если бы его цепь была замкнута. Таким образом, безусловно, практически возможно вызвать на земле электрическую вибрацию, по крайней мере, с определенным низким периодом, с помощью соответствующих механизмов. На каком расстоянии такая вибрация может быть сделана ощутимой, можно только предполагать. В другой раз я рассматривал вопрос о том, как земля может реагировать на электрические возмущения. Нет никаких сомнений в том, что, поскольку в таком эксперименте электрическая плотность на поверхности могла быть чрезвычайно мала, учитывая размеры земли, воздух не действовал бы как очень беспокоящий фактор, и под действием воздуха терялось бы не так много энергии, как было бы, если бы плотность была большой. Таким образом, теоретически не могло потребоваться большого количества энергии для создания возмущения, заметного на большом расстоянии или даже по всей поверхности земного шара. Теперь совершенно очевидно, что в любой точке в пределах определенного радиуса источника Ов должным образом настроенное устройство самоиндукции и мощности может быть приведено в действие резонансом. Но это можно сделать не только так, но и другой источник S1, рис. 185, подобный S, или любое количество таких источников можно настроить на синхронную работу с последним, и вибрация, таким образом, усиливается и распространяется по большой площади, или поток электроэнергии, вырабатываемый к источнику S1 или от него, если он имеет противоположную фазу по отношению к источнику S. Я думаю, что, вне всякого сомнения, возможно управлять электрическими устройствами в городе через землю или систему трубопроводов за счет резонанса от электрического генератора, расположенного в центральной точке. Но практическое решение этой проблемы принесло бы человеку несравненно меньшую пользу, чем реализация схемы передачи интеллекта или, возможно, энергии на любое расстояние через землю или окружающую среду. Если это вообще возможно, расстояние ничего не значит. Сначала должно быть создано надлежащее оборудование, с помощью которого можно решить проблему, и я много думал над этим вопросом. Я твердо убежден, что это можно сделать, и надеюсь, что мы доживем до того, чтобы увидеть, как это будет сделано.


РИС. 185.

О ПРОИЗВОДИМЫХ СВЕТОВЫХ ЯВЛЕНИЯХ

ТОКАМИ ВЫСОКОЙ ЧАСТОТЫ С ВЫСОКИМ ПОТЕНЦИАЛОМ

И ОБЩИЕ ЗАМЕЧАНИЯ, ОТНОСЯЩИЕСЯ К ПРЕДМЕТУ

Возвращаясь теперь к световым эффектам, которые были главным объектом исследования, считается уместным разделить эти эффекты на четыре класса: 1. Накаливания твердого тела. 2. Фосфоресценция. 3. Накаливания или фосфоресценции разреженного газа; и 4. Светимость, возникающая в газе при обычном давлении. Первый вопрос заключается в следующем: как создаются эти световые эффекты? Чтобы ответить на этот вопрос настолько удовлетворительно, насколько я в состоянии сделать в свете общепринятых взглядов и приобретенного опыта, и придать некоторый интерес этой демонстрации, я остановлюсь здесь на особенности, которую я считаю очень важной, поскольку она, кроме того, обещает пролить лучший свет на природу большинства явлений, вызываемых высокочастотными электрическими токами. Я уже в других случаях указывал на огромную важность присутствия разреженного газа, или атомной среды в целом, вокруг проводника, по которому пропускаются переменные токи высокой частоты, с точки зрения нагрева проводника токами. Мои эксперименты, описанные некоторое время назад, показали, что чем выше частота и разность потенциалов токов, тем более важным становится разреженный газ, в который погружен проводник, как фактор нагрева. Однако, как я затем указал, разность потенциалов является более важным элементом, чем частота. Когда оба параметра достаточно высоки, нагрев может быть почти полностью обусловлен присутствием разреженного газа. Последующие эксперименты покажут важность разреженного газа или, вообще, газа при обычном или другом давлении в отношении свечения или других световых эффектов, производимых токами такого рода.

Я беру две обычные 50-вольтовые лампы мощностью 16 Л. С., которые во всех отношениях похожи, за исключением того, что одна была открыта сверху и воздух заполнил колбу, в то время как у другой обычная степень разрядки коммерческих ламп. Когда я подключаю разряженную лампу к выводу вторичной обмотки катушки, которую я уже использовал, как, например, в экспериментах, проиллюстрированных на рис. 179а, и включаю ток, нить накала, как вы уже видели, накаляется до высокой температуры. Когда я подключаю вторую лампу, наполненную воздухом, вместо первой, нить накала все еще светится, но гораздо менее ярко.

Этот эксперимент лишь частично иллюстрирует истинность сделанных ранее утверждений. Важность погружения нити накала в разреженный газ очевидна, но не до такой степени, как могло бы быть желательно. Причина в том, что вторичная обмотка этой катушки намотана на низкое напряжение, имеющее всего 150 витков, и поэтому разность потенциалов на клеммах лампы невелика. Если бы я взял другую катушку с гораздо большим количеством витков во вторичной обмотке, эффект был бы увеличен, поскольку, как было отмечено ранее, он частично зависит от разности потенциалов. Но поскольку эффект также зависит от частоты, возможно, правильно будет указать, что он зависит от скорости изменения разности потенциалов во времени. Чем больше это изменение, тем более важным становится газ как элемент нагрева. Я могу добиться гораздо большей скорости изменения другим способом, который, кроме того, имеет то преимущество, что устраняет возражения, которые могли бы быть сделаны в только что показанном эксперименте, даже если бы обе лампы были подключены последовательно или несколькими дугами к катушке, а именно, что вследствие реакций, существующих между первичной и вторичной катушками, выводы становятся неопределенными. Этого результата я добиваюсь, заряжая от обычного трансформатора, который питается от станции подачи переменного тока, батарею конденсаторов и разряжая последние непосредственно через цепь малой самоиндукции, как ранее было показано на фиг. 183a, 183b и 183c.

На рис. 186a, 186b и 186c тяжелые медные стержни Bb B1 соединены с противоположными покрытиями батареи конденсаторов или, как правило, таким образом, что высокочастотные или внезапные разряды проходят через них. Сначала я подключаю обычную 50-вольтовую лампу накаливания к стержням с помощью зажимов постоянного тока. При прохождении разрядов через лампу нить накаливания становится раскаленной, хотя проходящий через нее ток очень мал и его было бы недостаточно для получения видимого эффекта в условиях обычного использования лампы. Вместо этого я теперь прикрепляю к прутьям другую лампу, точно такую же, как первая, но со сломанным уплотнением, поэтому колба заполнена воздухом под обычным давлением. Когда разряды направляются через нить накала, как и раньше, она не раскаляется добела. Но результат все равно можно отнести к одной из многих возможных реакций. Поэтому я соединяю обе лампы по многодуговой схеме, как показано на рис. 186а. При пропускании разрядов через обе лампы нить накала в отработавшей лампе l снова светится очень ярко, в то время как нить накала в не отработавшей лампе l1 остается темной, как и ранее. Но не следует думать, что последняя лампа потребляет лишь малую долю энергии, подаваемой на обе лампы; напротив, она может потреблять значительную часть энергии и может стать даже более горячей, чем та, которая горит ярко. В этом эксперименте разность потенциалов на клеммах ламп теоретически меняется по знаку три-четыре миллиона раз в секунду. Концы нитей соответственно наэлектризованы, а газ в колбах сильно перемешивается, и таким образом большая часть подаваемой энергии преобразуется в тепло. В незажженной лампе, поскольку молекул газа в несколько миллионов раз больше, чем в разряженной, бомбардировка, которая наиболее интенсивна на концах нити накала, в горловине лампы, потребляет большую часть энергии, не производя никакого видимого эффекта. Причина в том, что из-за большого количества молекул бомбардировка количественно значительна, но отдельные удары не очень сильны, поскольку скорости молекул сравнительно невелики из-за малого свободного пробега. В отработанной колбе, напротив, скорости очень велики, а отдельные удары сильны и, следовательно, лучше приспособлены для получения видимого эффекта. Кроме того, конвекция тепла в первой колбе выше. В обеих лампочках ток, проходящий через нити накала, очень мал, несравнимо меньше того, который требуется в обычной низкочастотной цепи. Однако разница потенциалов на концах нитей очень велика и могла бы составлять, возможно, 20 000 Вольт или больше, если бы нити были прямыми, а их концы далеко друг от друга. В обычной лампе обычно возникает искра между концами нити накала или между платиновыми проводами снаружи, прежде чем может быть достигнута такая разница потенциалов.


РИС. 186а.


РИС. 186b.


РИС. 186с.

Могут возразить, что в показанном ранее эксперименте лампы, находящиеся в состоянии многократной дуги, разряженная лампа могла бы потреблять гораздо больший ток и что наблюдаемый эффект может быть не совсем связан с действием газа в лампах. Подобные возражения значительно потеряют вес, если я соединю лампы последовательно с тем же результатом. Когда это сделано и разряды направлены через нити накала, снова отмечается, что нить накала в не разряженной лампе l1 остается темной, в то время как нить накала в разряженной лампе (l) светится даже интенсивнее, чем при нормальных условиях ее работы, рис. 186b. Согласно общим представлениям, ток через нити теперь должен быть таким же, если бы он не был изменен присутствием газа вокруг нитей.

На данном этапе я могу указать на еще одну интересную особенность, которая иллюстрирует влияние скорости изменения потенциала токов. Я оставлю две лампы подключенными последовательно к стержням B1, как в предыдущем эксперименте, рис. 186b, но в настоящее время значительно уменьшу частоту токов, которая была чрезмерной в показанном только что эксперименте. Это я могу сделать, вставив катушку самоиндукции на пути разрядов или увеличив емкость конденсаторов. Когда я теперь пропускаю эти низкочастотные разряды через лампы, разряженная лампа l снова становится такой же яркой, как и раньше, но также отмечается, что не разряженная лампа l1 светится, хотя и не так интенсивно, как другая. Уменьшая ток, проходящий через лампы, я могу привести к покраснению нити накала в последней лампе, и, хотя нить накала в отработавшей лампе l яркая, рис. 186с, степень ее накала намного меньше, чем на рис. 186b, когда токи были гораздо более высокой частоты.

В этих экспериментах газ действует двумя противоположными способами при определении степени накаливания нитей, то есть путем конвекции и бомбардировки. Чем выше частота и потенциал токов, тем важнее становится бомбардировка. Конвекция, наоборот, должна быть тем меньше, чем выше частота. Когда токи устойчивы, бомбардировка практически отсутствует, и, следовательно, конвекция может при таких токах также значительно изменять степень накаливания и приводить к результатам, аналогичным только что показанным. Таким образом, если две абсолютно одинаковые лампы, одна разряженная и одна неизрасходованная, подключены несколькими дугами или последовательно к устройству постоянного тока, для накаливания нити накала в неизрасходованной лампе потребуется значительно больший ток. Этот результат полностью обусловлен конвекцией, и эффект тем заметнее, чем тоньше нить накала. Профессор Айртон и мистер Килгур некоторое время назад опубликовали количественные результаты, касающиеся коэффициента тепловыделения при излучении и конвекции, в которых был четко показан эффект с тонкими проводами. Этот эффект можно наглядно проиллюстрировать, приготовив несколько маленьких стеклянных трубочек, каждая из которых содержит по своей оси самую тонкую из доступных платиновых проволочек. Если эти трубки сильно разряжены, некоторые из них могут быть подключены несколькими дугами к машине постоянного тока, и все провода могут накаляться при меньшем токе, чем тот, который требуется для накаливания одного из проводов, если трубка не разряжена. Если бы трубы были настолько сильно разряжены, что конвекция была бы равна нулю, то относительное количество тепла, выделяемого конвекцией и излучением, можно было бы определить без трудностей, связанных с количественными тепловыми измерениями. Если используется источник электрических импульсов высокой частоты и очень высокого потенциала, то можно взять еще большее количество трубок и раскалить провода током, который не способен ощутимо нагреть провод того же размера, погруженный в воздух при обычном давлении, и передать энергию всем им.

Я могу здесь описать результат, который еще более интересен и к которому меня привело наблюдение за этими явлениями. Я заметил, что небольшие различия в плотности воздуха приводят к значительной разнице в степени накала проводов, и я подумал, что, поскольку в трубке, через которую пропускают светящийся разряд, газ обычно неоднородной плотности, очень тонкая проволока, содержащаяся в трубке, может раскаляться в определенных местах с меньшей плотностью газа, в то время как в местах с большей плотностью она останется темной, где конвекция будет сильнее, а бомбардировка менее интенсивной. Соответственно, была подготовлена трубка t, как показано на рис. 187, которая содержала посередине очень тонкую платиновую проволоку w. Трубка была разряжена в умеренной степени, и было обнаружено, что когда ее подсоединяют к клемме высокочастотной катушки, платиновый провод w действительно накаляется участками, как показано на рис. 187. Позже было подготовлено несколько таких трубок с одним или несколькими проводами, каждая из которых показала этот результат. Эффект был лучше всего заметен, когда в трубке возникал полосатый разряд, но также возникал, когда бороздки не были видны, показывая, что даже тогда газ в трубке имел неоднородную плотность. Расположение полосок обычно было таким, что разрежения соответствовали местам накаливания или большей яркости на проволоке w. Но в нескольких случаях было отмечено, что яркие пятна на проводе были покрыты плотными участками полосчатого разряда, как показано буквой l на рис. 187, хотя эффект был едва заметен. Это было правдоподобно объяснено предположением, что конвекция не сильно отличалась в плотных и разреженных местах и что бомбардировка была сильнее в плотных местах поперечно-полосатого разряда. На самом деле, в лампочках накаливания часто наблюдается, что при определенных условиях тонкая проволока накаляется до более высокой температуры, когда воздух не слишком сильно разрежен. Это тот случай, когда потенциал катушки недостаточно высок для создания вакуума, но результат может быть объяснен множеством различных причин. Во всех случаях это любопытное явление накаливания исчезает, когда трубка, или, скорее, проволока, приобретает равномерную температуру по всей длине.


РИС. 187.

Если теперь не учитывать модифицирующий эффект конвекции, то существуют две различные причины, которые определяют накал провода или нити накала с изменяющимися токами, то есть ток проводимости и бомбардировка. При постоянном токе нам приходится иметь дело только с первой из этих двух причин, и эффект нагрева минимален, поскольку сопротивление постоянному току наименьшее. Когда ток изменяется, сопротивление больше, и, следовательно, эффект нагрева увеличивается. Таким образом, если скорость изменения тока очень велика, сопротивление может увеличиться до такой степени, что нить накаливания накаляется незначительными токами, и мы можем взять короткий и толстый кусок углерода или другого материала и накалить его до яркого накала током, несравненно меньшим, чем требуется для доведения до такой же степени накала обычной тонкой нити накаливания лампы постоянным током или низкочастотным током. Этот результат важен и иллюстрирует, как быстро меняются наши взгляды на эти предметы и как быстро расширяется область наших знаний. В области создания ламп накаливания, если рассматривать этот результат только с одной стороны, то обычно важным условием практического успеха считалось то, что нить накаливания лампы должна быть тонкой и обладать высоким сопротивлением. Но теперь мы знаем, что сопротивление нити накала постоянному току ничего не значит; с таким же успехом нить накала может быть короткой и толстой, потому что, если ее погрузить в разреженный газ, она раскалится при прохождении небольшого тока. Все зависит от частоты и потенциала токов. Из этого мы можем заключить, что было бы выгодно, если рассматривать лампу, использовать высокие частоты для освещения, поскольку они позволяют использовать короткие и толстые нити накала и меньшие токи.

Если провод или нить накала погружены в однородную среду, весь нагрев происходит за счет истинного тока проводимости, но если они заключены в емкость с отработанным воздухом, условия совершенно другие. Здесь начинает действовать газ, и нагревательный эффект тока проводимости, как показано во многих экспериментах, может быть очень мал по сравнению с нагревательным эффектом бомбардировки. Это особенно актуально, если цепь не замкнута и потенциалы, конечно, очень высоки. Предположим, что тонкая нить накала, заключенная в опорожненный сосуд, подсоединена одним из своих концов к клемме катушки высокого напряжения, а другим концом - к большой изолированной пластине. Хотя цепь не замкнута, нить накала, как я показал ранее, накаляется. Если частота и потенциал сравнительно низкие, нить накала нагревается проходящим через нее током. Если частота и потенциал, и, в основном, последний, будут увеличены, изолирующая пластина должна быть очень маленькой или может быть полностью удалена; все равно нить накаливания раскалится, и практически весь нагрев при этом будет происходить из-за бомбардировки. Практический способ сочетания обоих эффектов - токов проводимости и бомбардировки - проиллюстрирован на рис. 188, на котором показана обычная лампа, снабженная очень тонкой нитью накала, один конец которой подсоединен к абажуру, служащему изолирующей пластиной, а другой конец - к клемме источника высокого напряжения. Не следует думать, что только разреженный газ является важным фактором при нагреве проводника переменными токами, но газ при обычном давлении может стать важным фактором, если разность потенциалов и частота токов чрезмерны. По этому вопросу я уже говорил, что когда проводник оплавляется ударом молнии, ток через него может быть чрезвычайно мал, даже недостаточным для ощутимого нагрева проводника, если последний погружен в однородную среду.


РИС. 188.

Из предыдущего ясно, что когда проводник с высоким сопротивлением подключается к выводам источника высокочастотных токов высокого потенциала, может происходить значительное рассеяние энергии, главным образом на концах проводника, вследствие действия газа, окружающего проводник. Благодаря этому ток через участок проводника в точке посередине между его концами может быть намного меньше, чем через участок вблизи концов. Кроме того, ток проходит главным образом через внешние участки проводника, но этот эффект следует отличать от скин-эффекта, как его обычно интерпретируют, поскольку последний мог бы или должен был бы возникать также в сплошной несжимаемой среде. Если большое количество ламп накаливания подключено последовательно к источнику таких токов, лампы на концах могут ярко гореть, в то время как лампы в середине могут оставаться совершенно темными. Как указывалось выше, это происходит главным образом из-за бомбардировки. Но даже если токи будут постоянными, при условии, что разница потенциалов очень велика, лампы в конце будут гореть ярче, чем лампы в середине. В таком случае ритмичная бомбардировка отсутствует, и результат достигается исключительно за счет утечки. Эта утечка или рассеивание в пространство при высоком напряжении значительно при использовании ламп накаливания и еще более значительно при использовании дуг, поскольку последние действуют подобно пламени. Как правило, конечно, рассеивание намного меньше при постоянном токе, чем при изменяющемся.

Я провел эксперимент, который интересным образом иллюстрирует эффект боковой диффузии. Если к клемме высокочастотной катушки подсоединить очень длинную трубку, то яркость будет наибольшей вблизи клеммы и постепенно уменьшится к удаленному концу. Это более заметно, если трубка узкая.

Небольшая трубка диаметром около половины дюйма и длиной двенадцать дюймов (рис. 189) с одним из концов вытянута в тонкое волокно длиной почти три фута. Трубка вставляется в латунное гнездо T, которое можно прикрутить к клемме T1 индукционной катушки. Разряд, проходящий через трубку, сначала освещает ее дно, которое имеет сравнительно большое сечение; но через длинное стекловолокно разряд пройти не может. Но постепенно разреженный газ внутри нагревается и становится более проводящим, и разряд распространяется на стекловолокно. Это распространение происходит настолько медленно, что может потребоваться полминуты или больше, пока разряд не достигнет верхней части стекловолокна, после чего образуется сильно светящаяся тонкая нить. Регулируя потенциал на клемме, можно заставить свет двигаться вверх с любой скоростью. Однако, как только стекловолокно нагревается, разряд мгновенно проходит по всей его длине. Интересный момент, который следует отметить, заключается в том, что чем выше частота токов, или, другими словами, чем больше относительно поперечное рассеяние, тем с меньшей скоростью свет может распространяться по волокну. Этот эксперимент лучше всего проводить с сильно разряженной и свежеприготовленной пробиркой. Если пробирка использовалась в течение некоторого времени, эксперимент часто заканчивается неудачей. Возможно, причиной является постепенное и медленное ухудшение вакуума. Это медленное распространение разряда по очень узкой стеклянной трубке в точности соответствует распространению тепла через стержень, нагретый с одного конца. Чем быстрее тепло отводится в стороны, тем больше времени потребуется для того, чтобы тепло нагрело удаленный конец. Когда ток низкочастотной катушки пропускается через волокно из конца в конец, то боковое рассеяние невелико, и разряд мгновенно прорывается почти без исключения.


РИС. 189.

После этих экспериментов и наблюдений, которые показали важность неоднородности или атомной структуры среды и которые послужат объяснению, по крайней мере в некоторой степени, природы четырех видов световых эффектов, производимых этими токами, я могу теперь привести вам иллюстрацию этих эффектов. Ради интереса я могу сделать это способом, который для многих из вас может показаться новым. Вы уже видели раньше, что теперь мы можем передавать электрическую вибрацию телу с помощью одного провода или проводника любого вида. Поскольку человеческий каркас является проводящим, я могу передавать вибрацию через свое тело.

Сначала, как и в некоторых предыдущих экспериментах, я подключаю свое тело к одной из клемм высоковольтного трансформатора и беру в руку разряженную лампочку, которая содержит маленькую угольную кнопку, установленную на платиновом проводе, ведущем снаружи лампы, и кнопка раскаляется, как только трансформатор включается (рис. 190). Я могу поместить на лампочку проводящий абажур, который усиливает действие, но в этом нет необходимости. Также не требуется, чтобы кнопка находилась в проводящем соединении с рукой через провод, проходящий через стекло, поскольку через само стекло за счет индуктивного воздействия может передаваться достаточное количество энергии, чтобы кнопка накалилась.


РИС. 190.

Затем я беру сильно разряженную лампу, содержащую сильно фосфоресцирующий корпус, над которым установлена небольшая алюминиевая пластина на платиновом проводе, ведущем наружу, и токи, протекающие через мое тело, возбуждают интенсивную фосфоресценцию в лампе (рис. 191). Затем я снова беру в руку простую вытяжную трубку, и таким же образом газ внутри трубки становится сильно раскаленным или фосфоресцирующим (рис. 192). Наконец, я могу взять в руку провод, оголенный или покрытый толстой изоляцией, это совершенно несущественно; электрическая вибрация настолько интенсивна, что провод покрывается светящейся пленкой (рис. 193).


РИС. 191.


РИС. 192.


РИС. 193.

Теперь необходимо сказать несколько слов о каждом из этих явлений. Прежде всего, я рассмотрю накал пуговицы или твердого тела в целом и остановлюсь на некоторых фактах, которые в равной степени применимы ко всем этим явлениям. Ранее указывалось, что когда тонкий проводник, такой, например, как нить накаливания лампы, подсоединяется одним из своих концов к клемме трансформатора высокого напряжения, нить накаливания накаляется частично током проводимости, а частично бомбардировкой. Чем короче и толще нить накала, тем более важным становится последнее, и, наконец, если свести нить накала к простой пуговице, то практически весь нагрев приходится приписывать бомбардировке. Таким образом, в показанном ранее эксперименте кнопка раскаляется за счет ритмичного воздействия свободно перемещающихся маленьких телец в лампочке. Этими телами могут быть молекулы остаточного газа, частицы пыли или комочки, оторвавшиеся от электрода; чем бы они ни были, несомненно, что нагрев кнопки существенно связан с давлением таких свободно перемещающихся частиц или атомарного вещества в целом в колбе. Нагрев тем интенсивнее, чем больше количество ударов в секунду и больше энергия каждого удара. Однако кнопка также нагревалась бы, если бы была подключена к источнику постоянного потенциала. В таком случае электричество отводилось бы от кнопки свободно перемещаемыми носителями или разлетающимися частицами, и количество уносимого таким образом электричества могло бы быть достаточным для того, чтобы кнопка раскалилась при прохождении через последнюю. Но в таком случае бомбардировка не могла иметь большого значения. По этой причине потребовался бы сравнительно очень большой запас энергии для подачи на кнопку, чтобы поддерживать ее накал с постоянным потенциалом. Чем выше частота электрических импульсов, тем экономичнее можно поддерживать температуру накаливания кнопки. Я полагаю, что одна из главных причин, почему это так, заключается в том, что при импульсах очень высокой частоты происходит меньший обмен свободно перемещаемыми носителями вокруг электрода, и это означает, что в колбе нагретое вещество лучше удерживается вблизи кнопки. Если изготовить двойную лампу, как показано на рис. 194, содержащую большой шар B и маленький b, каждый из которых, как обычно, содержит нить накала f, установленную на платиновой проволоке w и w1, то обнаруживается, что если нити накала ff абсолютно одинаковы, то для поддержания нити накала в шаре b при определенной степени накала требуется меньше энергии, чем в шаре B. Это происходит из-за удержания подвижных частиц вокруг кнопки. В этом случае также установлено, что нить накаливания в маленьком шарике b меньше изнашивается при поддержании определенного периода времени в режиме накаливания. Это необходимое следствие того факта, что газ в маленькой лампочке сильно нагревается и, следовательно, является очень хорошим проводником, и тогда с кнопкой выполняется меньше работы, поскольку бомбардировка становится менее интенсивной по мере увеличения проводимости газа. В такой конструкции, конечно, маленькая лампочка сильно нагревается, и когда она достигает повышенной температуры, конвекция и излучение снаружи усиливаются. В другом случае я показывал лампы, в которых этого недостатка в значительной степени удалось избежать. В этих случаях очень маленькая лампочка, содержащая огнеупорную кнопку, была вмонтирована в большой шар, и пространство между стенками обоих было сильно израсходовано. В таких конструкциях внешний большой шар оставался сравнительно прохладным. Когда большой шар находился на насосе и вакуум между стенками поддерживался постоянным благодаря непрерывному действию насоса, внешний шар оставался довольно холодным, в то время как кнопка в маленькой лампочке оставалась накаленной. Но когда пломба была сделана, и кнопка в маленькой лампочке некоторое время оставалась накаленной, большой шар тоже нагревался. Исходя из этого, я предполагаю, что если пустое пространство (как сказал проф. Дьюаровские находки) не могут передавать тепло, это происходит просто в силу нашего быстрого движения в пространстве или, вообще говоря, из-за движения среды относительно нас, поскольку постоянное состояние не могло бы поддерживаться без постоянного обновления среды. По всем данным, вакуум не может постоянно поддерживаться вокруг горячего тела.


РИС. 194.

В этих конструкциях, упомянутых ранее, маленькая лампочка внутри, по крайней мере на первых этапах, предотвращала бы любую бомбардировку внешнего большого шара. Тогда мне пришло в голову выяснить, как в этом отношении поведет себя металлическое сито, и для этой цели было подготовлено несколько луковиц, как показано на рис. 195. В глобус b была вмонтирована тонкая нить накала f (или кнопка) на платиновой проволоке w, проходящей через стеклянную ножку и ведущей наружу глобуса. Нить накала f была окружена металлическим ситом s. В ходе экспериментов с такими лампами было обнаружено, что сито с широкими ячейками, по-видимому, ни в малейшей степени не влияет на бомбардировку шара b. При высоком вакууме тень от сита четко проецировалась на шар, и последний быстро нагревался. В некоторых лампочках сито s было соединено с платиновой проволокой, запаянной в стекло. Когда этот провод был подсоединен к другому выводу индукционной катушки (в данном случае электромагнитное поле оставалось низким) или к изолированной пластине, воздействие на внешний шар b уменьшалось. При использовании сита с мелкими ячейками воздействие на шар в всегда уменьшалось, но даже в этом случае, если разряжение было очень сильным, и когда потенциал трансформатора был очень высоким, шар в подвергался бомбардировке и быстро нагревался, хотя тень от сита не была видна из-за малого размера ячеек. Но стеклянная трубка или другой сплошной корпус, установленный таким образом, чтобы окружать нить накала, полностью отключал бомбардировку, и какое-то время внешний шар в оставался совершенно холодным. Конечно, когда стеклянная трубка была достаточно нагрета, можно было сразу заметить воздействие на внешний шар. Эксперименты с этими лампами, по-видимому, показали, что скорости проецируемых молекул или частиц должны быть значительными (хотя и совершенно незначительными по сравнению со скоростью света), в противном случае было бы трудно понять, как они могут проходить через мелкое металлическое сито, не подвергаясь воздействию, если только не было обнаружено, что на такие мелкие частицы или атомы нельзя воздействовать непосредственно на измеримых расстояниях. Что касается скорости вылетающих атомов, то лорд Кельвин недавно оценил ее примерно в один километр в секунду или около того в обычной колбе Крукса. Поскольку потенциалы, получаемые с помощью катушки прерывистого разряда, намного выше, чем с обычными катушками, скорости, конечно, должны быть намного больше, когда лампочки зажигаются от такой катушки. Предполагая, что скорость достигает пяти километров и равномерна по всей траектории, как и должно быть в сосуде с очень высоким разряжением, тогда, если попеременная электризация электрода будет иметь частоту в пять миллионов, наибольшее расстояние, которое частица может отлететь от электрода, составит один миллиметр, и если бы на нее можно было воздействовать непосредственно на этом расстоянии, обмен веществом электрода или атомами был бы очень медленным и бомбардировка колбы практически отсутствовала бы. По крайней мере, это должно было бы быть так, если бы воздействие электрода на атомы остаточного газа было таким же, как на наэлектризованные тела, которые мы можем воспринимать. Горячее тело, заключенное в разряженную лампу, всегда производит атомную бомбардировку, но у горячего тела нет определенного ритма, поскольку его молекулы совершают всевозможные колебания.


РИС. 195.

Если накалить лампочку, содержащую кнопку или нить накала, настолько сильно, насколько это возможно, с величайшей осторожностью и с использованием лучших технических средств, часто наблюдается, что сначала разряд не может пробиться, но через некоторое время, вероятно, вследствие некоторых изменений внутри лампы, разряд, наконец, проходит, и кнопка становится раскаленной. На самом деле, оказывается, что чем выше степень истощения, тем легче получается накаливания. По-видимому, нет никаких других причин, которым можно было бы приписать накаливания в таком случае, кроме бомбардировки или аналогичного действия остаточного газа или частиц вещества в целом. Но если опорожнить луковицу с величайшей осторожностью, могут ли они сыграть важную роль? Предположим, что вакуум в колбе достаточно идеален, и тогда большой интерес сосредоточивается на вопросе: является ли среда, пронизывающая все пространство, непрерывной или атомарной? Если атомный, то нагрев проводящей кнопки или нити накала в разряженном сосуде может быть вызван в основном бомбардировкой эфиром, и тогда нагрев проводника в целом, по которому проходят токи высокой частоты или высокого потенциала, должен быть изменен поведением такой среды; тогда также скин-эффект, кажущееся увеличение омического сопротивления и т.д. допускают, по крайней мере частично, другое объяснение.

Конечно, многим явлениям, наблюдаемым с токами высокой частоты, больше соответствует утверждение, что все пространство пронизано свободными атомами, нежели предположение, что оно лишено их, темно и холодно, ибо так оно и должно быть, если заполнено сплошной средой, поскольку в такой не может быть ни тепла, ни света. Передается ли тогда энергия независимыми носителями или вибрацией сплошной среды? На этот важный вопрос пока нет положительного ответа. Но большинство рассматриваемых здесь эффектов, особенно световые эффекты, накаливания или фосфоресценции, связаны с присутствием свободных атомов и были бы невозможны без них.

Что касается накаливания огнеупорной кнопки (или нити накала) в разряженном приемнике, которое было одним из объектов данного исследования, то основные опыты, которые могут послужить руководством при конструировании таких ламп, можно суммировать следующим образом: 1. Пуговица должна быть как можно меньше, сферической формы, с гладкой или полированной поверхностью и из огнеупорного материала, который лучше всего противостоит испарению. 2. Опора кнопки должна быть очень тонкой и экранирована листом алюминия и слюды, как я описывал в другом случае. 3. Мощность лампы должна быть как можно выше. 4. Частота токов должна быть настолько высокой, насколько это практически возможно. 5. Токи должны иметь гармонический подъем и спад, без внезапных перерывов. 6. Тепло следует направлять только на кнопку, поместив ее в небольшую лампочку или иным способом. 7. Пространство между стенками маленькой колбы и внешним колпаком должно быть сильно заполнено.

Большинство соображений, которые применимы к накалу только что рассмотренного твердого вещества, могут быть аналогичным образом применены к фосфоресценции. Действительно, в разряженном сосуде фосфоресценция, как правило, в первую очередь возбуждается мощным биением потока атомов электрода о фосфоресцирующее тело. Даже во многих случаях, когда нет свидетельств такой бомбардировки, я думаю, что фосфоресценция возбуждается сильными ударами атомов, которые не обязательно отбрасываются от электрода, но на которые воздействует тот же самый электрод индуктивно через среду или через цепочки других атомов. То, что механические удары играют важную роль в возбуждении фосфоресценции в лампочке, можно увидеть из следующего эксперимента. Если взять лампочку, сконструированную так, как показано на рис. 174, и разрядить ее с величайшей осторожностью, чтобы разряд не мог пройти, нить накала f воздействует посредством электростатической индукции на трубку t, и последняя начинает вибрировать. Если трубка o довольно широкая, около дюйма или около того, нить накала может вибрировать настолько сильно, что всякий раз, когда она ударяется о стеклянную трубку, возникает фосфоресценция. Но фосфоресценция прекращается, когда нить накала останавливается. Вибрацию можно остановить и снова запустить, изменяя частоту токов. Теперь нить накала имеет свой собственный период вибрации, и если частота токов такова, что возникает резонанс, ее легко заставить вибрировать, хотя потенциал токов невелик. Я часто наблюдал, что нить накала в лампе разрушается из-за такого механического резонанса. Нить накала, как правило, вибрирует так быстро, что ее невозможно увидеть, и экспериментатор поначалу может быть озадачен. Когда такой эксперимент, как описанный, проводится тщательно, потенциал токов должен быть чрезвычайно мал, и по этой причине я делаю вывод, что фосфоресценция в таком случае возникает из-за механического удара нити накала о стекло, точно так же, как она возникает при ударе ножом по сахарной буханке. Механический удар, производимый выброшенными атомами, легко заметить, когда берешь в руку лампочку с кнопкой и внезапно включаешь ток. Я полагаю, что лампочка могла бы разбиться вдребезги, соблюдая условия резонанса.

В приведенном выше эксперименте, конечно, можно смело утверждать, что стеклянная трубка при соприкосновении с нитью накала сохраняет заряд определенного знака в точке соприкосновения. Если теперь нить накала снова коснется стекла в той же точке, хотя она заряжена противоположно, заряды уравняются при распространении света. Но такое объяснение ничего существенного не дало бы. Несомненно, что начальные заряды, придаваемые атомам или стеклу, играют какую-то роль в возбуждении фосфоресценции. Так, например, если сначала возбудить фосфоресцирующую лампу высокочастотной катушкой, подключив ее к одному из выводов последней, и отметить степень яркости, а затем сильно зарядить лампу от аппарата Хольца, подключив ее предпочтительно к положительному выводу аппарата, то обнаруживается, что когда лампу снова подключают к выводу высокочастотной катушки, фосфоресценция становится намного более интенсивной. В другом случае я рассматривал возможность того, что некоторые явления фосфоресценции в лампах накаливания могут быть вызваны свечением бесконечно малого слоя на поверхности фосфоресцирующего тела. Конечно, воздействие атомов достаточно мощно, чтобы вызвать интенсивное свечение в результате столкновений, поскольку они быстро нагревают тело значительного объема до высокой температуры. Если такой эффект существует, то лучшим устройством для создания фосфоресценции в лампочке, которое мы знаем на данный момент, является катушка прерывистого разряда, дающая огромный потенциал с небольшим количеством основных разрядов, скажем, 25-30 в секунду, чего как раз достаточно, чтобы производить непрерывное впечатление на глаз. Это факт, что такая катушка возбуждает фосфоресценцию практически при любых условиях и при любой степени истощения, и я наблюдал эффекты, которые, по-видимому, обусловлены фосфоресценцией даже при обычном атмосферном давлении, когда потенциалы чрезвычайно высоки. Но если фосфоресцирующий свет производится путем выравнивания зарядов наэлектризованных атомов (что бы это ни означало в конечном счете), то чем выше частота импульсов или чередующихся наэлектризовываний, тем экономичнее будет производство света. Давно известен и заслуживает внимания факт, что все фосфоресцирующие тела являются плохими проводниками электричества и тепла, и что все тела перестают излучать фосфоресцирующий свет, когда их доводят до определенной температуры. Проводники, напротив, не обладают этим качеством. Из этого правила есть лишь несколько исключений. Углерод - одно из них. Беккерель отметил, что углерод фосфоресцирует при определенной повышенной температуре, предшествующей темно-красному цвету. Это явление можно легко наблюдать в лампах, снабженных довольно большим угольным электродом (скажем, сферой диаметром шесть миллиметров). Если через несколько секунд включить ток, электрод покроется белоснежной пленкой, как раз перед тем, как он станет темно-красным. Аналогичные эффекты отмечены и с другими проводящими телами, но многие ученые, вероятно, не отнесут их к истинной фосфоресценции. Имеет ли истинное свечение какое-либо отношение к фосфоресценции, возбуждаемой атомным ударом или механическими ударами, еще предстоит решить, но фактом является то, что все условия, которые имеют тенденцию локализовать и усиливать эффект нагрева в точке удара, почти неизменно являются наиболее благоприятными для возникновения фосфоресценции. Итак, если электрод очень мал, что в целом эквивалентно утверждению, что электрическая плотность велика; если потенциал высок, и если газ сильно разрежен, все это подразумевает высокую скорость вылетающих атомов или вещества и, следовательно, сильные удары — фосфоресценция очень интенсивна. Если лампочку, снабженную большим и малым электродами, присоединить к выводу индукционной катушки, маленький электрод возбуждает фосфоресценцию, в то время как большой может этого не делать из-за меньшей электрической плотности и, следовательно, меньшей скорости атомов. Лампочку, снабженную большим электродом, можно схватить рукой, когда электрод подключен к выводу катушки, и она может не фосфоресцировать; но если вместо того, чтобы сжимать лампочку рукой, к ней прикоснуться заостренным проводом, фосфоресценция сразу распространяется по лампочке из-за большой плотности в точке контакта. При низких частотах кажется, что газы с большим атомным весом возбуждают более интенсивную фосфоресценцию, чем газы с меньшим весом, как, например, водород. При высоких частотах наблюдения недостаточно надежны, чтобы сделать вывод. Кислород, как хорошо известно, производит исключительно сильные эффекты, которые частично могут быть вызваны химическим воздействием. Колба с остатками водорода, по-видимому, легче всего возбуждается. Электроды, которые легче всего изнашиваются, производят более интенсивную фосфоресценцию в лампах накаливания, но это состояние не является постоянным из-за нарушения вакуума и осаждения вещества электрода на фосфоресцирующих поверхностях. Некоторые жидкости, например масла, создают великолепные эффекты фосфоресценции (или флуоресценции?), Но они длятся всего несколько секунд. Таким образом, если на стенках лампочки остались следы масла и включен ток, фосфоресценция сохраняется лишь несколько мгновений, пока масло не унесут. Из всех испытанных до сих пор веществ сульфид цинка, по-видимому, наиболее чувствителен к фосфоресценции. Некоторые образцы, полученные благодаря любезности профессора. Генри из Парижа, использовались во многих из этих ламп. Одним из недостатков этого сульфида является то, что он теряет свои свойства излучать свет при нагревании до температуры, которая ни в коем случае не является высокой. Следовательно, его можно использовать только при слабой интенсивности. Наблюдение, которое, возможно, заслуживает внимания, заключается в том, что при сильной бомбардировке алюминиевым электродом он приобретает черный цвет, но, как ни странно, при остывании возвращается в исходное состояние.

Наиболее важным фактом, к которому пришли при проведении исследований в этом направлении, является то, что во всех случаях для возбуждения фосфоресценции с минимальным количеством энергии необходимо соблюдать определенные условия. А именно, всегда, независимо от частоты токов, степени разряда и характера тел в лампочке, существует определенный потенциал (при условии, что лампа возбуждается от одного вывода) или разность потенциалов (при условии, что лампа возбуждается от обоих выводов), которые дают наиболее экономичный результат. Если потенциал увеличить, значительная энергия может быть потрачена впустую, не производя больше света, а если ее уменьшить, то опять же производство света будет не таким экономичным. Точное условие, при котором достигается наилучший результат, по-видимому, зависит от многих факторов различной природы, и его еще предстоит исследовать другим экспериментаторам, но оно, безусловно, должно соблюдаться при эксплуатации таких фосфоресцирующих ламп, если мы хотим получить наилучшие результаты.

Переходя теперь к наиболее интересному из этих явлений, накалу или фосфоресценции газов при низких давлениях или при обычном давлении атмосферы, мы должны искать объяснение этим явлениям в тех же первичных причинах, то есть в толчках или столкновениях атомов. Точно так же, как молекулы или атомы, ударяясь о твердое тело, возбуждают в нем фосфоресценцию или раскаляют его добела, так и при столкновении между собой они вызывают сходные явления. Но это очень недостаточное объяснение и касается только грубого механизма. Свет создается вибрациями, которые продолжаются с почти непостижимой скоростью. Если мы вычислим из энергии, содержащейся в форме известных излучений в определенном пространстве, силу, необходимую для создания таких быстрых вибраций, мы обнаружим, что, хотя плотность эфира несравненно меньше плотности любого известного нам тела, даже водорода, сила эта является чем-то, превосходящим всякое понимание. Что это за сила, которая в механических измерениях может составлять тысячи тонн на квадратный дюйм? В свете современных взглядов это электростатическая сила. Невозможно представить, как тело измеримых размеров могло быть заряжено до такого высокого потенциала, что сила была бы достаточной для создания этих колебаний. Задолго до того, как какой-либо такой заряд мог быть передан телу, оно было бы разбито на атомы. Солнце излучает свет и тепло, как и обычное пламя или нить накаливания, но ни в одном из них нельзя учесть силу, если предположить, что она связана с телом в целом. Только одним способом мы можем объяснить это, а именно, отождествив его с атомом. Атом настолько мал, что если его зарядить при соприкосновении с наэлектризованным телом и предположить, что заряд подчиняется тому же закону, что и в случае тел измеримых размеров, то он должен сохранять количество электричества, которое полностью способно учесть эти силы и огромные частоты вибрации. Но атом ведет себя в этом отношении необычно — он всегда имеет один и тот же “заряд”.

Весьма вероятно, что резонансная вибрация играет наиболее важную роль во всех проявлениях энергии в природе. Во всем пространстве вибрирует вся материя, и представлены все частоты вибрации, от самой низкой музыкальной ноты до самой высокой высоты химических лучей, следовательно, атом или комплекс атомов, независимо от его периода, должен найти вибрацию, с которой он находится в резонансе. Когда мы рассматриваем огромную скорость световых колебаний, мы осознаем невозможность производить такие колебания непосредственно с помощью какого-либо устройства измеримых размеров, и мы приходим к единственно возможному способу достижения цели создания световых волн электрическими средствами и экономично, то есть воздействовать на молекулы или атомы газа, заставляя их сталкиваться и вибрировать. Тогда мы должны спросить себя — как можно воздействовать на свободные молекулы или атомы?

Это факт, что на них может воздействовать электростатическая сила, как это очевидно во многих из этих экспериментов. Изменяя электростатическую силу, мы можем взбалтывать атомы и вызывать их столкновение, сопровождающееся выделением тепла и света. Без сомнения, не доказано, что мы можем воздействовать на них иным образом. Если в закрытой вытяжной трубке возникает световой разряд, располагаются ли атомы под действием чего-либо другого, кроме электростатической силы, действующей по прямым линиям от атома к атому? Совсем недавно я исследовал взаимовлияние двух контуров с экстремальными скоростями вибрации. Когда батарея из нескольких емкостей (c c c c c, рис. 196) разряжается через первичную обмотку P с низким сопротивлением (соединения такие, как показано на рис. 183a, 183b и 183c), а частота вибрации составляет многие миллионы, существуют большие различия потенциалов между точками на первичной обмотке, расположенными на расстоянии не более нескольких дюймов друг от друга. Эти различия могут составлять 10 000 Вольт на дюйм, если не больше, принимая максимальное значение Э.М.Ф. Следовательно, вторичная обмотка s подвергается воздействию электростатической индукции, которая в таких крайних случаях имеет гораздо большее значение, чем электродинамическая. Для таких внезапных импульсов как первичная, так и вторичная обмотки являются плохими проводниками, и поэтому за счет электростатической индукции между соседними точками вторичной обмотки могут возникать большие перепады потенциалов. Тогда между проводами могут проскакивать искры, и серпантины станут видны в темноте, если тщательно исключить свет разряда через искровой промежуток dd. Если теперь мы заменим металлическую вторичную обмотку замкнутой вакуумной трубкой, то разностей потенциалов, создаваемых в трубке электростатической индукцией от первичной обмотки, вполне достаточно для возбуждения отдельных ее частей; но поскольку точки с определенными разностями потенциалов на первичной обмотке не зафиксированы, а обычно постоянно изменяют свое положение, в трубке образуется светящаяся полоса, которая, по-видимому, не касается стекла, как это должно было бы быть, если бы точки с максимальной и минимальной разностями потенциалов были зафиксированы на первичной обмотке. Я не исключаю возможности возбуждения такой трубки только электродинамической индукцией, поскольку этой точки зрения придерживаются очень способные физики; но, по моему мнению, пока нет никаких положительных доказательств того, что атомы газа в закрытой трубке могут выстраиваться в цепочки под действием электродвижущего импульса, создаваемого электродинамической индукцией в трубке. До сих пор мне не удавалось создать бороздки в трубке, какой бы длины и при какой бы степени разряжения она ни была, то есть бороздки под прямым углом к предполагаемому направлению разряда или оси трубки; но я отчетливо наблюдал в большой лампе, в которой широкая светящаяся полоса образовывалась при пропускании разряда батареи через провод, окружающий лампу, круг слабой яркости между двумя светящимися полосами, одна из которых была более интенсивной, чем другая. Более того, с моим нынешним опытом я не думаю, что такой газовый разряд в закрытой трубке может вибрировать, то есть вибрировать как единое целое. Я убежден, что никакой разряд через газ не может вибрировать. Атомы газа ведут себя очень любопытно по отношению к внезапным электрическим импульсам. Газ, по-видимому, не обладает сколько-нибудь заметной инерцией по отношению к таким импульсам, поскольку фактом является то, что чем выше частота импульсов, тем с большей свободой разряд проходит через газ. Если газ не обладает инерцией, то он не может вибрировать, поскольку для свободной вибрации необходима некоторая инерция. Из этого я делаю вывод, что если разряд молнии происходит между двумя облаками, то не может быть никаких колебаний, каких можно было бы ожидать, учитывая пропускную способность облаков. Но если разряд молнии ударяет в землю, всегда возникает вибрация — в земле, но не в облаке. В газовом разряде каждый атом вибрирует со своей собственной скоростью, но нет вибрации проводящей газовой массы в целом. Это важное соображение в великой проблеме экономичного производства света, поскольку оно учит нас, что для достижения этого результата мы должны использовать импульсы очень высокой частоты и обязательно также высокого потенциала. Это факт, что кислород производит более интенсивный свет в трубке. Это потому, что атомы кислорода обладают некоторой инерцией и вибрация не затухает мгновенно? Но тогда азот должен быть не хуже, а хлор и пары многих других тел намного лучше кислорода, если только магнитные свойства последнего не вступают в заметную игру. Или процесс в трубке имеет электролитическую природу? Многие наблюдения, безусловно, говорят в пользу этого, наиболее важным из которых является то, что вещество всегда уносится с электродов, и вакуум в колбе не может поддерживаться постоянно. Если такой процесс имеет место в реальности, тогда мы снова должны прибегнуть к высоким частотам, поскольку при этом электролитическое воздействие должно быть сведено к минимуму, если не стало полностью невозможным.


РИС. 196.

Неоспоримым фактом является то, что при очень высоких частотах, при условии, что импульсы имеют гармоническую природу, подобную импульсам, получаемым от генератора переменного тока, происходит меньший износ и вакуум остается более постоянным. При прерывистых разрядных катушках происходит внезапное повышение потенциала и более быстрое разрушение вакуума, поскольку электроды изнашиваются за очень короткое время. В некоторых больших трубках, которые были снабжены тяжелыми углеродными блоками B B1, соединенными с платиновыми проводами w w1 (как показано на рис. 197), и которые использовались в экспериментах с пробойным разрядом вместо обычного воздушного зазора, наблюдалось, что частицы углерода под действием мощного магнитного поля, в которое была помещена трубка, осаждались правильными тонкими линиями в середине трубки, как показано на рисунке. Эти линии были приписаны отклонению или искажению разряда магнитным полем, но почему отложение происходило главным образом там, где поле было наиболее интенсивным, казалось не совсем ясным. Аналогичным образом был отмечен интересный факт, заключающийся в том, что присутствие сильного магнитного поля увеличивает износ электродов, вероятно, из-за создаваемых им быстрых перебоев в работе, в результате чего между электродами фактически поддерживается более высокое электромагнитное поле.


РИС. 197.

Многое еще предстоит сказать о световых эффектах, возникающих в газах при низком или обычном давлении. Учитывая имеющийся у нас опыт, мы не можем сказать, что сущностная природа этих очаровательных явлений достаточно известна. Но исследования в этом направлении продвигаются с исключительным рвением. Каждое направление научных исследований имеет свои прелести, но исследование электричества, по-видимому, обладает особой привлекательностью, поскольку в области этой замечательной науки нет ни одного эксперимента или наблюдения любого рода, которые не привлекли бы нас. И все же мне кажется, что из всего множества чудесных вещей, которые мы наблюдаем, вакуумная трубка, возбуждаемая электрическим импульсом от удаленного источника, вырывающаяся из темноты и освещающая комнату своим прекрасным светом, является самым прекрасным явлением, которое может предстать нашему взору. Еще интереснее это выглядит, когда, уменьшая основные разряды через зазор до очень малого количества и размахивая трубкой, мы создаем всевозможные рисунки в виде светящихся линий. Поэтому в качестве развлечения я беру прямую длинную трубку, или квадратную, или квадрат, прикрепленный к прямой трубке, и, вращая их в руке, имитирую спицы колеса, граммофонную обмотку, барабанную обмотку, обмотку двигателя переменного тока и т.д. (Рис. 198). При взгляде издалека эффект слабый, и большая часть его красоты теряется, но находясь рядом с тюбиком или держа его в руке, невозможно устоять перед его очарованием.


РИС. 198.

Представляя эти незначительные результаты, я не пытался упорядочить их, как это было бы уместно в строго научном исследовании, в котором каждый последующий результат должен быть логической последовательностью предыдущего, чтобы внимательный читатель или слушатель мог заранее догадаться о нем. Я предпочитал концентрировать свою энергию главным образом на выдвижении новых фактов или идей, которые могли бы послужить подсказками для других, и это может служить оправданием отсутствия гармонии. Объяснения этих явлений были даны добросовестно и в духе студента, готового обнаружить, что они допускают лучшую интерпретацию. Не может быть большого вреда в том, что ученик придерживается ошибочной точки зрения, но когда великие умы ошибаются, мир должен дорого заплатить за их ошибки.

_____________

Лекция, прочитанная перед Институтом Франклина в Филадельфии 24 февраля 1893 г. и перед Национальной ассоциацией электрического освещения в Сент-Луисе, штат Миссури, 1 марта 1893 г.

ГЛАВА XXIX

_______________

ГЕНЕРАТОРЫ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА ТЕСЛА

ДЛЯ ВЫСОКОЙ ЧАСТОТЫ, ПОДРОБНЕЕ

Стало обычной практикой приводить в действие дуговые лампы переменным или пульсирующим током, в отличие от постоянного; но возражение, которое было высказано против таких систем, заключается в том факте, что дуги издают отчетливый звук, изменяющийся в зависимости от скорости чередования или пульсаций тока. Этот шум возникает из-за быстрого чередования нагрева и охлаждения и последующего расширения и сжатия газообразного вещества, образующего дугу, что соответствует периодам или импульсам тока. Другая неблагоприятная особенность обнаруживается в трудности поддержания электрической дуги переменного тока вследствие периодического увеличения сопротивления, соответствующего периодической подаче тока. Эта особенность влечет за собой еще один недостаток, а именно то, что небольшие дуги неосуществимы.

Теоретические соображения привели мистера Теслу к убеждению, что этих неблагоприятных особенностей можно избежать, используя токи с достаточно большим числом чередований, и его предположения подтвердились на практике. Эти быстро меняющиеся токи позволяют поддерживать небольшие дуги, которые, кроме того, обладают преимуществами бесшумности и стойкости. Последнее качество обусловлено обязательно быстрым чередованием, вследствие чего дуга не успевает остыть и всегда поддерживается при высокой температуре и низком сопротивлении.

В начале своих экспериментов мистер Тесла столкнулся с большими трудностями при конструировании высокочастотных машин. Здесь описан генератор такого типа, который, хотя и был сконструирован довольно давно, вполне заслуживает подробного описания. Можно мимоходом упомянуть, что динамо-машины этого типа использовались мистером Теслой в его исследованиях освещения и экспериментах с токами высокого потенциала и высокой частоты, и ссылки на них можно найти в других его лекциях, напечатанных в этом томе.

На прилагаемых гравюрах на рис. 199 и 200 показана машина соответственно с боковым возвышением и вертикальным поперечным сечением; на рис. 201, 202 и 203 показаны увеличенные детали конструкции. Как будет видно, A представляет собой кольцевую магнитную рамку, внутренняя часть которой снабжена большим количеством полюсных наконечников D.


РИС. 199.


РИС. 200, 201, 202 и 203.

Из-за очень большого количества и малого размера полюсов и промежутков между ними катушки возбуждения устанавливаются путем намотки изолированного проводника F зигзагообразно через канавки, как показано на рис. 203, протягивая провод по кольцевому пространству с образованием желаемого количества слоев. Таким образом, на полюсные наконечники D будет подаваться напряжение попеременно противоположной полярности по всему кольцу.

Для якоря мистер Тесла использует паутину, несущую кольцо J, загнутое вниз, за исключением краев, для образования желобообразного гнезда для массы тонких отожженных железных проволок K, которые наматываются в канавку, образуя сердечник, подходящий для катушек якоря. Штифты L установлены по бокам кольца J, а катушки M намотаны по периферии конструкции якоря и вокруг штифтов. Катушки M соединены последовательно, и эти выводы N подведены через полый вал H к контактным кольцам Pp, с которых ток снимается щетками O.

Таким образом, может быть сконструирована машина с очень большим количеством полюсов. Легко, например, получить таким способом от трехсот семидесяти пяти до четырехсот полюсов в машине, которая может безопасно приводиться в движение со скоростью полторы тысячи или шестнадцать сотен оборотов в минуту, что будет производить десять тысяч или одиннадцать тысяч перемен тока в секунду. Дуговые лампы R R показаны на схеме последовательно соединенными с машиной на рис. 200. Если такой ток подать на работающие дуговые лампы, звук, производимый дугой или в ней, становится практически неслышимым, поскольку при увеличении скорости изменения тока и, следовательно, количества колебаний газообразного материала дуги в единицу времени до или сверх десяти тысяч или одиннадцати тысяч в секунду, или до того, что считается пределом слышимости, звук, вызванный такими вибрациями, не будет слышен. Точное количество изменений или волнистостей, необходимых для получения этого результата, будет несколько варьироваться в зависимости от размера дуги — иными словами, чем меньше дуга, тем большее количество изменений потребуется для того, чтобы сделать ее неслышимой в определенных пределах. Следует также указать, что дуга не должна превышать определенной длины.

Трудности, возникающие при конструировании этих машин, носят как механический, так и электрический характер. Машины могут быть спроектированы по двум планам: поле может быть сформировано либо из чередующихся полюсов, либо из полярных выступов одинаковой полярности. В экспериментальной машине может выполняться до 15 000 чередований в секунду по первому плану, но по второму плану получается более эффективная машина.

В описанной выше машине, которая была способна запускать две дуги обычной мощности свечи, поле состояло из кольца из кованого железа наружным диаметром 32 дюйма и толщиной около 1 дюйма. Внутренний диаметр составлял 30 дюймов. Было 384 полярных выступа. Проволока была намотана зигзагообразно, но две проволоки были намотаны так, чтобы полностью охватить выступы. Расстояние между выступами составляет около 3/16 дюйма, а их толщина чуть более 1/16 дюйма. Полевой магнит был сделан относительно небольшим, чтобы приспособить машину к постоянному току. Имеется 384 катушки, соединенные в две серии. Было обнаружено, что практически невозможно использовать провод намного толще, чем калибр № 26 B. и S. из-за локальных эффектов. В такой машине зазор должен быть как можно меньше; по этой причине машина была сделана шириной всего в 1 ¼ дюйма, чтобы можно было избежать обвязки проволокой. Провода якоря должны наматываться с большой осторожностью, поскольку они могут отлететь из-за большой окружной скорости. В различных экспериментах эта машина совершала до 3000 оборотов в минуту. Благодаря большой скорости можно было получить от машины мощность до 10 ампер. Электродвижущая сила регулировалась с помощью регулируемого конденсатора в очень широких пределах, причем пределы были тем больше, чем больше скорость. Эта машина часто использовалась для управления лабораторными лампами мистера Теслы.

Описанная выше машина была лишь одним из многих сконструированных таких типов. Он хорошо подходит для экспериментальной машины, но если требуется еще большее чередование и требуется более высокая эффективность, то предпочтительнее машина, схема которой показана на рис. 204-207. Основное преимущество машин этого типа заключается в том, что магнитная утечка невелика и что может создаваться поле, сильно различающееся по интенсивности в местах, не сильно удаленных друг от друга.


РИС. 204.


РИС. 205.


РИС. 206.


РИС. 207.

На этих гравюрах на рис. 204 и 205 изображена машина, в которой провод якоря и катушки возбуждения неподвижны, в то время как сердечник возбуждающего магнита вращается. На рис. 206 показана машина, реализующая ту же схему конструкции, но имеющая стационарный полевой магнит и вращающийся якорь.

Проводник, в котором индуцируются токи, может быть устроен по-разному; но мистер Тесла предпочитает следующий метод: он использует кольцевую пластину из меди D и с помощью пилы вырезает в ней радиальные пазы от одного края почти до другого, начиная попеременно с противоположных краев. Таким образом, образуется непрерывный зигзагообразный проводник. Когда полярные выступы имеют ширину 1/8 дюйма, ширина проводника ни при каких обстоятельствах не должна превышать 1/32 дюйма; даже в этом случае вихревой эффект значителен.

К внутреннему краю этой пластины прикреплены два кольца из немагнитного металла E, которые изолированы от медного проводника, но прочно удерживаются на нем с помощью болтов F. Внутри колец E затем помещена кольцевая катушка G, которая является катушкой питания возбуждающего магнита. Проводник D и прикрепленные к нему части поддерживаются посредством цилиндрической оболочки или отливки Aa, две части которой сведены вместе и прижаты к внешнему краю проводника D.

Сердечник возбуждающего магнита состоит из двух круглых частей H H, образованных кольцевыми канавками I, которые при соединении двух частей образуют пространство для размещения катушки возбуждения G. Втулки сердечников заострены таким образом, чтобы они плотно прилегали друг к другу, в то время как внешние части или фланцы, которые образуют полярные поверхности Jj, несколько уменьшены в толщине, чтобы освободить место для проводника D, и зазубрены на своих поверхностях. Количество зазубрин на полярных гранях произвольно, но между ними и радиальными участками проводника D должно существовать определенное соотношение, которое будет понятно при обращении к рис. 207, на котором N N представляют выступы или точки на одной грани сердцевины поля, а S S - точки на другой грани. Проводник D показан на этом рисунке в разделе a: a обозначает радиальные участки проводника, а b - изолирующие промежутки между ними. Относительная ширина частей aa и пространство между любыми двумя соседними точками Nn или Ss S таковы, что, когда радиальные участки a проводника проходят между противоположными точками Ns, где поле наиболее сильное, промежуточные радиальные участки a проходят через самые широкие промежутки на полпути между такими точками и там, где поле наиболее слабое. Поскольку сердцевина с одной стороны имеет полярность, противоположную обращенной к ней части, все выступы одной полярной грани будут иметь полярность, противоположную выступам другой грани. Следовательно, хотя расстояние между любыми двумя соседними точками на одной и той же грани может быть чрезвычайно маленьким, между любыми двумя точками с одинаковыми названиями не будет утечки магнитных линий, но силовые линии будут проходить поперек от одного набора точек к другому. Применяемая конструкция в значительной степени устраняет искажение магнитных линий под действием тока в проводнике D, в котором будет наблюдаться ток, текущий в любой момент времени от центра к периферии в одном наборе радиальных частей a и в противоположном направлении в соседних частях a.

Чтобы соединить питающую катушку G, рис. 204, с источником постоянного тока, мистер Тесла использует две смежные радиальные части проводника D для соединения выводов катушки G с двумя соединительными стойками M. Для этой цели пластина D полностью прорезается, как показано, и образовавшийся таким образом разрыв перекрывается коротким проводником C.

Пластина D прорезана насквозь, образуя две клеммы d, которые соединены с крепежными стойками N. Сердечник H H при вращении приводного шкива генерирует в проводниках D переменный ток, который снимается с соединительных стоек N.

Когда требуется вращать проводник между гранями стационарного магнитного поля, используется конструкция, показанная на рис. 206. Проводник D в этом случае выполнен или может быть выполнен по существу тем же способом, что и вышеописанный, путем прорезания кольцевой токопроводящей пластины и закрепления ее между двумя головками O, скрепленными болтами o и прикрепленными к ведущему валу K. Внутренний край пластины или проводника D предпочтительно имеет фланец для обеспечения более прочного соединения между ним и головками O.

Он изолирован от головки. Возбуждающий магнит в данном случае состоит из двух кольцевых частей H H, снабженных кольцевыми канавками I для размещения катушек. Фланцы или грани, окружающие кольцевую канавку, сведены вместе, в то время как внутренние фланцы зазубрены, как и в предыдущем случае, и образуют полярные грани. Две части H H образованы основанием R, на которое опирается машина. S S - это немагнитные втулки, закрепленные или установленные в центральном отверстии сердечников. Проводник D полностью прорезается в одной точке для образования клемм, от которых изолированные проводники T подводятся через вал к коллекторным кольцам V.

В одном из типов машин такого рода, сконструированных мистером Теслой, поле имело по 480 полярных выступов с каждой стороны, и с помощью этой машины можно было получать 30 000 чередований в секунду. Поскольку полярные выступы обязательно должны быть очень узкими, необходимо использовать очень тонкие провода или листы, чтобы избежать эффекта вихревых токов. Таким образом, г-н Тесла сконструировал машины со стационарным якорем и вращающимся полем, и в этом случае катушка возбуждения также поддерживалась таким образом, что вращающаяся часть состояла только из корпуса из кованого железа, лишенного какой-либо проволоки, а также машины с вращающимся якорем и стационарным полем. Машины могут быть как барабанными, так и дисковыми, но опыт мистера Теслы показывает, что последнее предпочтительнее.

* * * * *

В ходе очень интересной статьи, опубликованной в журнале Electrical World в феврале 1891 года, г-н Тесла делает несколько наводящих на размышления замечаний об этих высокочастотных машинах и своем опыте работы с ними, а также с другими частями высокочастотного оборудования. Часть его цитируется здесь и выглядит следующим образом:

Автор случайно упомянет, что любому, кто впервые попытается сконструировать такую машину, будет что рассказать о своем горе. Сначала он, как само собой разумеющееся, изготовит арматуру с необходимым количеством полярных выступов. Тогда он получит удовлетворение от того, что создал аппарат, который подходит для сопровождения полностью вагнеровской оперы. Кроме того, он может обладать способностью преобразовывать механическую энергию в тепло почти совершенным образом. Если произойдет изменение полярности выступов, он получит тепло от машины; если изменения не произойдет, нагрев будет меньше, но мощность будет практически нулевой. Тогда он откажется от железа в арматуре и попадет из Сциллы в Харибду. Он будет искать одну трудность и найдет другую, но после нескольких попыток он может получить почти то, что хотел.

Среди множества экспериментов, которые можно провести с такой машиной, не наименьший интерес представляют эксперименты, проводимые с индукционной катушкой высокого напряжения. Характер разряда полностью меняется. Дуга устанавливается на гораздо больших расстояниях, и на нее так легко воздействует малейший поток воздуха, что она часто извивается самым причудливым образом. Обычно он издает ритмичный звук, характерный для дуг переменного тока, но любопытным моментом является то, что звук может быть услышан с числом чередований, намного превышающим десять тысяч в секунду, что многими считается пределом слышимости. Во многих отношениях катушка ведет себя как статическая машина. Точки значительно уменьшают интервал искрения, электричество свободно выходит из них, а от провода, прикрепленного к одной из клемм, исходят потоки света, как если бы он был подключен к полюсу мощной электрической машины. Все эти явления, конечно, в основном обусловлены огромной разницей полученных потенциалов. Вследствие самоиндукции катушки и высокой частоты ток незначителен, в то время как происходит соответствующее повышение давления. Импульс тока определенной силы, запущенный в такой катушке, должен сохраняться и протекать не менее четырех десятитысячных секунды. Поскольку это время больше половины периода, происходит так, что противоположная электродвижущая сила начинает действовать, пока ток все еще течет. Как следствие, давление повышается, как в трубке, заполненной жидкостью и быстро вибрирующей вокруг своей оси. Ток настолько мал, что, по мнению и невольному опыту автора, разряд даже очень большой катушки не может вызвать серьезных вредных эффектов, тогда как, если бы на ту же катушку подавался ток более низкой частоты, хотя электродвижущая сила была бы намного меньше, разряд, несомненно, был бы вредным. Этот результат, однако, частично обусловлен высокой частотой. Опыт автора, как правило, показывает, что чем выше частота, тем большее количество электрической энергии может проходить через тело без серьезного дискомфорта; отсюда кажется несомненным, что ткани человека действуют как конденсаторы.

Человек не совсем подготовлен к поведению катушки при подключении к лейденской банке. Можно, конечно, предположить, что, поскольку частота высока, емкость банки должна быть небольшой. Поэтому он берет очень маленькую баночку, размером примерно с небольшой бокал для вина, но обнаруживает, что даже в этой баночке катушка практически замкнута накоротко. Затем он уменьшает емкость до тех пор, пока не достигнет емкости двух сфер, скажем, десяти сантиметров в диаметре и на расстоянии двух-четырех сантиметров друг от друга. Затем разряд принимает форму зубчатой полосы, точно такой же, как последовательность искр, наблюдаемых в быстро вращающемся зеркале; зубцы, конечно, соответствуют разрядам конденсатора. В этом случае можно наблюдать странное явление. Разряд начинается в ближайших точках, постепенно распространяется вверх, прерывается где-то около вершины сфер, снова начинается внизу и так далее. Это происходит так быстро, что видны сразу несколько зубчатых полос. Несколько минут можно быть озадаченным, но объяснение достаточно простое. Разряд начинается в ближайших точках, воздух нагревается и уносит дугу вверх до тех пор, пока она не оборвется, когда она вновь устанавливается в ближайших точках и т.д. Поскольку ток легко проходит через конденсатор даже небольшой емкости, вполне естественно, что подключение только одной клеммы к корпусу того же размера, независимо от того, насколько хорошо он изолирован, значительно уменьшает расстояние разряда дуги.

Особый интерес представляют эксперименты с трубками Гейслера. Разряженная трубка, лишенная каких-либо электродов, загорится на некотором расстоянии от катушки. Если трубка от вакуумного насоса находится рядом со змеевиком, весь насос ярко освещен. Лампа накаливания, приближенная к змеевику, загорается и заметно нагревается. Если клеммы лампы подсоединены к одному из соединительных стержней катушки и рука приближена к лампочке, происходит очень любопытный и довольно неприятный разряд от стекла к руке, и нить накаливания может раскалиться. Выпуск в некоторой степени напоминает струю, выходящую из пластин мощной машины для обжига, но имеет несравненно большее количество. Лампа в данном случае действует как конденсатор, причем одним покрытием является разреженный газ, а другим - рука оператора. Если взять в руку корпус лампы и поднести металлические клеммы близко к проводнику, подсоединенному к катушке, или в контакт с ним, углерод раскаляется до яркого накала, а стекло быстро нагревается. Со 100-вольтовой лампой мощностью 10 С.П. Можно без особого дискомфорта выдерживать такой ток, который придаст лампе значительную яркость; но ее можно держать в руке всего несколько минут, поскольку стекло нагревается за невероятно короткое время. Когда трубку зажигают, поднося ее поближе к катушке, ее можно заставить погаснуть, поместив металлическую пластину на руку между катушкой и трубкой; но если металлическая пластина прикреплена к стеклянному стержню или иным образом изолирована, трубка может оставаться зажженной, если вставить пластину, или даже может увеличиться в яркости. Эффект зависит от положения пластины и трубки относительно катушки, и его всегда можно легко предсказать, предположив, что проводимость происходит от одного вывода катушки к другому. В зависимости от положения пластины она может либо отводить ток от трубки, либо направлять его в нее.

В другом направлении работы автор в частых экспериментах поддерживал горение ламп накаливания напряжением 50 или 100 вольт при любой желаемой мощности свечи, при этом оба вывода каждой лампы были подсоединены к толстому медному проводу длиной не более нескольких футов. Эти эксперименты кажутся достаточно интересными, но они не более интересны, чем странный эксперимент Фарадея, который был возрожден и которому уделили большое внимание недавние исследователи, и в котором разряд проскакивает между двумя точками изогнутого медного провода. Здесь можно привести эксперимент, который может показаться не менее интересным. Если поднести к катушке трубку Гейслера, клеммы которой соединены медным проводом, то, конечно, никто не будет готов увидеть, как трубка загорится. Как ни странно, он действительно загорается, и, более того, провод, похоже, не имеет большого значения. В первый момент можно подумать, что сопротивление провода может иметь какое-то отношение к этому явлению. Но это, конечно, немедленно отвергается, поскольку для этого потребовалась бы огромная частота. Этот результат, однако, кажется загадочным только на первый взгляд; ибо, поразмыслив, становится совершенно ясно, что проволока может иметь лишь небольшое значение. Это может быть объяснено более чем одним способом, но, возможно, лучше всего согласуется с наблюдениями предположение, что проводимость происходит от выводов катушки через пространство. Исходя из этого предположения, если трубку с проводом удерживать в любом положении, провод может отводить немногим больше тока, который проходит через пространство, занимаемое проводом и металлическими выводами трубки; через смежное пространство ток проходит практически без помех. По этой причине, если трубку удерживать в любом положении под прямым углом к линии, соединяющей соединительные стержни катушки, провод практически ничего не меняет, но в положении, более или менее параллельном этой линии, он в определенной степени ухудшает яркость трубки и ее способность загораться. Исходя из того же предположения, можно объяснить множество других явлений. Например, если концы трубки снабдить шайбами достаточного размера и удерживать в линии, соединяющей выводы катушки, она не загорится, и тогда почти весь ток, который в противном случае равномерно проходил бы через пространство между шайбами, отводится по проводу. Но если трубка будет достаточно наклонена к этой линии, она загорится, несмотря на шайбы. Кроме того, если металлическую пластину закрепить на стеклянном стержне и держать под прямым углом к линии, соединяющей соединительные стержни, и ближе к одному из них, трубка, проведенная более или менее параллельно линии, мгновенно загорится, когда один из выводов коснется пластины, и погаснет, когда ее отделят от пластины. Чем больше поверхность пластины, до определенного предела, тем легче будет загораться трубка. Когда трубку помещают под прямым углом к прямой линии, соединяющей соединительные стойки, а затем поворачивают, ее яркость неуклонно увеличивается до тех пор, пока она не станет параллельной этой линии. Автор должен, однако, заявить, что он не одобряет идею утечки или тока через пространство больше, чем в качестве подходящего объяснения, поскольку он убежден, что все эти эксперименты нельзя было бы провести со статической машиной, дающей постоянную разницу потенциалов, и что действие конденсатора в значительной степени связано с этими явлениями.

При работе с катушкой Ruhmkorff с очень быстро меняющимися токами рекомендуется соблюдать определенные меры предосторожности. Первичную обмотку не следует включать слишком долго, иначе сердечник может нагреться настолько, что расплавится гуттаперча или парафин, или иным образом повредить изоляцию, и это может произойти за удивительно короткое время, учитывая силу тока. При включении первичного тока клеммы тонкой проволоки можно соединить без большого риска, поскольку полное сопротивление настолько велико, что трудно пропустить достаточный ток через тонкую проволоку, чтобы повредить ее, и фактически катушка в целом может быть намного безопаснее, когда клеммы тонкой проволоки соединены, чем когда они изолированы; но следует соблюдать особую осторожность, когда клеммы соединены с покрытием лейденской банки, поскольку при мощности, близкой к критической, которая просто противодействует самоиндукции на существующей частоте, катушку может постигнуть участь Святого Поликарпа. Если дорогой вакуумный насос загорается при нахождении рядом с катушкой или прикосновении провода, подсоединенного к одной из клемм, ток следует оставлять включенным не более чем на несколько мгновений, иначе стекло треснет от нагрева разреженного газа в одном из узких проходов — по собственному опыту автора quod erat demonstrandum.*

Есть много других интересных моментов, которые можно наблюдать в связи с такой машиной. Эксперименты с телефоном, проводником в сильном поле, конденсатором или электрической дугой, по-видимому, дают определенные доказательства того, что звуки, намного превышающие обычные допустимые пределы слышимости, могут быть восприняты. Телефон будет издавать ноты частотой от двенадцати до тринадцати тысяч колебаний в секунду; тогда начинает сказываться неспособность ядра следить за такими быстрыми колебаниями. Однако, если заменить магнит и сердечник конденсатором, а клеммы подсоединить к высоковольтной вторичной обмотке трансформатора, все еще могут быть слышны более высокие ноты. Если пропустить ток по тонкослойному сердечнику и осторожно прижать к сердечнику небольшой кусочек тонкого листового железа, звук все равно может быть слышен с частотой от тринадцати до четырнадцати тысяч колебаний в секунду, при условии, что ток достаточно сильный. Однако небольшая катушка, плотно расположенная между полюсами мощного магнита, будет издавать звук с указанным выше числом чередований, и дуги могут быть слышны с еще более высокой частотой. Предел слышимости оценивается по-разному. Где-то в работах сэра Уильяма Томсона говорится, что пределом является десять тысяч в секунду или около того. Другие, но менее надежные источники сообщают, что она достигает двадцати четырех тысяч в секунду. Вышеупомянутые эксперименты убедили автора в том, что ноты с несравненно большим числом колебаний в секунду были бы восприняты при условии, что их можно было бы воспроизводить с достаточной мощностью. Нет причин, почему это не должно быть так. Сгущение и разрежение воздуха обязательно вызвало бы соответствующую вибрацию диафрагмы, и возникло бы определенное ощущение, независимо — в определенных пределах — от скорости передачи к нервным центрам, хотя вполне вероятно, что из-за отсутствия физической нагрузки ухо не смогло бы различить ни одной такой высокой ноты. С глазом дело обстоит иначе; если чувство зрения основано на каком-то резонансном эффекте, как полагают многие, никакое увеличение интенсивности эфирной вибрации не может расширить диапазон нашего зрения по обе стороны от видимого спектра.

Предел слышимости дуги зависит от ее размера. Чем больше поверхность дуги при заданном нагревательном эффекте, тем выше предел слышимости. Самые высокие ноты издают высоковольтные разряды индукционной катушки, в которой дуга находится, так сказать, на всей поверхности. Если R - сопротивление дуги, а c - ток, а линейные размеры увеличены в n раз, то сопротивление равно R / n, и при той же плотности тока ток был бы n2C; следовательно, эффект нагрева в n3 раза больше, в то время как поверхность всего в n2 раза больше. По этой причине очень большие дуги не будут издавать никакого ритмичного звука даже с очень низкой частотой. Однако следует учитывать, что издаваемый звук в некоторой степени зависит также от состава углерода. Если углерод содержит высокоуглеродистый материал, то при нагревании он, как правило, поддерживает температуру дуги равномерной, а звук уменьшается; по этой причине может показаться, что для дуги переменного тока требуются такие угли.

При токах таких высоких частот можно получать бесшумные дуги, но регулирование лампы становится чрезвычайно затруднительным из-за чрезмерно малых притяжений или отталкиваний между проводниками, передающими эти токи.

Интересной особенностью дуги, создаваемой этими быстро меняющимися токами, является ее постоянство. Для этого есть две причины, одна из которых присутствует всегда, другая - только иногда. Одна из них связана с характером тока, а другая - со свойством машины. Первая причина является более важной и напрямую связана с быстротой чередования. Когда дуга образуется периодически изменяющимся током, происходит соответствующее изменение температуры газового столба и, следовательно, соответствующее изменение сопротивления дуги. Но сопротивление дуги сильно меняется в зависимости от температуры газового столба и практически бесконечно, когда газ между электродами холодный. Следовательно, стойкость дуги зависит от неспособности столба охлаждаться. По этой причине невозможно поддерживать дугу, когда ток меняется всего несколько раз в секунду. С другой стороны, при практически непрерывном токе легко поддерживать дугу, поскольку колонна постоянно поддерживается при высокой температуре и низком сопротивлении. Чем выше частота, тем меньше интервал времени, в течение которого дуга может остыть и значительно увеличить сопротивление. При частоте 10 000 ударов в секунду или более по дуге равного размера чрезмерно малые колебания температуры накладываются на устойчивую температуру, подобно ряби на поверхности глубокого моря. Эффект нагрева практически непрерывен, и дуга ведет себя как дуга, создаваемая постоянным током, за исключением, однако, того, что ее может быть не так легко запустить и что электроды расходуются одинаково; хотя автор заметил некоторые нарушения в этом отношении.

Вторая упомянутая причина, которая, возможно, может отсутствовать, связана со склонностью машины такой высокой частоты поддерживать практически постоянный ток. Когда дуга удлиняется, электродвижущая сила пропорционально возрастает, и дуга становится более стойкой.

Такая машина в высшей степени приспособлена для поддержания постоянного тока, но она совершенно непригодна для постоянного потенциала. Фактически, в некоторых типах таких машин почти постоянный ток является почти неизбежным результатом. Поскольку количество полюсов или полярных выступов значительно увеличивается, зазор приобретает большое значение. На самом деле это связано с большим количеством очень маленьких машин. Затем возникает полное сопротивление якоря, значительно увеличенное высокой частотой. Затем, опять же, усиливается магнитная утечка. Если имеется триста или четыреста альтернативных полюсов, утечка настолько велика, что это практически то же самое, что соединить полюса в двухполюсной машине куском железа. Этот недостаток, это правда, может быть более или менее устранен при использовании поля одинаковой полярности повсюду, но тогда человек сталкивается с трудностями иного характера. Все эти устройства, как правило, поддерживают постоянный ток в цепи якоря.

В этой связи интересно отметить, что даже сегодня инженеры поражены производительностью машины постоянного тока, точно так же, как несколько лет назад они считали выдающейся производительностью, если машина была способна поддерживать постоянную разность потенциалов между выводами. Тем не менее, добиться одного результата так же легко, как и другого. Следует только помнить, что в индуктивном устройстве любого типа, если требуется постоянный потенциал, индуктивная связь между первичной цепью или цепью возбуждения и вторичной цепью или цепью якоря должна быть максимально близкой; тогда как в устройстве с постоянным током требуется прямо противоположное. Кроме того, противодействие протеканию тока в индуцированной цепи должно быть как можно меньше в первом случае и как можно больше во втором. Но противодействие протеканию тока может быть вызвано более чем одним способом. Это может быть вызвано омическим сопротивлением или самоиндукцией. Можно создать индуктивную цепь динамо-машины или трансформатора с таким высоким сопротивлением, что при работе устройств со значительно меньшим сопротивлением в очень широких пределах поддерживается почти постоянный ток. Но такое высокое сопротивление влечет за собой большие потери мощности, следовательно, это практически неосуществимо. Не совсем самоиндукция. Самоиндукция не обязательно означает потерю мощности. Мораль такова: используйте самоиндукцию вместо сопротивления. Существует, однако, обстоятельство, благоприятствующее принятию этого плана, и оно заключается в том, что можно дешево получить очень высокую самоиндукцию, более или менее полностью покрыв проволоку сравнительно небольшой длины железом, и, более того, эффект может быть усилен по желанию, вызывая быстрое колебание тока. Подводя итог, можно сказать, что требованиями к постоянному току являются: Слабая магнитная связь между индуцируемой и индуцирующей цепями, максимально возможная самоиндукция при наименьшем сопротивлении, максимально возможная скорость изменения тока. Постоянный потенциал, с другой стороны, требует: теснейшего магнитного соединения между цепями, постоянного индуцированного тока и, по возможности, отсутствия реакции. Если бы последние условия могли быть полностью выполнены в машине с постоянным потенциалом, ее мощность во много раз превысила бы мощность машины, изначально предназначенной для подачи постоянного тока. К сожалению, тип машины, в которой могут быть выполнены эти условия, не имеет большой практической ценности из-за малой достижимой электродвижущей силы и трудностей с отключением тока.

Благодаря своему обостренному инстинкту изобретателя, ныне преуспевающие производители дуговых ламп рано распознали желательность машины постоянного тока. Их дуговые осветительные машины имеют слабые поля, большие якоря с большой длиной медного провода и небольшим количеством сегментов коллектора, что приводит к большим колебаниям силы тока и задействует самоиндукцию. Такие машины могут поддерживать в значительных пределах изменения сопротивления цепи практически постоянный ток. Их производительность, конечно, соответственно снижается, и, возможно, для того, чтобы не слишком сильно снижать производительность, используется простое устройство, компенсирующее исключительные отклонения. Волнообразность тока практически необходима для коммерческого успеха дуговой осветительной системы. Он вводит в схему стабилизирующий элемент, заменяющий большое омическое сопротивление, без больших потерь мощности, и, что более важно, позволяет использовать простые лампы с муфтой, которые при токе в определенное количество импульсов в секунду, наилучшим образом подходящие для каждой конкретной лампы, при надлежащем уходе будут регулироваться даже лучше, чем самые лучшие лампы с часовым механизмом. Это открытие было сделано писателем с опозданием на несколько лет.

Компетентными английскими электриками было заявлено, что в машине постоянного тока или трансформаторе регулирование осуществляется путем изменения фазы вторичного тока. Ошибочность этой точки зрения можно легко доказать, используя вместо ламп устройства, каждое из которых обладает самоиндукцией и емкостью или самоиндукцией и сопротивлением, то есть замедляющими и ускоряющими компонентами, в таких пропорциях, чтобы существенно не влиять на фазу вторичного тока. Любое количество таких устройств может быть вставлено или вырезано, тем не менее будет обнаружено, что регулирование происходит при поддержании постоянного тока, в то время как электродвижущая сила изменяется в зависимости от количества устройств. Изменение фазы вторичного тока - это просто результат, следующий за изменениями сопротивления, и, хотя вторичная реакция всегда имеет большее или меньшее значение, все же реальная причина регулирования заключается в существовании перечисленных выше условий. Следует, однако, указать, что в случае с машиной приведенные выше замечания должны быть ограничены случаями, в которых машина возбуждается независимо. Если возбуждение осуществляется путем коммутации тока якоря, то фиксированное положение щеток придает любому смещению нейтральной линии первостепенное значение, и со стороны автора не может показаться нескромным упомянуть, что, насколько можно судить по записям, он, по-видимому, был первым, кто успешно отрегулировал машины, обеспечив мостовое соединение между точкой внешней цепи и коммутатором посредством третьей щетки. При правильной пропорции якоря и поля возбуждения, а также при размещении щеток в их определенных положениях постоянный ток или постоянный потенциал возникают в результате изменения диаметра коммутируемого элемента под действием изменяющихся нагрузок.

В связи с машинами с такими высокими частотами конденсатор представляет собой особенно интересное исследование. Электродвижущую силу такой машины легко увеличить в четыре или пять раз, просто подключив конденсатор к цепи, и автор постоянно использовал конденсатор для целей регулирования, как это было предложено Блейксли в его книге об переменных токах, в которой он с изысканной простотой и ясностью рассмотрел наиболее часто возникающие проблемы с конденсаторами. Высокая частота позволяет использовать небольшие мощности и упрощает исследование. Но, хотя в большинстве экспериментов результат можно предсказать, некоторые наблюдаемые явления на первый взгляд кажутся любопытными. Иллюстрацией может служить один эксперимент, проведенный три или четыре месяца назад с такой машиной и конденсатором. Использовалась машина, производящая около 20 000 чередований в секунду. Два оголенных провода длиной около двадцати футов и диаметром два миллиметра, расположенные в непосредственной близости друг от друга, были подсоединены с одной стороны к клеммам аппарата, а с другой - к конденсатору. Небольшой трансформатор без железного сердечника, конечно, использовался для того, чтобы приблизить показания к вольтметру Cardew путем подключения вольтметра к вторичной обмотке. На клеммах конденсатора электродвижущая сила составляла около 120 вольт, и оттуда дюйм за дюймом она постепенно падала, пока на клеммах машины не достигла около 65 вольт. Это было практически так, как если бы конденсатор был генератором, а линия и цепь якоря - просто подключенным к нему сопротивлением. Автор искал случай резонанса, но он не смог усилить эффект, очень осторожно и постепенно изменяя мощность или скорость вращения машины. Случай чистого резонанса он не смог получить. Когда конденсатор подключался к клеммам машины — сначала определялась самоиндукция якоря в максимальном и минимальном положении и принималось среднее значение — мощность, дающая наибольшую электродвижущую силу, наиболее близко соответствовала мощности, которая просто противодействовала самоиндукции с существующей частотой. Если мощность увеличивалась или уменьшалась, электродвижущая сила падала, как и ожидалось.

При таких высоких частотах, как упомянутая выше, эффекты конденсатора имеют огромное значение. Конденсатор становится высокоэффективным устройством, способным передавать значительное количество энергии.

* * * * *

В приложении к этой книге вы найдете описание генератора Теслы, который, по мнению его изобретателя, среди прочих больших преимуществ обеспечит ему необходимые условия высокой частоты, одновременно избавляя от неудобств, присущих генераторам типа, описанного в начале этой главы.

_______________

* Считается необходимым отметить, что, хотя индукционная катушка может давать довольно хороший результат при работе с такими быстро меняющимися токами, все же ее конструкция, совершенно независимо от железного сердечника, делает ее совершенно непригодной для таких высоких частот, и для получения наилучших результатов конструкцию следует значительно модифицировать.

ГЛАВА XXX

_______________

ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИЙ ТОК ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

ИНДУКЦИОННЫЙ АППАРАТ*

Около полутора лет назад, когда я занимался изучением переменных токов короткого периода, мне пришло в голову, что такие токи можно получить, вращая заряженные поверхности в непосредственной близости от проводников. Соответственно, я разработал различные формы экспериментальных аппаратов, два из которых проиллюстрированы на прилагаемых гравюрах.

В устройстве, показанном на рис. 208, A представляет собой кольцо из сухой шелушащейся твердой древесины, покрытое изнутри двумя наборами покрытий из фольги, a и b, при этом все покрытия a и все покрытия b соединены вместе соответственно, но независимы друг от друга. Эти два набора покрытий подключены к двум клеммам T. Для наглядности показаны только несколько покрытий. Внутри кольца А и в непосредственной близости от него установлен с возможностью вращения цилиндр В, также изготовленный из сухого, покрытого шелухой твердого дерева и снабженный двумя аналогичными наборами покрытий, a1 и b1, причем все покрытия a1 соединены с одним кольцом, а все остальные, b1, с другим, обозначенным + и –. Эти два набора, a1 и b1, заряжаются до высокого потенциала с помощью аппарата Хольца или Вимшерста и могут быть подключены к банке определенной емкости. Внутренняя сторона кольца А покрыта слюдой для увеличения индукции, а также для использования более высоких потенциалов.


РИС. 208.

Когда цилиндр B с заряженными покрытиями вращается, по цепи, подключенной к выводам T, пропускается переменный ток. Другая форма устройства показана на рис. 209. В этом устройстве два набора покрытий из фольги наклеиваются на пластину из эбонита, и предусмотрена аналогичная пластина, которая вращается и покрытия на которой загружаются, как показано на рис. 208.


РИС. 209.

Мощность такого устройства очень мала, но могут наблюдаться некоторые эффекты, свойственные переменным токам с короткими периодами. Эффекты, однако, нельзя сравнить с теми, которые можно получить с помощью индукционной катушки, приводимой в действие высокочастотной машиной переменного тока, некоторые из которых были описаны мной некоторое время назад.

_____________

Статья мистера Теслы в "Инженере-электрике", Нью-Йорк, 6 мая 1891г.

ГЛАВА XXXI

_______________

“МАССАЖ” ТОКАМИ

ВЫСОКОЙ ЧАСТОТЫ*

Я надеюсь, что настоящее краткое сообщение не будет истолковано как попытка с моей стороны заявить о себе как о специалисте по “патентованной медицине”, поскольку серьезный работник не может презирать ничего больше, чем неправильное использование электричества, свидетелями которого мы часто являемся. Мои замечания вызваны живым интересом, который видные практикующие врачи проявляют ко всем реальным достижениям в области электрических исследований. Прогресс, достигнутый за последние годы, был настолько велик, что каждый электрик и инженер-электрик уверен, что электричество станет средством достижения многих целей, которые ранее, при наших существующих знаниях, считались невозможными. Поэтому неудивительно, что прогрессивные врачи также должны ожидать найти в этом мощный инструмент и помощь в новых лечебных процессах. С тех пор как я имел честь представить Американскому институту инженеров-электриков некоторые результаты использования переменных токов высокого напряжения, я получил много писем от известных врачей, спрашивающих о физических эффектах таких токов высокой частоты. Возможно, вы помните, что затем я продемонстрировал, что тело, совершенно хорошо изолированное от воздуха, можно нагреть, просто подключив его к источнику быстро меняющегося высокого потенциала. Нагрев в этом случае, по всей вероятности, обусловлен бомбардировкой тела воздухом или, возможно, какой-либо другой средой, имеющей молекулярную или атомарную структуру, присутствие которой до сих пор ускользало от нашего анализа, поскольку, согласно моим представлениям, истинное эфирное излучение с такими частотами, как даже несколько миллионов в секунду, должно быть очень малым. Это тело может быть хорошим проводником или очень плохим проводником электричества с незначительными изменениями в результате. Человеческое тело в таком случае является тонким проводником, и если человек, изолированный в комнате или неважно где, вступает в контакт с таким источником быстро меняющегося высокого потенциала, кожа нагревается в результате бомбардировки. Это всего лишь вопрос размеров и характера устройства для получения любой желаемой степени нагрева.

Мне пришло в голову, что при надлежащей подготовке такого аппарата квалифицированный врач не смог бы найти в нем средства для эффективного лечения различных типов заболеваний. Нагревание, конечно, будет поверхностным, то есть на коже, и будет происходить независимо от того, находился ли прооперированный в постели или ходил по комнате, был ли одет в плотную одежду или оставался нагим. На самом деле, в широком смысле, вполне возможно, что полностью обнаженный человек на Северном полюсе мог бы таким образом согреться.

Не ручаясь за все результаты, которые, конечно, должны определяться опытом и наблюдениями, я могу, по крайней мере, гарантировать тот факт, что нагревание произойдет при использовании этого метода воздействия на человеческое тело переменными токами высокого потенциала и частоты, с которыми я уже давно работаю. Вполне разумно ожидать, что некоторые из новых эффектов будут полностью отличаться от тех, которые можно получить с помощью старых, знакомых терапевтических методов, обычно используемых. Будут ли все они полезны или нет, еще предстоит доказать.

__________

* Статья мистера Теслы в "Инженере-электрике" от 23 декабря 1891 г.

ГЛАВА XXXII

_______________

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РАЗРЯД

В ВАКУУМНЫХ ТРУБКАХ*

В “Инженере-электрике” от 10 июня я обратил внимание на описание некоторых экспериментов профессора Дж. Дж. Томсона по теме "Электрический разряд в вакуумных трубках", а в вашем номере от 24 июня проф. Дж.Дж. Элайху Томсон описывает эксперимент такого же рода. Основная идея этих экспериментов состоит в том, чтобы создать электродвижущую силу в вакуумной трубке — предпочтительно без каких—либо электродов - посредством электромагнитной индукции и таким образом возбудить трубку.

Рассматривая предмет, я думаю, что для любого экспериментатора, который тщательно изучил стоящую перед нами проблему и попытался найти ее решение, эта идея должна представляться такой же естественной, как, например, идея замены фольгированного покрытия лейденской банки разреженным газом и возбуждения свечения в конденсаторе, получаемого таким образом путем многократной зарядки и разрядки. Идея очевидна, и какие бы достоинства ни были в этом направлении исследований, они должны зависеть от полноты изучения предмета и правильности наблюдений. Следующие строки написаны не с каким-либо желанием с моей стороны заявить о себе как о человеке, проводившем подобные эксперименты, а с желанием помочь другим экспериментаторам, указав на определенные особенности наблюдаемых явлений, которые, по всей видимости, не были отмечены профессором Дж.

Дж. Томсону, который, однако, по-видимому, систематически проводил свои исследования и который был первым, кто обнародовал свои результаты. Эти отмеченные мной особенности, по-видимому, расходятся со взглядами профессора Дж. Дж. Томсона и представляют явления в ином свете.

Мои исследования в этом направлении занимали меня главным образом зимой и весной прошлого года. За это время было проведено много различных экспериментов, и в ходе моего обмена идеями по этому вопросу с мистером Альфредом С. Брауном из Телеграфной компании Western Union были предложены различные варианты расположения, которые были осуществлены мной на практике. Рис. 210 может служить примером одной из многих используемых форм устройства. Оно состояло из большой стеклянной трубки, запаянной с одного конца и выступающей в обычную лампу накаливания. Первичная обмотка, обычно состоящая из нескольких витков толстого, хорошо изолированного медного листа, была вставлена внутрь трубки, а внутреннее пространство колбы служило вторичной обмоткой. Эта форма устройства была получена после некоторых экспериментов и использовалась главным образом для того, чтобы я мог разместить полированную отражающую поверхность на внутренней стороне трубки, и для этой цели последний виток первичной обмотки был покрыт тонким серебряным листом. Во всех используемых типах устройств не было особых трудностей с возбуждением светящегося круга или цилиндра вблизи первичной обмотки.


РИС. 210.

Что касается количества оборотов, я не совсем понимаю, почему профессор Дж. Дж. Томсон считает, что нескольких оборотов было “вполне достаточно”, но чтобы я не приписывал ему мнение, которого у него, возможно, нет, добавлю, что у меня сложилось такое впечатление из чтения опубликованных тезисов его лекции. Очевидно, что количество оборотов, которое в любом случае дает наилучший результат, зависит от размеров устройства, и, если бы не различные соображения, один оборот всегда давал бы наилучший результат.

Я обнаружил, что предпочтительнее использовать в этих экспериментах машину переменного тока, дающую умеренное количество оборотов в секунду, для возбуждения индукционной катушки для зарядки лейденской банки, которая разряжается через первичную обмотку, — схематично показано на рис. 211, - поскольку в таком случае перед тем, как произойдет пробойный разряд, трубка или колба слегка возбуждаются, и формирование светящегося круга значительно облегчается. Но я также использовал машину Вимшерста в некоторых экспериментах.


РИС. 211.

Взгляд профессора Дж. Дж. Томсона на рассматриваемые явления, по-видимому, заключается в том, что они полностью обусловлены электромагнитным воздействием. Одно время я придерживался того же мнения, но, тщательно исследовав этот предмет, я пришел к убеждению, что они скорее носят электростатический характер. Следует помнить, что в этих экспериментах нам приходится иметь дело с первичными токами огромной частоты или скорости изменения и высокого потенциала, и что вторичный проводник состоит из разреженного газа, и что в таких условиях электростатические эффекты должны играть важную роль.

В подтверждение своей точки зрения я опишу несколько проведенных мной экспериментов. Для возбуждения свечения в трубке нет абсолютной необходимости в том, чтобы проводник был замкнут. Например, если обычную вытяжную трубку (предпочтительно большого диаметра) окружить спиралью из толстой медной проволоки, служащей первичной обмоткой, в трубке может образоваться слабо светящаяся спираль, грубо показанная на рис. 212. В одном из таких экспериментов наблюдалось любопытное явление, а именно, внутри трубки образовались два интенсивно светящихся круга, каждый из которых находился близко к витку первичной спирали, и я объяснил это явление наличием узлов на первичной спирали. Круги были соединены слабо светящейся спиралью, параллельной первичной обмотке и находящейся в непосредственной близости от нее. Чтобы добиться этого эффекта, я счел необходимым максимально напрячь банку. Витки спирали имеют тенденцию смыкаться и образовывать круги, но этого, конечно, следовало ожидать, и это не обязательно указывает на электромагнитный эффект; тогда как тот факт, что свечение может возникать вдоль первичной обмотки в виде открытой спирали, свидетельствует об электростатическом эффекте.


РИС. 212.

При использовании возвратной цепи доктора Лоджа электростатическое действие также очевидно. Схема проиллюстрирована на рис. 213. В его эксперименте две полые опорожненные трубки H H были надеты на провода цепи отдачи, и после разряда банки обычным способом в трубках возникло свечение.


РИС. 213.

Другой проведенный эксперимент проиллюстрирован на рис. 214. В этом случае обычная лампочка была окружена одним или двумя витками толстой медной проволоки P, и светящийся круг L возбуждался в лампочке при разряде банки через первичную обмотку. Лампа-колба была покрыта фольгой со стороны, противоположной основной, и каждый раз, когда фольговое покрытие подключалось к земле или к большому объекту, яркость круга значительно увеличивалась. Очевидно, это было вызвано электростатическим воздействием.

В других экспериментах я отмечал, что когда первичный источник касается стекла, светящийся круг получается легче и имеет более четкие очертания; но я не заметил, что, вообще говоря, создаваемые круги были очень четкими, как заметил проф. Дж. Дж. Томсон; напротив, в моих экспериментах они были широкими и часто освещалась вся колба или трубка; и в одном случае я наблюдал интенсивное пурпурное свечение, на которое ссылается проф. Дж. Дж. Томсон. Но круги всегда находились в непосредственной близости от первичной обмотки, и их было значительно легче изготовить, когда последняя находилась очень близко к стеклу, гораздо в большей степени, чем можно было бы ожидать, предполагая электромагнитное воздействие и принимая во внимание расстояние; и эти факты говорят об электростатическом эффекте.


РИС. 214

Кроме того, я заметил, что в плоскости светящегося круга под прямым углом к стеклу происходит молекулярная бомбардировка - предположим, что круг находится в плоскости первичной обмотки — эта бомбардировка очевидна по быстрому нагреву стекла вблизи первичной обмотки. Если бы бомбардировка производилась не под прямым углом к стеклу, нагревание не могло бы быть таким быстрым. Если молекулы, составляющие светящийся круг, движутся по окружности, я подумал, что это можно было бы продемонстрировать, поместив внутри трубки или колбы, радиально кругу, тонкую пластинку из слюды, покрытую каким-либо фосфоресцирующим материалом, и другую такую пластинку по касательной к кругу. Если бы молекулы двигались по окружности, первая пластинка стала бы более интенсивно фосфоресцировать. Однако из-за нехватки времени я не смог провести эксперимент.

Другое сделанное мной наблюдение заключалось в том, что когда удельная индуктивная способность среды между первичной и вторичной обмотками увеличивается, индуктивный эффект усиливается. Это в общих чертах проиллюстрировано на рис. 215. В этом случае светимость возбуждалась в разряженной трубке или колбе B, и стеклянная трубка T проскальзывала между первичной обмоткой и колбой, когда отмечался указанный эффект. Если бы воздействие было полностью электромагнитным, никаких изменений, возможно, не наблюдалось бы.


РИС. 215

Я также отметил, что когда лампочка окружена проводом, замкнутым на себя и в плоскости первичной обмотки, образование светового круга внутри лампы не предотвращается. Но если вместо проволоки наклеить на лампочку широкую полоску фольги, то образование светящейся полосы было предотвращено, потому что тогда действие было распределено по большей поверхности. Действие закрытой фольги, без сомнения, имело электростатическую природу, поскольку оно оказывало гораздо большее сопротивление, чем замкнутая проволока, и, следовательно, производило гораздо меньший электромагнитный эффект.

Некоторые эксперименты профессора Дж. Дж. Томсона также, по-видимому, демонстрируют некоторое электростатическое действие. Например, в эксперименте с колбой, заключенной в стеклянный колпак, я должен думать, что когда последний разряжен настолько, что заключенный газ достигает максимальной проводимости, образование круга в колбе и банке предотвращается из-за того, что пространство, окружающее первичную обмотку, является высокопроводящим; когда емкость дополнительно разряжена, проводимость пространства вокруг первичной обмотки уменьшается, и круги обязательно появляются сначала в стеклянном колпаке, поскольку разреженный газ находится ближе к первичной обмотке. Но если бы индуктивный эффект был очень сильным, они, вероятно, появились бы и в лампочке. Если бы, однако, колпак был исчерпан до максимальной степени, они, скорее всего, проявились бы только в колбе, то есть если предположить, что пустое пространство непроводящее. Исходя из предположения, что в этих явлениях участвуют электростатические воздействия, мы находим легко объяснимым, почему введение ртути или нагрев лампы предотвращает образование световой полосы или укорачивает послесвечение; а также почему в некоторых случаях платиновый провод может препятствовать возбуждению трубки. Тем не менее некоторые эксперименты профессора Дж. Дж. Томсона, по-видимому, указывают на электромагнитный эффект. Я могу добавить, что в одном из моих экспериментов, в которых вакуум создавался методом Торричелли, я не смог создать светящуюся полосу, но это могло быть связано со слабым используемым возбуждающим током.

Мой главный аргумент заключается в следующем: я экспериментально доказал, что если тот же разряд, которого едва хватает для возбуждения световой полосы в лампочке при прохождении через первичную цепь, направить так, чтобы усилить электростатический индуктивный эффект, а именно путем преобразования вверх, то разрядная трубка, лишенная электродов, может возбуждаться на расстоянии нескольких футов.

* * * * *

НЕКОТОРЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТЫ По ЭЛЕКТРИЧЕСКОМУ РАЗРЯДУ

В ВАКУУМНЫХ ТРУБКАХ*

Профессор Дж. Дж. Томсон, магистр, Ф.Р.С.

Явления вакуумных разрядов были, по словам проф. По словам Томсона, это значительно упрощалось, когда их путь был полностью газообразным, при этом отсутствовали осложнения в виде темного пространства, окружающего отрицательный электрод, и расслоений, столь обычно наблюдаемых в обычных вакуумных трубках. Однако создать разряды в трубках, лишенных электродов, было непросто, поскольку единственным доступным средством создания электродвижущей силы в разрядном контуре была электромагнитная индукция. Обычные методы получения переменной индукции были бесполезны, и пришлось прибегнуть к колебательному разряду лейденской банки, который сочетает в себе две основные составляющие тока, максимальная величина которого огромна, и скорость изменения которого безмерно велика. Разрядные контуры, которые могут иметь форму колб или трубок, изогнутых в виде спиралей, были размещены в непосредственной близости от стеклянных трубок, наполненных ртутью, которые образовывали путь колебательного разряда. Таким образом, детали соответствовали обмоткам индукционной катушки, причем вакуумные трубки были вторичными, а трубки, заполненные ртутью, - первичными. В таком устройстве лейденская банка не обязательно должна быть большой, и ни первичная, ни вторичная не должны иметь много витков, поскольку это увеличило бы самоиндукцию первой и удлинило бы путь разряда во второй. Увеличение самоиндукции первичной обмотки уменьшает электромагнитное поле, индуцируемое во вторичной обмотке, в то время как удлинение вторичной обмотки не увеличивает электромагнитное поле на единицу длины. Двух или трех оборотов, как показано на рис. 216, в каждом, оказалось вполне достаточно, и при разрядке лейденской банки между двумя тщательно отполированными ручками в первичной цепи была видна ровная полоса света, проходящая вокруг вторичной. Разряженная колба, рис. 217, содержащая следы кислорода, была помещена в первичную спираль из трех витков, и при прохождении разряда из банки внутри колбы в непосредственной близости от первичного контура был виден круг света, сопровождаемый пурпурным свечением, которое длилось секунду или более. При нагревании лампочки продолжительность свечения значительно уменьшалась, и его можно было мгновенно погасить при наличии электромагнита. Другая опорожненная колба, рис. 218, окруженная первичной спиралью, помещалась в стеклянный колпак, и когда давление воздуха в банке было примерно равным атмосферному, в колбе происходил вторичный разряд, как это обычно бывает. Однако при исчерпании емкости световой разряд становился слабее, и была достигнута точка, при которой вторичный разряд не был виден. Дальнейшее истощение емкости привело к появлению вторичного разряда за пределами колбы. Факт отсутствия светового разряда ни в колбе, ни в банке автор мог объяснить только двумя предположениями, а именно: что при существовавших в то время условиях удельная индуктивная способность газа была очень велика, или что разряд мог проходить, не будучи светящимся. Автор также заметил, что проводимость вакуумной трубки без электродов увеличивалась по мере уменьшения давления, пока не была достигнута определенная точка, а затем снова уменьшалась, показывая таким образом, что высокое сопротивление почти идеального вакуума никоим образом не связано с наличием электродов. Одной из особенностей разрядов был их локальный характер: световые кольца были гораздо более четко очерчены, чем можно было ожидать. Также было обнаружено, что их легче всего получить, когда все цепочки молекул в разряде относятся к одному и тому же типу. Например, разряд можно было легко направить по трубке длиной в несколько футов, но введение небольшого количества ртути в трубку остановило разряд, хотя проводимость ртути была намного выше, чем у вакуума. В некоторых случаях он заметил, что очень тонкий провод, помещенный внутри трубки со стороны, удаленной от первичной цепи, предотвращает возникновение светового разряда в этой трубке.


РИС. 216.


РИС. 217.


РИС. 218.

На рис. 219 показана разряженная вторичная обмотка одного контура, содержащего лампочки; разряд проходил по внутренней стороне лампочек, при этом первичные катушки располагались внутри вторичной обмотки.


РИС. 219.

* * * * *

В "Инженере-электрике" от 12 августа я нахожу некоторые замечания профессора Дж. Дж. Томсона, которые первоначально появились в "Лондонском электрике" и которые имеют отношение к некоторым экспериментам, описанным мной в вашем номере от 1 июля.*

Я не понимал неправильно, как, по-видимому, полагает профессор Дж. Дж. Томсон, его позицию относительно причины рассматриваемых явлений, но я думал, что в его экспериментах, так же как и в моих собственных, электростатические эффекты имели большое значение. Из скудного описания его экспериментов не следовало, что были приняты все возможные меры предосторожности для исключения этих эффектов. Я не сомневался, что светимость может быть возбуждена в закрытой трубке, когда электростатическое воздействие полностью исключено. Фактически, с самого начала я сам искал чисто электродинамический эффект и полагал, что получил его. Но многие эксперименты, проведенные в то время, доказали мне, что электростатические эффекты в целом имели гораздо большее значение и допускали более удовлетворительное объяснение большинства наблюдаемых явлений.

Используя термин "электростатический", я имел в виду скорее природу воздействия, чем стационарное состояние, которое является обычным значением этого термина. Чтобы выразить себя более ясно, я предположу, что рядом с закрытой выпускной трубкой помещается небольшая сфера, заряженная до очень высокого потенциала. Сфера будет индуктивно воздействовать на трубку и, распределяя по ней электричество, несомненно, будет создавать яркость (если потенциал будет достаточно высоким) до тех пор, пока не будет достигнуто постоянное состояние. Предполагая, что трубка имеет идеальную изоляцию, во время процесса распределения должна была произойти только одна мгновенная вспышка. Это было бы просто из-за электростатического воздействия.

Но теперь предположим, что заряженная сфера перемещается через короткие промежутки времени с большой скоростью по выпускной трубе. Теперь трубка была бы постоянно возбуждена, поскольку движущаяся сфера вызывала бы постоянное перераспределение электричества и столкновения молекул разреженного газа. Нам все равно пришлось бы иметь дело с электростатическим эффектом, и вдобавок наблюдался бы электродинамический эффект. Но если бы было обнаружено, что, например, производимый эффект в большей степени зависел от удельной индуктивной способности, чем от магнитной проницаемости среды — что, безусловно, имело бы место при скоростях, несравненно меньших, чем скорость света, — тогда, я полагаю, у меня были бы основания сказать, что производимый эффект имел скорее электростатическую природу. Однако я не хочу сказать, что какие-либо аналогичные условия преобладают в случае слива лейденской банки через первичный канал, но я думаю, что такое действие было бы желательным.

Именно в духе приведенного выше примера я использовал термины “скорее электростатической природы” и исследовал влияние тел с высокой удельной индуктивностью и отметил, например, важность качества стекла, из которого изготовлена трубка. Я также попытался установить влияние среды с высокой проницаемостью, используя кислород. Из приблизительной оценки оказалось, что кислородная трубка при возбуждении в аналогичных условиях — то есть, насколько можно было определить, — дает больше света; но это, конечно, может быть вызвано многими причинами.

Ни в малейшей степени не сомневаясь в том, что, благодаря тщательности и предосторожностям, предпринятым профессором Дж. Дж. Томсоном, возбужденная яркость была вызвана исключительно электродинамическим воздействием, я бы сказал, что во многих экспериментах я наблюдал любопытные примеры неэффективности экранирования, и я также обнаружил, что электризация по воздуху часто имеет очень большое значение и может, в некоторых случаях, определять возбуждение трубки.

В своем первоначальном сообщении Электрику профессор Дж. Дж. Томсон ссылается на тот факт, что светимость в трубке рядом с проводом, через который разряжалась лейденская банка, была отмечена Хитторфом. Я думаю, что упомянутый слабый световой эффект был отмечен многими экспериментаторами, но в моих экспериментах эффекты были намного мощнее, чем те, которые обычно отмечаются.

Ниже приводится сообщение, на которое * имеется в виду:

* * * * *

“Мистер Тесла, по-видимому, приписывает наблюдаемые им эффекты электростатическому воздействию, и я не сомневаюсь, судя по описанию им метода проведения своих экспериментов, что в них электростатическое воздействие играет очень важную роль. Однако он, по-видимому, неправильно понял мою позицию относительно причины этих разрядов, которая заключается не в том, как он подразумевает, что свечение в трубках без электродов не может быть произведено электростатическим воздействием, а в том, что оно также может быть произведено, когда это действие исключено. На самом деле, гораздо легче получить яркость, когда эти электростатические эффекты действуют, чем когда их нет. В качестве иллюстрации этого я могу упомянуть, что первый эксперимент, который я попробовал с разрядом из лейденской банки, вызвал свечение в трубке, но только после шести недель непрерывных экспериментов я смог получить разряд в опорожненной трубке, который, как я убедился, был вызван тем, что обычно называют электродинамическим воздействием. Желательно иметь четкое представление о том, что мы подразумеваем под электростатическим воздействием. Если перед разрядкой сосуда первичная обмотка будет разряжена до высокого потенциала, это вызовет распределение электричества по стеклу трубки. Когда потенциал первичной обмотки внезапно падает, эта электрификация перераспределяется и может проходить через разреженный газ, создавая при этом светимость. Пока происходит разряд сосуда, трудно и, с теоретической точки зрения, нежелательно разделять эффект на части, одна из которых называется электростатической, другая - электромагнитной; что мы можем доказать, так это то, что в этом случае разряд не такой, который был бы вызван электродвижущими силами, производными от функции потенциала. В моих экспериментах первичная обмотка была подсоединена к земле, и, в качестве дополнительной меры предосторожности, первичная обмотка была отделена от разрядной трубки экраном из промокательной бумаги, смоченной разбавленной серной кислотой, и подсоединена к земле. Влажная промокательная бумага является достаточно хорошим проводником, чтобы экранировать стационарный электростатический эффект, хотя и недостаточно хорошим, чтобы остановить волны переменной электродвижущей силы. Демонстрируя эксперименты Физическому обществу, я, конечно, не мог держать пробирки закрытыми, но, если память меня не обманывает, я рассказал о мерах предосторожности, которые были приняты против электростатического эффекта. Чтобы исправить неправильное понимание, я могу заявить, что я не читал официального доклада Обществу, моей целью было продемонстрировать несколько наиболее типичных экспериментов. Отчет об экспериментах в "Электрике" был взят из заметки репортера, и я его не писал и даже не читал. Сейчас я почти закончил писать и надеюсь очень скоро опубликовать отчет об этих и большом количестве смежных экспериментов, включая некоторые аналогичные тем, которые упоминал мистер Тесла, по воздействию проводников, размещенных вблизи разрядной трубки, которые, как я нахожу, в одних случаях приводят к уменьшению, а в других - к увеличению яркости разряда, а также некоторые по эффекту присутствия веществ с большой удельной индуктивной способностью. Мне кажется, что они допускают удовлетворительное объяснение, за которым, однако, я должен обратиться к своей статье ”.

* * * * *

__________

* Статья мистера Теслы в "Инженере-электрике", Нью-Йорк, 1 июля 1891 г.

* Аннотация доклада, прочитанного в Лондонском физическом обществе.

Статья мистера Теслы в "Инженере-электрике", Нью-Йорк, 26 августа 1891г.

* Заметка профессора Дж. Дж. Томпсона в "Лондон Электрик", 24 июля 1891г.

Часть III

Разные изобретения

и Письмена

ГЛАВА XXXIII

_______________

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПРЯМОГО

ОТ ПЕРЕМЕННЫХ ТОКОВ

Этот способ заключается в получении постоянного тока из переменного тока или в направлении волн переменного тока таким образом, чтобы создавать постоянный или практически постоянный ток путем создания в ответвлениях цепи, включающей источник переменного тока, либо постоянно, либо периодически, и с помощью электрических, электромагнитных или магнитных воздействий, проявлений энергии или того, что можно назвать активными сопротивлениями противоположного электрического характера, посредством чего токи или волны тока противоположного знака будут отклоняться через разные цепи, причем токи одного знака проходят через одну ветвь, а токи противоположного знака - через другую.

Мы можем рассматривать здесь только случай схемы, разделенной на два пути, поскольку любое дальнейшее деление предполагает лишь расширение общего принципа. Выбирая, таким образом, любую цепь, по которой протекает переменный ток, мистер Тесла делит такую цепь в любой желаемой точке на две ветви или пути. В один из этих путей он вставляет какое-либо устройство для создания электродвижущей силы, противодействующей волнам или импульсам тока одного знака, и аналогичное устройство в другом ответвлении, которое противодействует волнам противоположного знака. Предположим, например, что эти устройства представляют собой батареи, первичные или вторичные, или динамо-машины постоянного тока. Волны или импульсы противоположного направления, составляющие основной ток, имеют естественную тенденцию разделяться между двумя ветвями; но из-за противоположного электрического характера или эффекта двух ветвей, одна будет обеспечивать легкий проход для тока определенного направления, в то время как другая будет оказывать относительно высокое сопротивление прохождению того же тока. Результатом такого расположения является то, что волны течения одного знака будут, частично или полностью, проходить по одному из путей или ответвлений, в то время как волны противоположного знака проходят по другому. Таким образом, из переменного тока могут быть получены два или более постоянных тока без использования какого-либо коммутатора, использование которого до сих пор считалось необходимым. Ток в любой из ветвей может использоваться таким же образом и для тех же целей, что и любой другой постоянный ток, то есть он может использоваться для зарядки вторичных батарей, питания электромагнитов или для любых других аналогичных целей.

На рис. 220 представлен план управления переменными токами с помощью устройств чисто электрического характера. Фиг.. 221, 222, 223, 224, 225, и 226 представляют собой схемы, иллюстрирующие другие способы осуществления изобретения.


РИС. 220.


РИС. 221.


РИС. 222.


РИС. 223.


РИС. 224.


РИС. 225.


РИС. 226.

На рис. 220 A обозначает генератор переменного тока, а Bb - основную или линейную цепь от него. В любой заданной точке этой цепи, в которой или вблизи которой желательно получать постоянный ток, цепь B разделяется на два пути или ответвления C D. В каждой из этих ветвей установлен электрический генератор, который, как мы пока будем предполагать, вырабатывает постоянный или непрерывный ток. Направление создаваемого таким образом тока в одной ветви противоположно направлению тока в другой ветви, или, учитывая, что две ветви образуют замкнутую цепь, генераторы Ef соединены в ней последовательно, по одному генератору в каждой части или половине цепи. Электродвижущая сила источников тока E и F может быть равна, выше или ниже электродвижущих сил в ответвлениях Cd или между точками X и Y цепи B B. При равенстве очевидно, что текущие волны одного знака будут противодействовать в одной ветви и помогать в другой до такой степени, что все волны одного знака будут проходить по одной ветви, а волны противоположного знака - по другой. С другой стороны, если электродвижущая сила источников Ef будет ниже, чем между X и Y, то токи в обеих ветвях будут чередоваться, но волны одного знака будут преобладать. Можно обойтись без одного из генераторов или источников тока E или F; но предпочтительнее использовать оба, если они обеспечивают заметное сопротивление, поскольку таким образом две ветви будут лучше сбалансированы. Переводящие или другие устройства, на которые воздействует ток, обозначаются буквами G, и они вставляются в ответвления Cd любым желаемым способом; но для лучшего сохранения равномерного баланса между ответвлениями, конечно, следует уделять должное внимание количеству и характеру устройств.

Рис. 221, 222, 223 и 224 иллюстрируют то, что можно назвать “электромагнитными” устройствами для достижения аналогичного результата, то есть вместо непосредственного создания генератором электродвижущей силы в каждой ветви цепи, мистер Тесла создает поле или силовые поля и проводит ветви через них таким образом, что в них будет возникать активное противодействие противоположного эффекта или направления за счет прохождения или тенденции к прохождению чередования тока. На рис. 221, например, A - генератор переменного тока, Bb - линейная схема, а Cd - ответвления, по которым направлены переменные токи. В каждую ветвь включена вторичная обмотка трансформатора или катушки индуктивности, которые, поскольку они соответствуют по своим функциям батареям, изображенным на предыдущем рисунке, обозначены буквами E F. Первичные обмотки H H индукционных катушек или трансформаторов соединены либо параллельно, либо последовательно с источником постоянного или непрерывных токов I, и количество витков рассчитано таким образом для силы тока от I, чтобы сердечники J J были насыщены. Соединения таковы, что условия в двух трансформаторах противоположного характера, то есть расположение таково, что волна или импульс тока, соответствующий по направлению постоянному току в одной первичной обмотке, как H, имеет направление, противоположное направлению в другой первичной обмотке H. Таким образом, получается, что в то время как один вторичный канал оказывает сопротивление прохождению через него волны одного знака, другой вторичный канал аналогичным образом противодействует волне противоположного знака. Вследствие этого волны одного знака будут в большей или меньшей степени проходить по одной ветви, в то время как волны противоположного знака аналогичным образом проходят по другой ветви.

Вместо насыщения первичных цепей источником постоянного тока мы можем включить первичные цепи в ответвления C D соответственно и периодически закорачивать любыми подходящими механическими устройствами — такими как обычный вращающийся коммутатор - их вторичные цепи. Разумеется, следует понимать, что вращение и действие коммутатора должны осуществляться синхронно или в надлежащем соответствии с периодами чередования, чтобы обеспечить желаемые результаты. Такое расположение схематически представлено на рис. 222. В соответствии с предыдущими рисунками, A - генератор переменного тока, Bb - линия, а Cd - две ветви для постоянного тока. В ответвление C включены две первичные катушки Ee, а в ответвлении D - две аналогичные первичные катушки F F. Соответствующие вторичные устройства для этих катушек, которые находятся на одних и тех же разделенных сердечниках J или J, находятся в цепях, выводы которых подключаются к противоположным сегментам Kk и Ll коммутатора, соответственно. Щетки bb опираются на коллектор и попеременно замыкают накоротко пластины K и K, а также L и L через соединение c. Очевидно, что могут вращаться либо магниты и коллектор, либо щетки.

Принцип действия будет понятен из рассмотрения последствий замыкания вторичных цепей. Например, если в тот момент, когда проходит данная волна тока, один набор вторичных цепей будет закорочен, почти весь ток протекает через соответствующие первичные цепи; но вторичные цепи другой ветви разомкнуты, самоиндукция в первичных цепях самая высокая, и, следовательно, через эту ветвь будет проходить мало тока или его вообще не будет. Если при чередовании тока вторичные цепи двух ветвей поочередно замыкаются коротким замыканием, то в результате токи одного знака будут проходить по одной ветви, а токи противоположного знака - по другой. Недостатки этого устройства, которые, по-видимому, являются результатом использования скользящих контактов, на самом деле очень незначительны, поскольку электродвижущую силу вторичных элементов можно сделать чрезвычайно низкой, чтобы избежать искрообразования на щетках.

Рис.223 представляет собой схему, частично в разрезе, другого плана осуществления изобретения. Схема В в этом случае разделена, как и прежде, и каждая ветвь включает в себя катушки обоих полей и вращающиеся якоря двух индукционных устройств. Якоря Op предпочтительно установлены на одном валу и отрегулированы относительно друг друга таким образом, чтобы, когда самоиндукция в одной ветви, такой как C, была максимальной, в другой ветви D она была минимальной. Якоря вращаются синхронно с колебаниями , поступающими от источника A. Обмотка или положение катушек якоря таково, что ток в заданном направлении, проходящий через оба якоря, установился бы в одном полюсе, аналогичном полюсам соседних полюсов поля, а в другом - полюсах, отличных от соседних полюсов поля, как указано n n s s на диаграмме. Если представлены аналогичные полюса, как показано в схеме D, условием является наличие замкнутой вторичной обмотки на первичной или положение наименьшего индуктивного сопротивления; следовательно, данное изменение тока будет проходить в основном через D. Половина оборота якорей производит противоположный эффект, и последующий импульс тока проходит через C. Используя этот рисунок в качестве иллюстрации, очевидно, что поля Nm могут быть постоянными магнитами или возбуждаться независимо, а якоря могут приводиться в движение, как в настоящем случае, для создания переменных токов, которые будут создавать попеременно импульсы противоположного направления в двух ветвях постоянного тока, которые в таком случае будут включать только цепи якоря и переводные устройства.

На рис. 224 проиллюстрирован план, альтернативный плану, показанному на рис. 222. В предыдущем проиллюстрированном случае каждая ветвь C и D содержала одну или более первичных катушек, вторичные обмотки которых периодически замыкались короткими замыканиями синхронно с изменением тока от основного источника A, и для этой цели использовался коммутатор. От последнего, однако, можно отказаться и заменить его якорем с замкнутой катушкой.

Со ссылкой на рис. 224 в одном из ответвлений, обозначенном как C, расположены две катушки M, намотанные на слоистые сердечники, а в других ответвлениях D - аналогичные катушки N. Разделенный или многослойный якорь O, несущий замкнутую катушку R, закреплен с возможностью вращения между катушками Mn, как показано на рисунке. В показанном положении, то есть когда катушка R параллельна виткам первичных элементов Nm, практически весь ток будет проходить через ответвление D, поскольку самоиндукция в катушках Mm максимальна. Следовательно, если якорь и катушка вращаются с надлежащей скоростью относительно периодов или чередований источника А, то получаются те же результаты, что и в случае с рис. 222.

Рис. 225 представляет собой пример того, что можно назвать, в отличие от других, “магнитным” средством закрепления результата. V и W представляют собой два сильных постоянных магнита, снабженных якорем Vw соответственно. Якоря изготавливаются из тонких пластин мягкого железа или стали, а количество магнитного металла, которое они содержат, рассчитано таким образом, чтобы они были полностью или почти насыщены магнитами. Вокруг якорей расположены катушки Ef, содержащиеся, соответственно, в цепях C и D. Соединения и электрические условия в этом случае аналогичны приведенным на рис. 221, за исключением того, что отсутствует источник тока I, рис. 221, и насыщение сердечника катушек E обеспечивается постоянными магнитами.

На всех предыдущих иллюстрациях были показаны две ветви или пути, содержащие переводящие или индукционные устройства, как при выводе одно из другого; но это не всегда необходимо. Например, на рис. 226, A - генератор переменного тока; Bb - линейные провода или схема. В любой заданной точке схемы давайте сформируем два пути, обозначаемых как D D, а в другой точке два пути, обозначаемых как C C. Любая пара или группа путей аналогична предыдущим вариантам расположения электрического источника или индукционного устройства только в одной ветви, в то время как две группы, взятые вместе, образуют очевидный эквивалент случаев, когда индукционное устройство или генератор включены в обе ветви. В один из путей, как D, включены устройства, которые должны приводиться в действие током. В другой ветви, как D, находится индукционное устройство, которое противодействует импульсам тока одного направления и направляет их через ветвь D. Таким образом, также в ветви c находятся переводящие устройства G, а в ветви C индукционное устройство или его эквивалент, которое отклоняет через C импульсы противоположного направления тем, которые отклоняются устройством в ветви D. На схеме показана специальная форма индукционного устройства для этой цели. Jj представляют собой сердечники, образованные полюсными наконечниками, на которые намотаны катушки M. Между этими полюсными наконечниками установлены под прямым углом друг к другу магнитные якоря Op, предпочтительно установленные на одном валу и предназначенные для вращения синхронно с изменением тока. Когда один из якорей находится на одной линии с полюсами или в положении, занимаемом якорем P, магнитная цепь индукционного устройства практически замкнута; следовательно, будет наибольшее противодействие прохождению тока через катушки N N. Таким образом, чередование будет проходить через ответвление D. В то же время, когда магнитная цепь другого индукционного устройства разрывается из-за положения якоря O, сопротивление току в катушках M будет меньшим, что будет шунтировать ток из ответвления C. Изменение тока сопровождается смещением якорей, что приводит к противоположному эффекту.

Возможны другие модификации этих методов, но указывать на них не нужно. Во всех этих планах, как будет замечено, в одной или всех этих ветвях цепи от источника переменных токов создается активное (в отличие от мертвого) сопротивление или противодействие токам одного знака с целью отвода токов этого знака по другому или иному пути, но позволяющее токам противоположного знака проходить без существенного противодействия.

Будет ли разделение токов или волн тока противоположного знака произведено с абсолютной точностью или нет, несущественно, поскольку будет достаточно, если волны будут лишь частично отклонены или направлены, поскольку в таком случае преобладающее влияние в каждой ветви цепи волн одного знака обеспечивает те же практические результаты во многих, если не во всех отношениях, как если бы ток был прямым и непрерывным.

Переменный и постоянный ток были объединены таким образом, что волны одного направления или знака частично или полностью преодолевались постоянным током; но по этому плану используется только один набор чередований, тогда как по только что описанной системе доступен весь ток. Очевидное применение этого открытия позволило мистеру Тесле создать самовозбуждающуюся динамо-машину переменного тока, или управлять счетчиками постоянного тока в цепях переменного тока, или запускать различные устройства, такие как дуговые лампы, на постоянном токе в одной цепи с лампами накаливания или другими устройствами, работающими на переменном токе.

Следует заметить, что если в ветвях цепи возникает прерывистая встречная или противодействующая сила с более высокой электродвижущей силой, чем у генератора, то в каждой ветви будет возникать переменный ток с преобладанием волн одного знака, в то время как постоянно или равномерно действующее противодействие в ветвях с более высокой электродвижущей силой, чем у генератора, будет создавать пульсирующий ток, условия которого при некоторых обстоятельствах были бы эквивалентны описанным.

ГЛАВА XXXIV

_______________

КОНДЕНСАТОРЫ С МАСЛЯНЫМИ ПЛАСТИНАМИ

Экспериментируя с токами высокой частоты и высокого потенциала, г-н Тесла обнаружил, что изоляционные материалы, такие как стекло, слюда и вообще те тела, которые обладают наивысшей удельной индуктивностью, хуже подходят в качестве изоляторов в таких устройствах, когда используются токи описанного типа, по сравнению с теми, которые обладают высокой изолирующей способностью вместе с меньшей удельной индуктивностью; и он также обнаружил, что очень желательно исключить все газообразные вещества из устройства или любой их доступ к наэлектризованным поверхностям, чтобы предотвратить нагрев в результате молекулярной бомбардировки и вытекающие из этого потери или повреждения. Поэтому он разработал метод достижения этих результатов и производства высокоэффективных и надежных конденсаторов с использованием масла в качестве диэлектрика. * План допускает конденсатор особой конструкции, в котором расстояние между пластинами регулируется, и он пользуется этим преимуществом.

На прилагаемых иллюстрациях на рис. 227 показана секция конденсатора, сконструированного в соответствии с этим принципом и имеющего стационарные пластины; а на рис. 228 показан аналогичный вид конденсатора с регулируемыми пластинами.


РИС. 227.


РИС. 228.

Для хранения пластин или арматуры можно использовать любую подходящую коробку или сосуд А. Эти последние обозначены буквами B и C и подключены, соответственно, к клеммам D и E, которые проходят по бокам корпуса. Пластины обычно разделены полосами из пористого изоляционного материала F, которые используются исключительно для поддержания их в нужном положении. Пространство внутри банки заполнено маслом G. Такой конденсатор окажется высокоэффективным и не будет нагреваться или постоянно повреждаться.

Во многих случаях желательно изменять или регулировать производительность конденсатора, и это обеспечивается креплением пластин к регулируемым опорам — как, например, к стержням H, — проходящим через сальники K по бокам корпуса A и снабженным гайками L, причем концы стержней снабжены резьбой для зацепления с гайками.

Хорошо известно, что масла обладают изолирующими свойствами, и обычной практикой было помещать масляную массу между двумя проводниками в целях изоляции; но мистер Тесла считает, что он обнаружил особые свойства масел, которые делают их очень ценными в устройствах этой конкретной формы.

__________

* Эксперименты мистера Теслы, как поймет внимательный читатель трех его лекций, выявили очень важный факт, который используется в изобретениях. А именно, он показал, что в конденсаторе может быть потрачено впустую значительное количество энергии, и конденсатор может выйти из строя просто потому, что между поверхностями присутствует газообразное вещество. В лекциях описан ряд экспериментов, которые убедительно демонстрируют этот факт и служат руководством при эксплуатации аппаратов высокого напряжения. Но помимо того, что эти эксперименты имеют отношение к этому вопросу, они также проливают свет на исследования чисто научного характера и теперь объясняют отсутствие гармонии между наблюдениями различных исследователей. Мистер Тесла показывает, что в жидкости, такой как нефть, потери очень малы по сравнению с потерями, понесенными в газе.

ГЛАВА XXXV

_______________

ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКИЙ РЕГИСТРИРУЮЩИЙ СЧЕТЧИК

Изобретательная форма электролитического счетчика, приписываемая мистеру Тесле, заключается в том, что проводник погружен в раствор, устроенный таким образом, что металл может осаждаться из раствора или отводиться таким образом, что электрическое сопротивление проводника изменяется в определенной пропорции к силе тока, энергию которого необходимо вычислить, посредством чего это изменение сопротивления служит мерой энергии, а также может приводить в действие регистрирующий механизм всякий раз, когда сопротивление поднимается выше или опускается ниже определенных пределов.

Для реализации этой идеи мистер Тесла использует электролитический элемент, через который проходят два проводника параллельно и в непосредственной близости друг от друга. Эти проводники он соединяет последовательно через сопротивление, но таким образом, чтобы между ними была равная разница потенциалов на всем их протяжении. Свободные концы или клеммы проводников соединены либо последовательно в цепи, подающей ток к лампам или другим устройствам, либо параллельно сопротивлению в цепи и последовательно с устройствами, потребляющими ток. При таких обстоятельствах ток, проходящий по проводникам, создает разность потенциалов между ними, которая пропорциональна силе тока, вследствие чего происходит утечка тока из одного проводника в другой через раствор. Сила этого тока утечки пропорциональна разности потенциалов и, следовательно, пропорциональна силе тока, проходящего по проводникам. Более того, поскольку существует постоянная разница потенциалов между двумя проводниками на всем протяжении, которое подвергается воздействию раствора, плотность тока через такой раствор одинакова во всех соответствующих точках, и, следовательно, осаждение является равномерным по всему одному из проводников, в то время как металл равномерно удаляется из другого. Таким образом, сопротивление одного проводника уменьшается, в то время как сопротивление другого увеличивается, и то и другое пропорционально силе тока, проходящего через проводники. Исходя из такого изменения сопротивления одного или обоих проводников, образующих положительный и отрицательный электроды элемента, можно легко вычислить затраченную энергию тока. На рис. 229 и 230 показаны две формы такого счетчика.


РИС. 229.


РИС. 230.

На рис. 229 G обозначен генератор постоянного тока. L L - проводники цепи, отходящие от него. A представляет собой стеклянную трубку, концы которой герметизированы с помощью изолирующих заглушек или колпачков B. B. C. C. представляют собой два проводника, проходящих через трубку A, их концы выходят через заглушки B к клеммам на ней. Эти проводники могут быть гофрированы или сформованы другими надлежащими способами для обеспечения желаемого электрического сопротивления. R - сопротивление, подключенное последовательно к двум проводникам Cc, которые своими свободными выводами соединены в цепь с одним из проводников L.

Способ использования этого устройства и вычисления с его помощью энергии тока будет легко понят. Во-первых, точно измеряются и отмечаются сопротивления двух проводников Cc, соответственно. Затем через прибор в течение заданного времени пропускается известный ток, и при повторном измерении регистрируется увеличение и уменьшение сопротивлений двух проводников соответственно. Из этих данных получается константа, то есть, например, увеличение сопротивления одного проводника или уменьшение сопротивления другого в час работы лампы. Эти два измерения, очевидно, служат проверкой, поскольку усиление одного проводника должно равняться потерям другого. Дальнейшая проверка осуществляется путем последовательного измерения сопротивления обоих проводов, и в этом случае сопротивление всего провода должно оставаться постоянным.

На рис. 230 проводники Cc соединены параллельно, ток устройства в точке X проходит в одной ветви сначала через сопротивление R, а затем через проводник C, в то время как на другой ветви он проходит сначала через проводник C, а затем через сопротивление R. Сопротивления Rr равны, как и сопротивления проводников C C. Более того, предпочтительно, чтобы соответствующие сопротивления проводников Cc составляли известную и удобную долю катушек или сопротивлений Rr. Можно заметить, что в устройстве, показанном на рис. 230, существует постоянная разность потенциалов между двумя проводниками Cc по всей их длине.

Будет видно, что в обоих проиллюстрированных случаях пропорциональность увеличения или уменьшения сопротивления силе тока всегда будет сохраняться, поскольку то, что один проводник приобретает, другой теряет, а сопротивления проводников Cc малы по сравнению с сопротивлениями, соединенными последовательно с ними. Понятно, что после каждого измерения или регистрации данного изменения сопротивления в одном или обоих проводниках направление тока должно быть изменено или прибор обращен вспять, так что осадок будет взят с того проводника, который получил прибыль, и добавлен к тому, который потерял. Этот принцип способен ко многим модификациям. Например, поскольку имеется участок цепи, а именно проводник С или С, сопротивление которого изменяется пропорционально силе тока, такое изменение может быть использовано, как это делается во многих аналогичных случаях, для обеспечения работы различных автоматических устройств, таких как регистры. Однако для простоты лучше вычислять энергию путем измерения сопротивления.

Основные преимущества этого устройства заключаются, во-первых, в том, что можно напрямую считывать количество затраченной энергии с помощью правильно сконструированного омметра, не прибегая к взвешиванию осадка; во-вторых, нет необходимости использовать шунты, поскольку через прибор может проходить весь измеряемый ток; в-третьих, изменения температуры лишь незначительно влияют на точность прибора и правильность показаний. Также говорят, что такие счетчики отличаются превосходной экономичностью и компактностью, а также дешевизной конструкции. Электролитические счетчики, по-видимому, нуждаются во всех вспомогательных преимуществах, чтобы сделать их неизменно популярными и успешными, независимо от того, сколько изобретательности может быть проявлено в их конструкции.

ГЛАВА XXXVI

_______________

ТЕРМОМАГНИТНЫЕ ДВИГАТЕЛИ И

ПИРОМАГНИТНЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ

Ни один изобретатель-электрик наших дней, занимающийся проблемами света и энергии, не считает, что он отдал должное себе или своим возможностям, пока он не нападет на тему термомагнетизма. Еще в начале семнадцатого века доктор Уильям Гилберт, отец современного электричества, показал, что магнит или железный брусок при нагревании до красноты теряет свой магнетизм; и с тех пор влияние тепла на магнитные металлы часто исследовалось, хотя и без какого-либо материального или практического результата.

Для человека с изобретательскими способностями мистера Теслы проблемы в этой области, естественно, имели немалое очарование, и хотя он лишь мельком взглянул на них, следует надеяться, что он найдет время для более глубокого изучения. Для таких, как он, расследование, несомненно, должно принести плоды. Тем временем он разработал один или два оперативных приема, достойных внимания.* Он получает механическую мощность за счет возвратно—поступательного действия, возникающего в результате совместного действия тепла, магнетизма и пружины, веса или другой силы, то есть он подвергает тело, намагниченное индукцией или иным образом, действию тепла до тех пор, пока магнетизм не будет достаточно нейтрализован, чтобы позволить весу или пружине приводить тело в движение и уменьшать действие тепла, так что магнетизм может быть восстановлен в достаточной степени, чтобы переместить тело в противоположном направлении, и снова подвергнуть его размагничивающей силе тепла.

Используется либо электромагнит, либо постоянный магнит, и тепло направляется на тело, намагниченное индукцией, а не непосредственно на постоянный магнит, что позволяет избежать потери магнетизма, которая может возникнуть в постоянном магните под действием тепла. Мистер Тесла также предусматривает уменьшение объема тепла или его перехват во время той части возвратно-поступательного движения, при которой происходит охлаждающее действие.

На диаграммах показаны некоторые из многочисленных устройств, которые могут быть использованы при реализации этой идеи. На всех этих рисунках полюса магнита обозначены Ns, якорь A, горелка Бунзена или другой источник тепла H, ось движения M, а пружина или ее эквивалент, а именно груз, обозначен как W.

На рис. 231 постоянный магнит N соединен с рамой F, поддерживающей ось M, с которой свисает рычаг P и на нижнем конце которого закреплен якорь A. Упоры 2 и 3 ограничивают степень перемещения, а пружина W стремится отвести якорь A от магнита N. Теперь будет понятно , что магнетизма N достаточно , чтобы преодолеть пружину W и притянуть якорь A к магниту N. Тепло, действующее на якорь A, нейтрализует его индуцированный магнетизм в достаточной степени, чтобы пружина W отводила якорь A от магнита N , а также от тепла в точке H. Теперь якорь охлаждается, и притяжение магнита N преодолевает пружину W и снова притягивает якорь A обратно над горелкой H, так что он снова нагревается и операции повторяются. Полученные таким образом возвратно-поступательные движения используются в качестве источника механической энергии любым желаемым способом. Обычно используется шатун, соединяющий кривошип на валу маховика, как показано на рис. 240.


РИС. 231.

На рис. 232 представлены те же детали, что и ранее описанные; но вместо постоянного магнита показан электромагнит. Операции, однако, те же.


РИС. 232.   РИС. 233.

На рис. 233 показаны те же детали, что и на рис. 231 и 232, но расположены они по-разному. Якорь A, вместо того чтобы качаться, неподвижен и удерживается рычагом P, а сердечник Ns электромагнита выполнен с возможностью качания внутри спирали Q, при этом сердечник подвешен рычагом P к оси M. Экран R соединен с магнитопроводом и качается вместе с ним, так что после того, как тепло размагнитило якорь A до такой степени, что пружина W отводит сердечник Ns от якоря A, экран R оказывается между пламенем H и якорем A, тем самым перехватывая действие тепла и позволяя якорю A вращаться. якорь охлаждается, так что магнетизм, снова преобладающий, вызывает движение сердечника Ns к якорю A и удаление экрана R над пламенем, так что тепло снова действует, уменьшая или нейтрализуя магнетизм. В результате этого возвратно-поступательного движения может быть получено вращательное или другое движение.

Рис. 234 во всех отношениях соответствует рис. 233, за исключением того, что постоянный подковообразный магнит Ns представлен как заменяющий электромагнит на рис. 233.


РИС. 234.

На рис. 235 показана спираль Q с якорем, приспособленным для поворота в направлении спирали или от нее. В этом случае в спирали может быть сердечник из мягкого железа, или якорь может иметь форму сердечника соленоида, поскольку внутри спирали нет постоянного сердечника.


РИС. 235.

На рис. 236 показан вид с торца, а на рис. 237 - вид в плане, иллюстрирующий метод применительно к качающемуся якорю, A, и неподвижному постоянному магниту, N S. В этом случае мистер Тесла прикладывает тепло к вспомогательному якорю или держателю, T, который находится рядом с магнитом и предпочтительно в непосредственном контакте с ним. Этот якорь T в форме пластины из листового железа проходит поперек от одного полюса до другого и имеет сечение, достаточное для того, чтобы практически образовать держатель для магнита, так что, когда якорь T остывает, почти все силовые линии проходят через него и проявляется очень мало свободного магнетизма. Тогда якорь A, который свободно качается на шарнирах M перед полюсами Ns, притягивается очень слабо, и пружина W таким же образом оттягивается от полюсов в положение, указанное на схеме. Тепло направляется на железную пластину T на некотором расстоянии от магнита, чтобы позволить магниту оставаться сравнительно холодным. Это тепло подается под плиту с помощью горелок H, и имеется соединение от арматуры A или ее шарнира с газовым краном 6 или другим устройством для регулирования тепла. Из-за тепла, действующего на среднюю часть пластины T, магнитная проводимость нагретой части уменьшается или разрушается, и большое количество силовых линий отклоняется по якорю A, который теперь сильно притягивается и вытягивается на одну линию или почти на одну линию с полюсами Ns. При этом кран 6 почти закрывается, и пластина T охлаждается, силовые линии снова отклоняются на то же значение, притяжение, оказываемое на якорь A, уменьшается, и пружина W отводит его от магнита в положение, показанное полными линиями, и операции повторяются. Устройство, показанное на рис. 236, имеет преимущества в том, что магнит и якорь остаются охлажденными, а сила постоянного магнита лучше сохраняется, поскольку магнитная цепь постоянно замкнута.


РИС. 236.


РИС. 237.

На виде в плане, рис. 238, показан постоянный магнит и удерживающая пластина T, аналогичные изображенным на рис. 236 и 237, с горелками H для газа под ними; но якорь одним концом прикреплен к одному полюсу магнита, а другой конец поворачивается к другому полюсу магнита и от него. Пружина W воздействует на плечо рычага, выступающее из якоря, и подвод тепла должен быть частично перекрыт соединением с качающимся якорем, чтобы уменьшить нагрев, воздействующий на удерживающую пластину при притяжении якоря A.


РИС. 238.

Рис. 239 аналогичен рис. 238, за исключением того, что не используется фиксатор T, а сам якорь перемещается в зону интенсивного воздействия тепла от горелки H. Рис. 240 представляет собой схему, аналогичную рис. 231, за исключением того, что вместо использования пружины и упоров якорь показан соединенным звеном с рукояткой маховика, так что маховик будет вращаться с такой скоростью, с какой якорь может нагреваться и охлаждаться до необходимой степени. Дополнительно может быть использована пружина, как показано на рис. 231. На рис. 241 якоря Aa соединены перемычкой, так что один будет нагреваться, в то время как другой охлаждается, и сила притяжения, действующая для перемещения охлажденного якоря, используется для отвода нагретого якоря вместо использования пружины.


РИС. 239.


РИС. 240.


РИС. 241.

Мистер Тесла также посвятил свое внимание разработке пиромагнитного генератора электричества *, основанного на следующих законах: во-первых, электричество или электрическая энергия вырабатывается в любом проводящем теле путем воздействия на него переменного магнитного воздействия; и, во-вторых, магнитные свойства железа или другого магнитного вещества могут быть частично или полностью разрушены или вызваны исчезновением при повышении его до определенной температуры, но могут быть восстановлены и вызваны к повторному появлению при повторном понижении его температуры до определенной степени. Эти законы могут применяться при производстве электрических токов многими способами, принцип которых во всех случаях один и тот же, а именно подвергать проводник переменному магнитному воздействию, вызывая такие изменения за счет приложения тепла или, более строго говоря, за счет приложения или воздействия изменяющейся температуры на источник магнетизма. Этот принцип действия можно проиллюстрировать простым экспериментом: поместите вплотную, предпочтительно в фактический контакт, постоянно намагниченный стальной стержень и полосу или брус из мягкого железа. Вокруг конца железного стержня или пластины намотайте моток изолированного провода. Затем поднесите к утюгу между спиралью и стальным стержнем пламя или другой источник тепла, который способен придать этой части утюга оранжево-красный оттенок или температуру около 600 ° по Цельсию. Когда это условие достигнуто, железо несколько внезапно теряет свои магнитные свойства, если оно очень тонкое, и возникает тот же эффект, как если бы железо отодвинули от магнита или удалили нагретый участок. Это изменение положения, однако, сопровождается смещением магнитных линий, или, другими словами, изменением магнитного воздействия, которому подвергается катушка, и результатом этого является ток в катушке. Затем уберите пламя или любым другим способом уменьшите температуру утюга. Понижение его температуры сопровождается возвращением его магнитных свойств, и происходит другое изменение магнитных условий, сопровождающееся появлением тока в катушке в противоположном направлении. Одна и та же операция может повторяться бесконечно, при этом воздействие на катушку аналогично тому, которое могло бы возникнуть при перемещении намагниченного стержня к концу железного стержня или пластины и от него.

Устройство, показанное ниже, является средством получения этого результата, причем отличительными чертами изобретения являются, во-первых, использование устройства искусственного охлаждения и, во-вторых, включение источника тепла и той части магнитной цепи, которая подвергается воздействию тепла, и искусственное охлаждение нагретой части.

Эти усовершенствования, как правило, применимы к генераторам, сконструированным по вышеописанному плану, то есть мы можем использовать устройство искусственного охлаждения в сочетании с переменным или однородным источником тепла.

На рис. 242 показан центральный вертикальный продольный разрез всего устройства, а на рис. 243 - поперечное сечение магнитного сердечника якоря генератора.


РИС. 242.


РИС. 243.

Пусть A представляет собой намагниченный сердечник или постоянный магнит, полюса которого соединены с сердечником якоря, состоящим из корпуса или обечайки B, заключающей в себе ряд полых железных трубок C. Вокруг этого сердечника намотаны проводники Ee, образующие катушки, в которых вырабатываются токи. В цепях этих катушек находятся устройства, потребляющие ток, так как Ff. D представляет собой печь или закрытую топку, через которую проходит центральная часть сердечника B. Над камином установлен котел K с водой. Дымоход L из топки может проходить через котел. G - труба для подачи воды, а H - труба для выпуска пара, которая сообщается со всеми трубками C в арматуре B, так что пар, выходящий из котла, будет проходить по трубам.

В пароотводящей трубе H расположен клапан V, с которым соединен рычаг I, движением которого клапан открывается или закрывается. В таком случае тепло огня может быть использовано для других целей после того, как столько его, сколько может потребоваться, будет использовано для нагрева сердцевины B.

Использование охлаждающего устройства имеет особые преимущества, заключающиеся в том, что металл сердечника В не так быстро окисляется. Более того, разница между температурой подводимого тепла и пара, воздуха или любого другого газа или жидкости, применяемого в качестве охлаждающей среды, может быть увеличена или уменьшена по желанию, посредством чего можно регулировать скорость магнитных изменений или флуктуаций.

__________

* Из природы этих устройств, конечно, можно сделать вывод, что вибрация, получаемая таким образом, очень медленная из-за неспособности железа реагировать на быстрые изменения температуры. В интервью мистеру Тесле на эту тему составитель узнал об эксперименте, который заинтересует студентов. Берется простой подковообразный магнит, и кусок листового железа, согнутый в форме буквы L, приводится в соприкосновение с одним из полюсов и помещается в таком положении, чтобы он удерживался в изящно подвешенном состоянии под действием притяжения противоположного полюса. Спиртовка помещается под листовое железо, и когда утюг нагревается до определенной температуры, он легко приводится в состояние вибрации, совершая колебания со скоростью от 400 до 500 раз в минуту. Эксперимент очень легко провести, и он интересен главным образом из-за очень высокой частоты вибрации.

* Главное, что следует отметить, это то, что мистер Тесла подошел к этой проблеме с точки зрения теории и инженера намного лучше, чем тот, с которого начинались некоторые более ранние испытания в этом направлении. Расширение этих идей можно найти в работе мистера Теслы над пиромагнитным генератором, рассматриваемой в этой главе. Главной целью изобретателя было экономить тепло, что было достигнуто путем помещения утюга в хорошо изолированный источник тепла и охлаждения утюга с помощью пара с повторным использованием пара. Конструкция также обеспечивает более быстрые изменения магнитного поля в единицу времени, что означает большую производительность.

ГЛАВА XXXVII

_______________

ПРОТИВОИСКРОВАЯ ДИНАМО-ЩЕТКА И КОЛЛЕКТОР

В динамо-машинах постоянного тока с большой электродвижущей силой — таких, например, как те, что используются для дугового розжига, — когда один стержень коллектора или пластина выходит из контакта с коллекторной щеткой, на коллекторе может появиться искра. Эта искра может возникнуть из-за разрыва всей цепи или из-за шунта с низким сопротивлением, образованного щеткой между двумя или более коллекторными стержнями. В первом случае искра более заметна, поскольку в момент разрыва цепи происходит разряд магнитов по спиралям возбуждения, вызывающий сильную искру или вспышку, которая вызывает нестабильный ток, быстрый износ стержней коллектора и щеток и пустую трату энергии. Искрение может быть уменьшено с помощью различных устройств, таких как обеспечение пути для тока в тот момент, когда сегмент коллектора или стержень покидает щетку, путем короткого замыкания спиралей возбуждения, путем увеличения количества стержней коллектора или другими подобными средствами; но все эти устройства дороги или недоступны в полном объеме и редко достигают желаемой цели.

Чтобы простым способом предотвратить это искрение, мистер Тесла несколько лет назад применил к коллекторным решеткам и промежуточному изоляционному материалу слюду, асбестовую бумагу или другой изолирующий и негорючий материал, расположенный так, чтобы его можно было разместить на поверхности коллектора, рядом со щеткой и позади нее.

На чертежах рис. 244 представляет собой секцию коллектора с асбестовым изолирующим устройством; а рис. 245 представляет аналогичный вид, представляющий две пластины слюды на тыльной стороне щетки.


РИС. 244.


РИС. 245.

На рис. 244, C - коллектор и промежуточный изоляционный материал; Bb - щетки. dd - листы асбестовой бумаги или другого подходящего непроводящего материала. f f - пружины, давление которых можно регулировать с помощью винтов g g.

На рис. 245 показано простое устройство с двумя пластинами из слюды или другого материала. Будет видно, что всякий раз, когда один сегмент коллектора выходит из контакта со щеткой, образование электрической дуги будет предотвращено за счет того, что промежуточный изоляционный материал соприкасается с изоляционным материалом на щетке.

Можно использовать асбестовую бумагу или ткань, пропитанную оксидом цинка, магнезией, цирконием или другим подходящим материалом, поскольку бумага и ткань мягкие и служат одновременно для протирания и полировки коллектора; но можно использовать слюду или любой другой подходящий материал, при условии, что этот материал является изолятором или плохим проводником электричества.

Несколько лет спустя мистер Тесла снова обратил свое внимание на ту же тему, что, возможно, было вполне естественно ввиду того факта, что коммутатор всегда занимал видное место в его мыслях, и что большая часть его работы была даже направлена на то, чтобы полностью отказаться от него как от нежелательной и ненужной части динамо-машин и двигателей. В этих более поздних попытках устранить неисправности коммутатора мистер Тесла сконструировал коммутатор и коллекторы для него из двух частей, взаимно приспособленных друг к другу и, что касается основных характеристик, схожих по механической структуре. Выбирая в качестве иллюстрации коммутатор из двух сегментов, приспособленный для использования с якорем, катушки которого имеют только два свободных конца, соединенных соответственно с сегментами, опорная поверхность представляет собой лицевую сторону диска и образована из двух металлических квадрантных сегментов и двух изолирующих сегментов одинаковых размеров, а лицевая сторона диска сглажена, так что металлический и изолирующий сегменты находятся на одном уровне. Деталь, заменяющая обычные щетки, или "коллектор”, представляет собой диск того же типа, что и коллектор, и имеет поверхность аналогичной формы с двумя изолирующими и двумя металлическими сегментами. Эти две части установлены соприкасающимися поверхностями таким образом, что вращение якоря заставляет коммутатор включаться в коллектор, в результате чего токи, индуцируемые в катушках, снимаются сегментами коллектора и оттуда передаются подходящими проводниками, идущими от сегментов коллектора. Таков принятый общий план строительства. Помимо определенных дополнений, природа и функции которых будут изложены позже, будет видно, что это средство коммутации обладает многими важными преимуществами. Во-первых, короткое замыкание и обрыв катушки якоря, подключенной к сегментам коллектора, происходят в одно и то же мгновение, и, исходя из особенностей конструкции, это будет сделано с максимальной точностью; во-вторых, продолжительность как обрыва, так и короткого замыкания будет сведена к минимуму. Первый приводит к уменьшению, которое практически сводится к подавлению искры, поскольку обрыв и короткое замыкание производят противоположные эффекты в обмотке якоря. Второй эффект заключается в уменьшении разрушительного действия искры, поскольку оно было бы в определенной мере пропорционально продолжительности искры; в то время как уменьшение продолжительности короткого замыкания, очевидно, повышает эффективность машины.

Механические преимущества будут лучше поняты, если обратиться к прилагаемым схемам, на которых на рис. 246 представлено центральное продольное сечение конца вала с установленным на нем усовершенствованным коллектором. На рис. 247 показан вид внутренней или опорной поверхности коллектора. На рис. 248 показан вид конца коллектора со стороны якоря модифицированной формы. Рис. 249 и 250 представляют собой виды деталей рис. 248. Рис. 251 представляет собой продольный центральный разрез другой модификации, а рис. 252 представляет собой тот же самый разрез. A - конец вала якоря динамо-электрической машины или двигателя. A - втулка из изоляционного материала вокруг вала, закрепленная на месте винтом, a.


РИС. 246.


РИС. 247.


РИС. 248.


РИС. 249.


РИС. 250.


РИС. 251.


РИС. 252.

Сам коммутатор имеет форму диска, состоящего из четырех сегментов D, D, G, G, подобных тем, что показаны на рис. 248. Два из этих сегментов, обозначенных как D D, изготовлены из металла и находятся в электрическом соединении с концами катушек якоря. Два других сегмента изготовлены из изоляционного материала. Сегменты удерживаются на месте лентой В из изоляционного материала. Диск удерживается на месте с помощью трения или винтов, g g, рис. 248, которые надежно прикрепляют диск к втулке A.

Коллектор выполнен в той же форме, что и коммутатор. Он состоит из двух металлических сегментов Ee и двух изолирующих сегментов Ff, соединенных вместе лентой C. Металлические сегменты Ee имеют ту же или практически такую же ширину или протяженность, что и изолирующие сегменты или промежутки коллектора. Коллектор прикреплен к втулке B винтами g g, и втулка расположена с возможностью свободного вращения на валу A. Конец втулки B закрыт пластиной f, на которую нажимается винт h с поворотным направлением, регулируемый пружиной H, который действует для поддержания коллектора в тесном контакте с коллектором и для компенсации люфта вала. Коллектор закреплен таким образом, что он не может вращаться вместе с валом. Например, на схеме показана пластина с прорезями K, предназначенная для крепления к стационарной опоре, и рычаг, отходящий от коллектора и несущий зажимной винт L, с помощью которого коллектор может регулироваться и устанавливаться в желаемое положение.

Мистер Тесла предпочитает форму, показанную на рис. 246 и 247, для свободного прилегания изолирующих сегментов как коллектора, так и коллектора и для обеспечения некоторых средств — таких как, например, легкие пружины ee, прикрепленные к полосам Ab соответственно и опирающиеся на сегменты, — для оказания на них легкого давления и поддержания их в тесном контакте и компенсации износа. Металлические сегменты коллектора можно сдвинуть вперед, ослабив винт a.

Линейные провода подводятся от металлических сегментов коллектора и крепятся к нему любым удобным способом, схема соединений показана применительно к модифицированной форме коллектора на рис. 251. Коллектор и коллектор, таким образом, представляют собой две плоские и гладкие опорные поверхности, наиболее эффективно предотвращающие возникновение искр при механическом воздействии.

Изолирующие сегменты изготавливаются из какого-либо твердого материала, который можно полировать и придавать ему острые края. Предпочтительно использовать такие материалы, как стекло, мрамор или мыльный камень. Металлические сегменты предпочтительно изготавливаются из меди или латуни; но они могут иметь облицовку или кромку из прочного материала— такого как платина или тому подобное, где могут возникать искры.

На рис. 248 показана несколько измененная форма изобретения, форма, предназначенная для облегчения изготовления и замены деталей. В этой модификации коммутатор и коллектор выполнены по существу тем же способом, что и ранее описанные, за исключением того, что полосы BC опущены. Однако четыре сегмента каждой детали прикреплены к их соответствующим втулкам с помощью винтов gg, и один край каждого сегмента обрезан, так что в образовавшиеся таким образом промежутки можно вставить небольшие пластины ab. Все эти пластины aa изготовлены из металла и находятся в контакте с металлическими сегментами Dd соответственно. Два других, bb, сделаны из стекла или мрамора, и все они лучше иметь квадратную форму, как показано на рис. 249 и 250, чтобы их можно было обточить для получения новых краев, если какой-либо край истирается в процессе использования. Легкие пружины d опираются на эти пластины и прижимают те, что находятся в коллекторе, к тем, что находятся в коллекторе, а изолирующие полосы cc прикреплены к периферии дисков, чтобы предотвратить выброс блоков под действием центробежной силы. Эти пластины, конечно, полезны только на тех краях сегментов, где возможно возникновение искр, и, поскольку их легко заменить, они имеют большое преимущество. Считается, что лучше всего покрыть их платиной или серебром.

На рис. 251 и 252 показана конструкция, в которой вместо твердых сегментов используется жидкость. В этом случае коммутатор и коллектор выполнены из двух изолирующих дисков, S T, и вместо металлических сегментов в каждой детали вырезано пространство, как в пункте R R, соответствующее по форме и размеру металлическому сегменту. Обе части подогнаны плавно, и коллектор

T удерживается винтом h и пружиной H на коллекторе S. Как и в других случаях, коллектор вращается, в то время как коллектор остается неподвижным. Концы катушек соединены с соединительными стойками s s, которые находятся в электрическом соединении с металлическими пластинами t t внутри углублений в двух частях S T. Эти камеры или углубления заполнены ртутью, а в коллекторной части находятся трубки Ww с винтами ww, несущие пружины X и поршни X, которые компенсируют расширение и сжатие ртути при различных температурах, но которые достаточно прочны, чтобы не поддаваться давлению жидкости из-за центробежного действия, и которые служат соединительными стойками.

Во всех вышеперечисленных случаях коммутаторы рассчитаны на одну катушку, и устройство особенно подходит для таких целей. Однако количество сегментов может быть увеличено или может использоваться более одного коммутатора с одним якорем. Хотя опорные поверхности показаны в виде плоскостей, расположенных под прямым углом к валу или оси, очевидно, что в данном конкретном случае конструкция может быть очень сильно изменена.

ГЛАВА XXXVIII

_______________

РЕГУЛИРОВКА РАБОТЫ ВСПОМОГАТЕЛЬНОЙ ЩЕТКИ

ДИНАМО - МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Интересным методом, разработанным мистером Теслой для регулирования динамо-машин постоянного тока, является тот, который стал известен как метод "третьей щетки”. В машинах этого типа, изобретенных им еще в 1885 году, он использует две основные щетки, к которым подсоединены концы катушек возбуждающих магнитов, вспомогательную щетку и ответвление или шунтирующее соединение от промежуточной точки провода возбуждения к вспомогательной щетке.*

Относительные положения соответствующих щеток изменяются автоматически или вручную, так что шунт выходит из строя, когда вспомогательная щетка занимает определенное положение на коммутаторе; но когда вспомогательная щетка перемещается по отношению к основным щеткам или последние перемещаются по отношению к вспомогательной щетке, нарушается электрическое состояние, и большая или меньшая часть тока через возбуждающие спирали отводится через шунт или ток передается по шунту на возбуждающие спирали. Автоматически изменяя относительное положение соответствующих щеток на коллекторе пропорционально изменяющимся электрическим условиям рабочей цепи, вырабатываемый ток можно регулировать пропорционально требованиям рабочей цепи.

На рис.253 представлена схема, иллюстрирующая изобретение, показывающая один сердечник полевых магнитов с одной спиралью, намотанной в одном направлении по всей длине. Рис. 254 и 255 - схемы, показывающие один сердечник полевых магнитов с частью спиралей, намотанных в противоположных направлениях. Рис. 256 и 257 представляют собой схемы, иллюстрирующие электрические устройства, которые могут использоваться для автоматической регулировки щеток, а рис. 258 представляет собой схему, иллюстрирующую положения щеток при запуске машины под напряжением.


РИС. 253.


РИС. 254.

a и b - положительные и отрицательные щетки основного или рабочего контура, а c - вспомогательная щетка. Рабочий контур D проходит от щеток a и b, как обычно, и содержит электрические лампы или другие устройства, D, либо последовательно, либо в виде нескольких дуг.

M M представляют собой полевые спирали, концы которых соединены с основными щетками a и b. Ответвительный или шунтирующий провод c проходит от вспомогательной щетки c к цепи возбуждающих спиралей и подсоединяется к ней в промежуточной точке x.

H представляет собой коллектор с пластинами обычной конструкции. Когда вспомогательная щетка c занимает такое положение на коммутаторе, что электродвижущая сила между щетками a и c равна электродвижущей силе между щетками c и b, поскольку сопротивление цепи a Mc c A равно сопротивлению цепи b Mc c B, потенциалы точек x и Y будут равны, и ток не будет протекать по вспомогательной щетке; но когда щетка c занимает другое положение, потенциалы точек x и Y будут разными, и ток будет протекать по вспомогательной щетке к коммутатору и от него в соответствии с инструкцией. взаимное расположение щеток. Если, например, расстояние между коллекторами щеток a и c, когда последняя находится в нейтральной точке, уменьшено, ток будет протекать от точки Y по шунту c к щетке b, таким образом усиливая ток в части M и частично нейтрализуя ток в части M; но если расстояние между двумя щетками a и c увеличено, ток будет протекать по вспомогательной щетке в противоположном направлении, и ток в M будет усилен, а в M - частично нейтрализован.

Комбинируя щетки a, b и c с любым обычным механизмом автоматического регулирования, вырабатываемый ток можно регулировать пропорционально требованиям рабочей цепи. Части M и M возбуждающего провода могут быть намотаны в одном и том же направлении. В этом случае они расположены так, как показано на рис. 253; или деталь M может быть намотана в противоположном направлении, как показано на рис. 254 и 255.


РИС. 255.

Будет очевидно, что соответствующие сердечники возбуждающих магнитов подвергаются нейтрализующему или усиливающему воздействию тока в шунте через c, и магнетизм сердечников будет частично нейтрализован, или точки наибольшего магнетизма сдвинуты, так что они будут более или менее удалены от якоря или приближаться к нему, и, следовательно, совокупное воздействие возбуждающих магнитов на якорь будет соответственно изменяться.

В форме, указанной на рис. 253, регулирование осуществляется путем смещения точки наибольшего намагничивания, а на рис. 254 и 255 тот же эффект достигается действием тока в шунте, проходящего через нейтрализующую спираль.

Относительное положение соответствующих щеток может изменяться путем перемещения вспомогательной щетки, или щетка c может оставаться неподвижной, а стержень P может быть соединен с держателем основной щетки A, чтобы отрегулировать щетки ab по отношению к щетке c. Однако, если ко всем щеткам применяется регулировка, как показано на рис. 257, соленоид должен быть подключен как к a, так и к c, чтобы перемещать их навстречу друг другу или в сторону друг от друга.

Известно несколько устройств для придания движения пропорционально электрическому току. На фиг. 256 и 257 подвижные сердечники показаны как удобные устройства для получения требуемой степени движения при очень незначительных изменениях тока, проходящего через спирали. Понятно, что регулировка основных щеток вызывает изменения силы тока независимо от положения этих щеток относительно вспомогательной щетки. Во всех случаях регулировка должна быть такой, чтобы через вспомогательную щетку не протекал ток при нормальной нагрузке динамо-машины.


РИС. 256.


РИС. 257.

На рис. 256 и 257 А обозначен держатель основной щетки, в котором установлены основные щетки, а С - держатель вспомогательной щетки, в котором установлена вспомогательная щетка. Эти щеткодержатели могут перемещаться по дугам, концентрическим центру вала коллектора. Железный поршень P соленоида S, рис. 256, прикреплен к вспомогательному щеткодержателю C. Регулировка осуществляется с помощью пружины и винта или натяжителя.

На рис. 257 вместо соленоида показана железная трубка, охватывающая катушку. Поршень катушки прикреплен к обоим щеткодержателям Aa и C. Когда щетки перемещаются непосредственно с помощью электрических устройств, как показано на фиг. 256 и 257, они сконструированы таким образом, что усилие, прилагаемое для регулировки, практически равномерно на протяжении всего движения.

Верно, что вспомогательные щетки использовались в соединении со спиралями провода возбуждения; но в этих случаях спирали получают весь ток через вспомогательную щетку или щетки, и эти щетки нельзя было снять, не разорвав цепь через поле. Кроме того, эти щетки вызывают сильное искрение в коллекторе. В данном случае вспомогательная щетка вызывает очень небольшое искрение или вообще не вызывает его, и ее можно снять, не размыкая цепь через спирали возбуждения. Кроме того, преимущество такого устройства заключается в облегчении самовозбуждения машины во всех случаях, когда сопротивление провода возбуждения очень велико по сравнению с сопротивлением основной цепи при запуске - например, в машинах с дуговой лампой. В этом случае вспомогательная щетка с располагается рядом со щеткой в или, что еще лучше, в контакте со щеткой в, как показано на рис. 258. Таким образом, деталь M полностью вырезается, и поскольку деталь M имеет значительно меньшее сопротивление, чем провод возбуждения по всей длине, машина включается сама, после чего вспомогательная щетка автоматически перемещается в свое нормальное положение.


РИС. 258.

В другом способе, разработанном мистером Теслой, используется одна или несколько вспомогательных щеток, с помощью которых шунтируется часть или вся катушка возбуждения. В зависимости от взаимного расположения на коммутаторе соответствующих щеток по спиралям возбуждения проходит больший или меньший ток, и ток, вырабатываемый машиной, может изменяться по желанию путем изменения взаимного положения щеток.

На рис. 259 a и b - положительная и отрицательная щетки основного контура, а c - вспомогательная щетка. Основная цепь D, как обычно, проходит от щеток a и b и содержит спирали M провода возбуждения и электрические лампы или другие рабочие устройства. Вспомогательная щетка c подключена к точке x основной цепи с помощью провода c. H - коммутатор обычной конструкции. Из того, что уже было сказано, видно, что когда электродвижущая сила между щетками a и c равна электродвижущей силе между щетками c и b, поскольку сопротивление цепи a M c c A равно сопротивлению цепи b C B c c D, потенциалы точек x и y будут равны, и ток не будет проходить через вспомогательную щетку c; но если эта щетка занимает другое положение относительно основных щеток, электрическое состояние нарушается, и ток будет течь либо от y к x, либо от x к y, в зависимости от взаимного положения щеток . В первом случае ток, проходящий через возбуждающие спирали, будет частично нейтрализован, и магнетизм возбуждающих магнитов уменьшится. Во втором случае ток будет увеличен, и магниты наберут силу. Комбинируя щетки переменного тока с любым механизмом автоматического регулирования, вырабатываемый ток может регулироваться автоматически пропорционально требованиям рабочей цепи.


РИС. 259.


РИС. 260.


РИС. 261.


РИС. 262.


РИС. 263.

На рис. 264 и 265 представлены некоторые автоматические средства, которые могут использоваться для перемещения щеток. Сердечник P, рис. 264, соленоидной спирали S соединен со щеткой c для ее перемещения, а на рис. 265 сердечник P показан внутри спирали S и соединен со щетками a и c для их перемещения навстречу или друг от друга в зависимости от силы тока в спирали, причем спираль находится внутри железной трубки S, которая намагничивается и усиливает действие соленоида.


РИС. 264.


РИС. 265.

На практике достаточно перемещать только вспомогательную щетку, как показано на рис. 264, поскольку регулировка очень чувствительна к малейшим изменениям; но относительное положение вспомогательной щетки по отношению к основным щеткам можно изменять перемещением основных щеток, или могут перемещаться как основная, так и вспомогательная щетки, как показано на рис. 265. Понятно, что в последних двух случаях движение основных щеток относительно нейтральной линии машины вызывает изменения силы тока независимо от их положения относительно вспомогательной щетки. Во всех случаях регулировка может быть такой, чтобы при работе машины с обычной нагрузкой ток через вспомогательную щетку не протекал.

Спирали возбуждения могут быть соединены, как показано на рис. 259, или часть спиралей возбуждения может находиться в выходном контуре, а другая часть - в обратном, и могут использоваться две вспомогательные щетки, как показано на рис. 261 и 262. Вместо шунтирования всех спиралей возбуждения может быть шунтирована только часть таких спиралей, как показано на фиг. 260 и 262.

Схема, показанная на рис. 262, является выгодной, поскольку она уменьшает искрение на коммутаторе, поскольку основная цепь замыкается через вспомогательные щетки в момент разрыва цепи на основных щетках.

Спирали возбуждения могут быть намотаны в одном направлении, или деталь может быть намотана в противоположных направлениях.

Соединение между спиралями и вспомогательной щеткой или щетками может быть выполнено с помощью провода с небольшим сопротивлением, или между точкой x и вспомогательной щеткой или щетками может быть установлено сопротивление (r, рис. 263) для разделения чувствительности при настройке щеток.

Прилагаемые эскизы также иллюстрируют усовершенствования, внесенные мистером Теслой в механические устройства, используемые для перемещения кистей, при использовании вспомогательной щетки. Рис. 266 представляет собой возвышение регулятора с частично сеченной рамой; а рис. 267 представляет собой сечение на линии x x, рис. 266. C - коллектор; B и B - щеткодержатели, B на которых установлены основные щетки aa, а B - вспомогательные или шунтирующие щетки bb. Ось щеткодержателя B поддерживается двумя поворотными винтами p p. Другой щеткодержатель B имеет втулку d и может перемещаться вокруг оси щеткодержателя B. Таким образом, оба щеткодержателя могут вращаться очень свободно, а трение деталей сводится к минимуму. Над щеткодержателями установлен соленоид S, который опирается на раздвоенную стойку c. Эта стойка также служит опорой для шарниров pp и закреплена на прочном кронштейне или выступе P, который выступает из основания машины и отлит за одно целое с ним. Щеткодержатели Bb соединены посредством перемычек ee и поперечины F с железным сердечником I, который свободно скользит в трубке T соленоида. Железный сердечник I имеет винт s, с помощью которого его можно поднимать и регулировать в его положении относительно соленоида, так что усилие, оказываемое на него соленоидом, практически равномерно на всей длине движения, которая требуется для осуществления регулирования. Для обеспечения большей точности регулировки сердечник I снабжен небольшим металлическим винтом s. Сердечник сначала приводится очень близко в требуемое положение относительно соленоида с помощью винта s, затем маленький винт s регулируется до тех пор, пока магнитное притяжение к сердечнику не станет одинаковым, когда сердечник находится в любом положении. Удобный упор, t, служит для ограничения движения железного сердечника вверх.


РИС. 266.


РИС. 267.

Чтобы в некоторой степени проверить движение сердечника I, используется приборная панель K. Поршень L приборной панели снабжен клапаном V, который открывается под действием понижающего давления и позволяет легко перемещать железный сердечник I вниз, но закрывается и проверяет движение сердечника, когда он поднимается под действием соленоида.

Для уравновешивания противодействующих сил, веса движущихся частей и усилия, оказываемого соленоидом на железный сердечник, могут использоваться грузы Ww. Регулировка такова, что когда по соленоиду проходит обычный ток, он достаточно силен, чтобы уравновесить тягу деталей вниз.

Соединения электрической цепи по существу такие же, как показано на предыдущих схемах, соленоид включен последовательно с цепью, когда переводящие устройства подключены последовательно, и в шунт, когда устройства находятся в многодуговом состоянии. Принцип действия устройства заключается в следующем: когда при уменьшении сопротивления цепи или по какой-либо другой причине ток увеличивается, соленоид S усиливается и подтягивает железный сердечник I, таким образом смещая основные щетки в направлении вращения, а вспомогательные щетки - в противоположном направлении. Это уменьшает силу тока до тех пор, пока противоположные силы не уравновесятся и по соленоиду не будет проходить нормальный ток; но если по какой-либо причине ток в цепи уменьшается, то вес движущихся частей преодолевает притяжение соленоида, железный сердечник I опускается, таким образом смещая щетки в противоположную сторону и увеличивая ток до нормальной силы. Приборный щиток, соединенный с железным сердечником I, может быть обычной конструкции; но лучше, особенно в машинах для дуговых ламп, снабдить поршень приборного щитка клапаном, как показано на схемах. Этот клапан обеспечивает сравнительно легкое перемещение железного сердечника вниз, но останавливает его движение, когда он вытягивается соленоидом. Преимущество такого расположения состоит в том, что можно включать большое количество ламп без уменьшения световой мощности ламп в цепи, поскольку щетки сразу занимают правильное положение. При выключенном свете приборная панель замедляет движение; но если ток значительно увеличить, соленоид становится ненормально сильным, и щетки мгновенно переключаются. При правильной настройке регулятора освещение или другие устройства могут включаться или гаснуть с едва заметной разницей. Очевидно, что вместо приборной панели может быть использовано любое другое замедляющее устройство.

________________

* Составитель узнал частично из заявлений, сделанных несколько раз в журналах, а частично из личных расспросов мистера Теслы, что большая часть работ в этом интересном направлении не опубликована. В этих изобретениях, как будет видно, щетки переключаются автоматически, но в широком методе, едва предложенном здесь, регулирование осуществляется без какого-либо изменения положения щеток. Следует помнить, что это изобретение вспомогательной щетки очень много обсуждалось несколько лет назад, и может быть интересно, что эта работа мистера Теслы, тогда неизвестная в этой области, теперь стала известна.

ГЛАВА XXXIX

_______________

УЛУЧШЕНИЕ КОНСТРУКЦИИ

ДИНАМО -МАШИНЫ И МОТОРЫ

Это изобретение мистера Теслы является усовершенствованием конструкции динамо- или магнитоэлектрических машин или двигателей, заключающимся в новой форме рамы и возбуждающего магнита, что делает машину более прочной и компактной как конструкцию, которая требует меньше деталей и требует меньше хлопот и затрат при ее изготовлении. Это применимо к генераторам и двигателям в целом, не только к тем, которые имеют независимые цепи, адаптированные для использования в системе переменного тока Тесла, но и к другим машинам постоянного или переменного тока обычного типа, которые обычно используются.

На рис. 268 показана машина с боковым возвышением. На рис. 269 показан вид в вертикальном разрезе возбуждающих магнитов и рамки и вид якоря с торца; а на рис. 270 показан вид в плане одной из частей рамки и якоря, часть последнего срезана.


РИС. 268.


РИС. 269.


РИС. 270.

Возбуждающие магниты и рама отлиты из двух частей. Эти детали идентичны по размеру и форме, и каждая состоит из сплошных пластин или концов Ab, из которых внутрь выступают стержни Cd и боковые стержни или перемычки E F. Точная форма этих деталей в значительной степени зависит от выбора — то есть каждая отливка, как показано, образует приблизительно прямоугольную раму; но очевидно, что она может быть более или менее овальной, круглой или квадратной, без отклонения от изобретения. Также желательно уменьшить ширину боковых планок, Ef, в центре и так соразмерить детали, чтобы при сборке рамы промежутки между опорами были практически равны дугам, которые занимают поверхности опор.

Подшипники G для вала якоря отлиты в боковых стержнях E F. Катушки возбуждения наматываются либо на полюсные наконечники, либо на форму, а затем надеваются на концы полюсных наконечников. После обработки нижняя часть или отливка крепится к основанию. Затем якорь K на его валу монтируется в подшипниках нижней отливки, а другая часть рамы устанавливается на место, при этом используются дюбели L или любые другие средства для закрепления двух частей в надлежащем положении.

Чтобы обеспечить более легкую посадку, боковые планки Ef и торцевые детали Ab отлиты таким образом, что при соединении двух деталей образуются пазы M.

Эта машина обладает рядом преимуществ. Например, если мы намагничиваем сердечники поочередно, как указано символами Ns, то будет видно, что магнитная цепь между полюсами каждой детали отливки замыкается через сплошные железные боковые стержни. Подшипники вала расположены в нейтральных точках поля, так что магнитное состояние поля не влияет на сердечник якоря.

Усовершенствование не ограничивается использованием четырех полюсных наконечников, поскольку очевидно, что каждый полюсный наконечник может быть разделен или образовано более четырех элементов в зависимости от формы отливки.

ГЛАВА XL

_______________

ДУГОВАЯ СИСТЕМА ОСВЕЩЕНИЯ ПОСТОЯННЫМ ТОКОМ TESLA

Одно время, вскоре после своего прибытия в Америку, мистер Тесла очень интересовался темой дугового освещения, которая тогда привлекла внимание общественности и с готовностью заручилась поддержкой капитала. Поэтому он разработал систему, которая была доверена компании, созданной для ее эксплуатации, а затем продолжил посвящать свою энергию совершенствованию деталей своей более знаменитой двигательной системы “rotary field”. Дуговой осветительный прибор Tesla появился в то время, когда на рынке было очень много других ламп и механизмов, но он привлек внимание своей изобретательностью. Его главной целью было снижение производственных затрат и упрощение процессов эксплуатации.

Сначала мы рассмотрим динамо-машину. На рис. 271 показан продольный разрез, а на рис. 272 - поперечный разрез машины. На рис. 273 показан вид сверху, а на рис. 274 - вид магнитной рамки сбоку. На рис. 275 показан вид коллекторных стержней с торца, а на рис. 276 - сечение вала и коллекторных стержней. На рис. 277 приведена схема, иллюстрирующая катушки якоря и соединения с коллекторными пластинами.


РИС. 271.


РИС. 272.


РИС. 273.


РИС. 274.


РИС. 275.


РИС. 276.


РИС. 277.

Сердечники cc cc cc полевых магнитов сужаются в обоих направлениях, как показано, для концентрации магнетизма в середине полюсных наконечников.

Соединительная рама Ff возбуждающих магнитов имеет форму, указанную на виде сбоку, рис. 274, при этом нижняя часть снабжена раздвигающимися изогнутыми литыми ножками ee, так что машина будет прочно опираться на две опорные планки rr.

К нижнему полюсу S возбуждающего магнита M прикреплено с помощью баббита или другого легкоплавкого диамагнитного материала основание B, которое снабжено подшипниками b для вала якоря H. Основание B имеет выступ P, который поддерживает щеткодержатели и регулирующие устройства особого характера, разработанные мистером Теслой.

Конструкция якоря рассчитана на то, чтобы свести к минимуму потери мощности из-за токов Фуко и изменения полярности, а также максимально сократить длину неактивного провода, намотанного на сердечник якоря.

Хорошо известно, что при вращении якоря между полюсами возбуждающих магнитов в железном корпусе якоря возникают токи, которые выделяют тепло и, следовательно, приводят к пустой трате энергии. Благодаря взаимному действию силовых линий, магнитным свойствам железа и скорости вращения различных участков сердечника якоря, эти токи генерируются в основном на поверхности сердечника якоря и вблизи него, постепенно уменьшаясь по силе к центру сердечника. Их количество при некоторых условиях пропорционально длине железного корпуса в направлении, в котором генерируются эти токи. Электрически разделяя железный сердечник в этом направлении, можно в значительной степени уменьшить выработку этих токов. Например, если длина сердечника якоря составляет двенадцать дюймов, и с помощью подходящей конструкции он разделен электрически, так что в направлении генерации имеется шесть дюймов железа и шесть дюймов промежуточных воздушных пространств или изоляционного материала, то потери тока уменьшатся до пятидесяти процентов.

Как показано на диаграммах, якорь изготовлен из тонких железных дисков D D D различного диаметра, закрепленных на валу якоря подходящим образом и расположенных в соответствии с их размерами, так что образуется ряд железных корпусов i i i, толщина каждого из которых уменьшается от центра к периферии. На обоих концах якоря к валу якоря прикреплены загнутые внутрь диски dd из чугуна.

Если сердечник якоря сконструирован так, как показано, то легко увидеть, что на тех участках якоря, которые наиболее удалены от оси и где в основном развиваются токи, длина железа в направлении генерации составляет лишь малую долю от общей длины сердечника якоря, и, кроме того, железное тело разделено в направлении генерации, и, следовательно, токи Фуко значительно уменьшаются. Другой причиной нагрева является смещение полюсов сердечника якоря. Вследствие разделения железа в арматуре и увеличенной поверхности для излучения снижается риск нагрева.

Железные диски D D D изолированы или покрыты какой-либо изоляционной краской, причем очень тщательная изоляция не требуется, поскольку электрический контакт между несколькими дисками может возникнуть только в местах, где генерируемые токи сравнительно слабые. Сердечник якоря, изготовленный описанным способом, может вращаться между полюсами возбуждающих магнитов без малейшего повышения температуры.

Концевые диски d d, которые имеют достаточную толщину и, в целях удешевления, изготовлены из чугуна, изогнуты внутрь, как указано на чертежах. Протяженность кривой зависит от количества проволоки, которая должна быть намотана на якорь. В этой машине проволока наматывается на якорь двумя наложенными частями, и изгиб концевых дисков, dd, рассчитан таким образом, что первая часть, то есть практически половина проволоки, просто заполняет пустое пространство до линии xx; или, если проволока намотана каким-либо другим способом, кривая такова, что при намотке всего провода внешняя масса проволок, w, и внутренняя масса проволок, w, равны по обе стороны от плоскости xx. В этом случае пассивные или электрически неактивные провода имеют минимально возможную длину. Дополнительное преимущество такого устройства заключается в том, что общая длина пересекающихся проводов по обе стороны от плоскости xx практически равна.

Для дальнейшего выравнивания катушек якоря с обеих сторон пластины, которые соприкасаются со щетками, намотка и соединение производятся следующим образом: весь провод наматывается на сердечник якоря двумя наложенными друг на друга частями, которые тщательно изолированы друг от друга. Каждая из этих двух частей состоит из трех отдельных групп катушек. Первая группа витков первой части провода намотана и соединена с коллекторными стержнями обычным способом, эта группа изолирована, а вторая группа намотана; но катушки этой второй группы, вместо того, чтобы быть подсоединенными к следующим за коллекторными стержнями, подсоединены к прямо противоположным стержням коллектора. Затем вторая группа изолируется, а третья группа наматывается, причем катушки этой группы подсоединяются к тем стержням, к которым они были бы подсоединены обычным способом. Затем провода тщательно изолируются, и вторая часть провода наматывается и соединяется таким же образом.

Предположим, например, что имеется двадцать четыре катушки — то есть по двенадцать в каждой части — и, следовательно, двадцать четыре коллекторные пластины. В каждой части будет три группы, каждая из которых будет содержать по четыре катушки, и катушки будут соединены следующим образом:


При изготовлении сердечника и намотки якоря и соединении катушек указанным способом пассивный или электрически неактивный провод сокращается до минимума, а витки с каждой стороны пластин, контактирующих со щетками, практически равны. Таким образом, повышается электрическая эффективность машины.

Коллекторные пластины t показаны снаружи подшипника b вала якоря. Вал H имеет трубчатую форму и разрезан на концевой части, и провода проходят через него обычным способом и подсоединяются к соответствующим коллекторным пластинам. Коллекторные пластины расположены на цилиндре u и изолированы, и этот цилиндр устанавливается надлежащим образом, а затем закрепляется путем расширения разъемного конца вала с помощью сужающейся винтовой заглушки v.

Дуговые лампы, изобретенные мистером Теслой для использования в цепях от описанной выше динамо-машины, - это те, в которых разделение и подача угольных электродов или их эквивалентов осуществляются с помощью электромагнитов или соленоидов в соединении с подходящим механизмом сцепления, и были разработаны с целью устранения определенных неисправностей, общих для дуговых ламп.

Он предложил предотвратить частые вибрации подвижного угольного “острия” и возникающее из-за этого мерцание света; предотвратить соприкосновение углей; отказаться от приборной панели, часового механизма или зубчатых передач и подобных устройств; сделать лампу чрезвычайно чувствительной и подавать углерод почти незаметно, и таким образом получать очень устойчивый и равномерный свет.

В лампах того класса, в которых регулирование электрической дуги осуществляется силами, действующими противоположно на свободный подвижный стержень или рычаг, непосредственно соединенный с электродом, причем все или некоторые из сил зависят от силы тока, любое изменение электрического состояния цепи вызывает вибрацию и соответствующее мерцание света. Эта трудность наиболее очевидна, когда в цепи всего несколько ламп. Чтобы уменьшить эту трудность, были сконструированы лампы, в которых рычаг или якорь после зажигания дуги удерживается в фиксированном положении и не может вибрировать во время операции подачи, механизм подачи действует независимо; но в этих лампах при использовании зажима часто происходит соприкосновение углей, и свет на мгновение гаснет, и часто повреждаются части цепи. В обоих этих классах ламп было принято использовать приборную панель, часовой механизм или аналогичные замедляющие устройства; но они часто ненадежны и вызывают возражения и увеличивают стоимость конструкции.

Мистер Тесла сочетает в себе два электромагнита - один с низким сопротивлением в основной цепи или лампе, а другой со сравнительно высоким сопротивлением в шунте вокруг дуги — подвижный рычаг якоря и специальный механизм подачи, детали которого расположены так, что в нормальном рабочем положении рычага якоря он почти жестко удерживается в одном положении, и на него не влияют даже значительные изменения в электрической цепи; но если угли соприкасаются, якорь приводится в действие магнитами, чтобы переместить рычаг и зажечь дугу, и удерживать угли до тех пор, пока дуга не погаснет. удлиняется, и рычаг якоря возвращается в нормальное положение. После этого держатель угольного стержня освобождается под действием механизма подачи, чтобы подать уголь и восстановить нормальную длину дуги.

На рис. 278 показана высота механизма, используемого в этой дуговой лампе. На рис. 279 показан вид в плане. На рис. 280 показана высота балансировочного рычага и пружины; на рис. 281 показан вид полюсов и якорей на фрикционном зажиме отдельно в плане, а на рис. 282 показан участок зажимной трубки.


РИС. 278.


РИС. 279.


РИС. 280.


РИС. 281.


РИС. 282.

M - спираль из грубой проволоки в цепи от нижнего угольного держателя к винту отрицательного крепления –. N - спираль из тонкой проволоки в шунте между положительным соединительным винтом + и отрицательным соединительным винтом –. Верхний угольный держатель S представляет собой параллельный стержень, скользящий через пластины S S2 каркаса лампы, и, следовательно, электрический ток проходит от положительного соединительного элемента + через пластину S2, угольный держатель S и верхний углерод к нижнему углероду, а оттуда через держатель и металлическое соединение со спиралью M.

Карбоновые держатели имеют обычный характер, и для обеспечения электрических соединений используются пружины l, которые захватывают верхний карбоновый стержень S, но позволяют стержню свободно скользить по нему. Давление на эти пружины l может регулироваться винтом m, и пружина l может удерживаться на любой подходящей опоре. Они показаны соединенными с верхним концом сердечника магнита N.

Вокруг удерживающего углерод стержня S, между пластинами S2, имеется трубка R, которая образует зажим. Эта труба просверлена в противоположном направлении, как показано на разрезе рис. 282, так что она опирается на стержень S на его верхнем конце и ближе к середине, а на нижнем конце этого трубчатого зажима R имеются сегменты арматуры r из мягкого железа. Рама или рычаг n, выступающий, предпочтительно, из сердечника N2, поддерживает рычаг A с помощью точки опоры-штифта o. Этот рычаг A имеет отверстие, через которое свободно проходит верхний конец трубчатого зажима R, и от рычага A идет звено q к рычагу t, который поворачивается под углом y к кольцу на одной из стоек S3. Этот рычаг t имеет отверстие или дугу, окружающую трубчатый зажим R, и между рычагом t и этим зажимом R имеются штифты или шарнирные соединения w, а пружина r2 служит для поддержки или подвешивания трубчатого зажима R. отрегулируйте вес деталей и уравновесьте их, или почти так. Эта пружина регулируется.

На одном конце рычага A находится блок якоря из мягкого железа a, расположенный над сердечником M спирали M, и имеется ограничительный винт c, проходящий через этот блок якоря a, а на другом конце рычага A находится блок якоря из мягкого железа b, конец которого сужается или имеет клиновидную форму, и он находится близко к боковому выступу e на сердечнике N2 и на одной линии с ним. Нижние концы сердечников M N2 выполнены с выступающими вбок полюсными наконечниками M3 N3, соответственно, и эти полюсные наконечники вогнуты на своих внешних концах и находятся на противоположных сторонах сегментов арматуры r на нижнем конце трубчатого зажима R.

Принцип действия этих устройств следующий: в состоянии бездействия верхний углерод опирается на нижний, и при включении электрического тока он свободно проходит через раму и пружину l через стержни и углероды к грубой проволоке и спирали M, а также к отрицательному соединительному столбу V, и сердечник M, таким образом, получает питание. Полюсный наконечник M3 притягивает якорь r и за счет бокового давления заставляет зажим R захватывать стержень S, и рычаг A одновременно перемещается из положения, показанного пунктирными линиями, рис. 278, в нормальное положение, показанное полными линиями, и при этом звено q и рычаг t поднимаются, поднимая зажим R и S, отделяя угли и формируя дугу. Магнетизм полюсного наконечника e имеет тенденцию удерживать рычаг на одном уровне или почти на одном, при этом сердечник N2 подпитывается током в шунте, который содержит спираль N. В этом положении рычаг A не перемещается никаким обычным изменением тока, потому что якорь b сильно притягивается магнетизмом e, и эти части расположены близко друг к другу, а магнетизм e действует под прямым углом к магнетизму сердечника M. Если теперь дуга становится слишком длинной, ток через спираль M уменьшается, а магнетизм сердечника N3 увеличивается за счет большего тока, проходящего через шунт, и этот сердечник N3, притягивая сегментный якорь r, уменьшает удержание зажима R на стержне S, позволяя последнему скользить и уменьшать длину дуги, что мгновенно восстанавливает магнитное равновесие и заставляет зажим R удерживать стержень S. Если случается, что атомы углерода соприкасаются, то магнетизм N2 уменьшается настолько, что притяжения магнита M будет достаточно для перемещения якоря a и рычага A так, что якорь b пройдет выше нормального положения, чтобы мгновенно отделить атомы углерода; но когда углерод сгорает, через шунт будет проходить большее количество тока до тех пор, пока притяжение сердечника N2 не преодолеет притяжение сердечника M и рычаг A якоря снова не вернется в нормальное горизонтальное положение, и это произойдет до того, как произойдет подача. Сегментные элементы арматуры r показаны почти полукруглыми. Они могут быть квадратными или любой другой желаемой формы, при этом концы шестов M3, N3 изготавливаются соответствующей формы.

В модификации этой лампы мистер Тесла предусмотрел средства для автоматического отключения лампы от цепи или ее отключения, когда из-за сбоя питания дуга достигает ненормальной длины; а также средства для автоматического повторного включения такой лампы в цепь, когда стержень опускается и углерод вступает в контакт.

На рис. 283 показана высота лампы с корпусом в разрезе. Рис. 284 представляет собой план сечения по линии x x. Рис. 285 представляет собой возвышение, частично в сечении, лампы под прямым углом к рис. 283. Рис. 286 - план сечения по линии y y на рис. 283. На рис. 287 - сечение зажима примерно в натуральную величину. На рис. 288 показан отсоединенный участок, иллюстрирующий соединение пружины с рычагом, который удерживает шарниры зажима, а на рис. 289 представлена схема, показывающая схемы подключения лампы.


РИС. 283.


РИС. 284.


РИС. 285.


РИС. 286.


РИС. 287.


РИС. 288.


РИС. 289.

На рис. 283 M представляет основной магнит, а N - шунтирующий магнит, оба надежно прикреплены к основанию A, которое вместе со своими боковыми колоннами, S S, отлито из цельного куска латуни или другого диамагнитного материала. К магнитам припаяны или иным образом прикреплены латунные шайбы или диски aa aa aa. Аналогичные шайбы bb из волокна или другого изоляционного материала служат для изоляции проводов от латунных шайб.

Магниты M и N сделаны очень плоскими, так что их ширина превышает их толщину в три раза или даже больше. Таким образом, сравнительно небольшого количества витков достаточно для создания требуемого магнетизма, в то время как для охлаждения проводов предлагается большая поверхность.

Верхние полюсные наконечники магнитов изогнуты, как показано на чертежах, рис. 283. Нижние полюсные наконечники mn сведены близко друг к другу, сужаясь к якорю g, как показано на рис. 284 и 286. Цель этого сужения состоит в том, чтобы сконцентрировать наибольшее количество развитого магнетизма на якоре, а также позволить притяжению всегда воздействовать на середину якоря g. Эта арматура g представляет собой кусок железа в форме полого цилиндра, имеющий с каждой стороны отрезанный сегмент, ширина которого равна ширине шестов m?.

Арматура припаивается или иным образом крепится к зажиму r, который выполнен из латунной трубки, снабженной зажимными губками ee, рис. 287. Эти губки представляют собой дуги круга диаметром стержня R и изготовлены из закаленного немецкого серебра. Направляющие ff, по которым скользит удерживающий углерод стержень R, изготовлены из того же материала. Преимущество этого заключается в значительном снижении износа и коррозии деталей, находящихся в фрикционном контакте со стержнем, что часто приводит к неисправностям. Губки ee крепятся к внутренней стороне трубки r таким образом, что одна находится немного ниже другой. Цель этого состоит в том, чтобы обеспечить большее отверстие для прохождения стержня, когда он освобождается зажимом. Зажим r опирается на подшипники w w, рис. 283, 285 и 287, которые находятся как раз посередине между губками e e. Подшипники w w приводятся в движение рычагом t, один конец которого опирается на регулируемую опору q боковых стоек S, другой конец соединен посредством звена e с рычагом якоря L. Рычаг якоря L представляет собой плоский кусок железа N-образной формы, концы которого изогнуты так, чтобы соответствовать форме верхних полюсных наконечников магнитов M и N. Он подвешивается на шарнирах v v, рис. 284, которые находятся в зажиме x верхней пластины B. Эта пластина B с губкой отлита за одно целое и привинчена к боковым стойкам, выступающим вверх от основания A. Чтобы частично уравновесить избыточный вес движущихся частей, пружина s, рис. 284 и 288, прикреплена к верхней пластине B и прикреплена к рычагу t. Крючок o направлен к одной стороне рычага или немного отогнут вбок, как показано на рис. 288. Таким образом создается небольшая тенденция к повороту якоря в направлении полюса m основного магнита.

Крепежные штифты K K привинчены к основанию A. Ручной выключатель для отключения лампы от короткого замыкания при замене углей также прикреплен к основанию. Этот переключатель имеет обычный характер и не показан на чертежах.

Стержень R электрически соединен с корпусом лампы с помощью гибкого проводника или иным способом. Корпус лампы снабжен съемной крышкой s2 для размещения деталей.

Электрические соединения показаны схематически на рис. 289. Провод в основном магните состоит из двух частей, x и p. Эти две части могут быть в виде двух отдельных витков или в виде одной спирали, как показано на чертежах. Часть x, обычно включенная в цепь, вместе с тонкой проволокой на шунтирующем магните намотана и пропускается током в том же направлении, чтобы иметь тенденцию создавать одинаковые полюса, Nn или Ss, на соответствующих полюсных наконечниках магнитов M и N. Часть p находится в цепи только тогда, когда лампа выключена, и тогда ток, идущий в противоположном направлении, создает в основном магните магнетизм противоположной полярности.

Операция заключается в следующем: вначале угли должны соприкасаться, и ток проходит от положительного соединительного стержня K к каркасу лампы, угольному держателю, верхнему и нижнему углеродным изолированным обратным проводам в одном из боковых стержней, а оттуда через часть x провода на главном магните к отрицательному соединительному стержню. При прохождении тока на главный магнит подается напряжение и притягивает зажимную арматуру g, раскачивая зажим и захватывая стержень с помощью зажимных губок ee. В то же время рычаг якоря L опускается вниз, и угли отделяются. При опускании рычага якоря L основному магниту помогает шунтирующий магнит N, последний намагничивается магнитной индукцией от магнита M.

Будет видно, что якоря L и g практически являются держателями магнитов M и N, и благодаря этому факту оба магнита с любым из якорей L и g можно рассматривать как один подковообразный магнит, который мы могли бы назвать “составным магнитом”. Все детали из мягкого железа M, m, g, n, N и L образуют составной магнит.

После разделения атомов углерода тонкая проволока получает часть тока. Теперь, магнитная индукция от магнита M такова, что создает противоположные полюса на соответствующих концах магнита N; но ток, проходящий по спиралям, имеет тенденцию создавать одинаковые полюса на соответствующих концах обоих магнитов, и поэтому, как только по тонкой проволоке проходит достаточный ток, магнетизм всего составного магнита уменьшается.

Что касается якоря g и работы лампы, полюс m можно рассматривать как “зажимной”, а полюс n - как “освобождающий” полюс.

По мере сгорания углерода тонкая проволока получает больший ток, и магнетизм пропорционально уменьшается. Это заставляет рычаг L якоря качаться, а якорь g постепенно опускаться под весом движущихся частей до тех пор, пока конец p, рис. 283, не упрется в верхнюю пластину B. Регулировка осуществляется таким образом, что при этом стержень R все еще надежно удерживается губками ee. Поскольку предотвращается дальнейшее движение рычага якоря вниз, дуга становится длиннее по мере израсходования угля, и составной магнит ослабляется все больше и больше, пока зажимной якорь g не ослабит захватные губки ee на стержне R, и стержню не будет позволено немного опуститься, тем самым укорачивая дугу. Тонкая проволока теперь пропускает меньше тока, магнетизм увеличивается, и стержень снова зажимается и при необходимости слегка приподнимается. Это зажимание и отпускание стержня продолжается до тех пор, пока не израсходуется углерод. На практике подача настолько чувствительна, что большую часть времени движение стержня невозможно обнаружить без какого-либо фактического измерения. При нормальной работе лампы рычаг якоря L остается практически неподвижным, в положении, показанном на рис. 283.

Если случится так, что из-за его несовершенства стержень и угли опустятся слишком далеко, так что дуга получится слишком короткой, или даже угли соприкоснутся, через тонкую проволоку пройдет очень небольшое количество тока, и составной магнит станет достаточно сильным, чтобы действовать так же, как в начале, потянув рычаг L якоря вниз и разделив угли на большее расстояние.

На практике часто случается, что стержень застревает в направляющих. В этом случае дуга достигает большой длины, пока окончательно не обрывается. Затем свет гаснет, и часто тонкая проволока повреждается. Чтобы предотвратить такую аварию, мистер Тесла снабдил эту лампу автоматическим выключателем, который работает следующим образом: когда при отключении питания дуга достигает определенной заданной длины, по тонкой проволоке отводится такое количество тока, что полярность составного магнита меняется на противоположную. Зажимной якорь g теперь перемещается относительно шунтирующего магнита N до тех пор, пока не упрется в освобождающий полюс n. Как только контакт установлен, ток проходит от положительного соединительного элемента по зажиму r, якорю g, изолированному шунтирующему магниту и спирали p на основном магните M к отрицательному соединительному элементу. В этом случае ток проходит в противоположном направлении и изменяет полярность магнита M, в то же время поддерживая за счет магнитной индукции в сердечнике шунтирующего магнита требуемый магнетизм без изменения полярности, и якорь g остается прижатым к полюсу шунтирующего магнита n. Таким образом, лампа выключается до тех пор, пока не будут отделены угли. Вырез может использоваться в этой форме без каких-либо дальнейших улучшений; но мистер Тесла устроил его так, что, если стержень опускается и угли соприкасаются, дуга зажигается снова. Для этой цели он пропорционально определяет сопротивление детали p и количество витков проволоки на основном магните, чтобы при соприкосновении углеродов через углероды и деталь x пропускалось достаточное количество тока, чтобы разрушить или нейтрализовать магнетизм составного магнита. Затем якорь g, имеющий небольшую тенденцию приближаться к зажимному полюсу m, выходит из контакта с освобождающим полюсом n. Как только это происходит, ток через деталь p прерывается, и весь ток проходит через деталь x. Теперь магнит M сильно намагничен, якорь g притянут, а стержень зажат. В то же время рычаг якоря L опускается из своего нормального положения, и начинается дуга. Таким образом, лампа автоматически отключается, когда дуга становится слишком длинной, и автоматически включается в цепь, если угли скапливаются вместе.

ГЛАВА XLI

_______________

УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ “ОДНОПОЛЯРНЫХ” ГЕНЕРАТОРОВ

Другой интересный класс устройств, на который обратил свое внимание мистер Тесла, - это “униполярные” генераторы, в которых между магнитными полюсами установлен диск или цилиндрический проводник, приспособленный для создания приблизительно однородного поля. В машинах с дисковым якорем токи, индуцируемые во вращающемся проводнике, текут от центра к периферии или наоборот, в соответствии с направлением вращения или силовыми линиями, определяемыми знаками магнитных полюсов, и эти токи обычно снимаются соединениями или щетками, приложенными к диску в точках на его периферии и вблизи его центра. В случае машины с цилиндрическим якорем токи, возникающие в цилиндре, снимаются щетками, приложенными к стенкам цилиндра на его концах.

Для экономичного развития электродвижущей силы, доступной для практических целей, необходимо либо вращать проводник с очень высокой скоростью, либо использовать диск большого диаметра или цилиндр большой длины; но в любом случае становится трудно обеспечить и поддерживать хорошее электрическое соединение между собирающими щетками и проводником из-за высокой окружной скорости.

Было предложено соединять два или более диска последовательно с целью получения более высокой электродвижущей силы; но с учетом ранее использовавшихся соединений и других условий скорости и размера диска, необходимых для обеспечения хороших практических результатов, эта трудность по-прежнему считается серьезным препятствием для использования генератора такого типа. Этих возражений г-н Тесла стремился избежать, сконструировав машину с двумя полями, каждое из которых имеет вращающийся проводник, установленный между его полюсами. Один и тот же принцип задействован в случае обеих вышеописанных форм машин, но приведенное сейчас описание ограничено типом диска, который мистер Тесла склонен использовать для этой машины. Диски выполнены с фланцами по типу шкивов и соединены между собой гибкими токопроводящими лентами.

Машина построена таким образом, что направление магнетизма или порядок расположения полюсов в одном силовом поле противоположны направлению в другом, так что вращение дисков в одном направлении создает ток в одном из них от центра к окружности, а в другом - от окружности к центру. Таким образом, контакты, приложенные к валам, на которых установлены диски, образуют выводы цепи, электродвижущая сила в которой равна сумме электродвижущих сил двух дисков.

Будет очевидно, что если направление магнетизма в обоих полях одинаковое, то тот же результат, что и выше, будет получен при вращении дисков в противоположных направлениях и пересечении соединительных ремней. Таким образом, устраняются трудности с обеспечением и поддержанием хорошего контакта с периферией дисков, и получается дешевая и долговечная машина, которая полезна для многих целей, например, для возбуждения генераторов переменного тока, электродвигателей и для любых других целей, для которых используются динамо-машины.

На рис. 290 показан вид этой машины сбоку, частично в разрезе. На рис. 291 показан такой же вертикальный участок под прямым углом к валам.


РИС. 290.


РИС. 291.

Чтобы сформировать каркас с двумя силовыми полями, отливают опору A с двумя опорными элементами Bb, составляющими с ней единое целое. К нему присоединены болты E и литье D с двумя аналогичными и соответствующими полюсными наконечниками C C. Полюсные наконечники Bb наматываются и соединяются для создания силового поля заданной полярности, а полюсные наконечники Cc наматываются так, чтобы создавать поле противоположной полярности. Приводные валы Fg проходят через опоры и закреплены в изолирующих подшипниках в отливке A D, как показано на рисунке.

Hk - это диски или генерирующие провода. Они состоят из меди, латуни или железа и закреплены шпонками на соответствующих валах. Они снабжены широкими периферийными фланцами J. Конечно, очевидно, что при желании диски могут быть изолированы от своих валов. Гибкий металлический ремень L проходит по фланцам двух дисков и, при желании, может использоваться для привода одного из дисков. Однако лучше использовать этот ремень просто как проводник, и для этой цели используется листовая сталь, медь или другой подходящий металл. Каждый вал снабжен ведущим шкивом M, с помощью которого передается мощность от ведущего вала.

N N - клеммы. Для наглядности показано, что они снабжены пружинами P, которые опираются на концы валов. Эта машина, если она является самовозбуждающейся, должна иметь медные полосы вокруг своих полюсов; или могут использоваться проводники любого типа, такие как провода, показанные на чертежах.

* * * * *

Составитель счел уместным добавить сюда некоторые заметки об униполярных динамо-машинах, недавно написанные мистером Теслой.

* * * * *

ЗАМЕТКИ Об ОДНОПОЛЯРНОМ ДИНАМО-МАШИНЕ*

Характерно, что фундаментальные открытия, великие достижения интеллекта сохраняют неослабевающую силу воздействия на воображение мыслителя. Достопамятный эксперимент Фарадея с диском, вращающимся между двумя полюсами магнита, принесший такие великолепные плоды, давно вошел в повседневный опыт; и все же в этом зародыше современных динамо-машин есть определенные черты, которые даже сегодня кажутся нам поразительными и заслуживают самого тщательного изучения.

Рассмотрим, например, случай, когда диск из железа или другого металла вращается между двумя противоположными полюсами магнита, а полярные поверхности полностью покрывают обе стороны диска, и предположим, что ток снимается или передается к нему контактами равномерно из всех точек периферии диска. Возьмем сначала случай с мотором. Во всех обычных двигателях работа зависит от некоторого смещения или изменения результирующей магнитного притяжения, оказываемого на якорь, причем этот процесс осуществляется либо каким-либо механическим устройством на двигателе, либо действием токов надлежащего характера. Мы можем объяснить работу такого двигателя точно так же, как мы можем объяснить работу водяного колеса. Но в приведенном выше примере диска, полностью окруженного полярными поверхностями, насколько нам известно, нет никакого смещения магнитного поля, вообще никаких изменений, и все же вращение происходит. Таким образом, здесь обычные соображения неприменимы; мы не можем даже дать поверхностное объяснение, как в случае с обычными двигателями, и принцип действия станет нам понятен только тогда, когда мы осознаем саму природу соответствующих сил и постигнем тайну невидимого соединительного механизма.

Диск, рассматриваемый как динамо-машина, является не менее интересным объектом изучения. В дополнение к своей особенности подачи тока одного направления без использования коммутирующих устройств, такая машина отличается от обычных динамо-машин тем, что между якорем и полем отсутствует реакция. Ток якоря имеет тенденцию создавать намагниченность под прямым углом к току возбуждения, но поскольку ток снимается равномерно со всех точек периферии, и поскольку, если быть точным, внешняя цепь также может быть расположена идеально симметрично магниту возбуждения, никакой реакции произойти не может. Это, однако, верно только до тех пор, пока магниты находятся под слабым напряжением, поскольку, когда магниты более или менее насыщены, обе намагниченности под прямым углом, по-видимому, мешают друг другу.

Только по вышеуказанной причине может показаться, что мощность такой машины при том же весе должна быть намного больше, чем у любой другой машины, в которой ток якоря имеет тенденцию размагничивать поле. Экстраординарный результат однополярного журнала Forbes и опыт писателя подтверждают эту точку зрения.

Опять же, поражает легкость, с которой такая машина может возбуждать сама себя, но это может быть связано — помимо отсутствия реакции якоря — с идеальной плавностью тока и отсутствием самоиндукции.

Если опоры не закрывают диск полностью с обеих сторон, то, конечно, если диск не разделен должным образом, машина будет очень неэффективной. Опять же, в этом случае есть моменты, заслуживающие внимания. Если вращать диск и прерывать подачу тока возбуждения, ток через якорь будет продолжать течь, и магниты возбуждения будут терять свою силу сравнительно медленно. Причина этого сразу же станет очевидной, если мы рассмотрим направление токов, установленных в диске.

Ссылаясь на диаграмму Рис. 292, d представляет диск со скользящими контактами Bb на валу и периферии. N и S представляют два полюса магнита. Если полюс N находится выше, как указано на схеме, при этом диск должен находиться в плоскости бумаги и вращаться в направлении стрелки D, ток, установленный в диске, будет течь от центра к периферии, как указано стрелкой A. Поскольку магнитное воздействие более или менее ограничено пространством между полюсами Ns, другие части диска могут считаться неактивными. Следовательно, установленный ток не будет полностью проходить через внешнюю цепь F, а замкнется через сам диск, и, как правило, если расположение каким-либо образом аналогично показанному, гораздо большая часть генерируемого тока не будет проявляться снаружи, поскольку цепь F практически замкнута короткозамкнутыми неактивными участками диска. Направление результирующих токов в последнем можно предположить таким, какое указано пунктирными линиями и стрелками m и n; а направление тока возбуждающего поля указано стрелками a b c d. изучение рисунка показывает, что одна из двух ветвей вихревого тока, то есть Ab Mb, будет стремиться к размагничиванию поля, в то время как другая ветвь, то есть Ab nb, будет иметь противоположный эффект. Следовательно, ветвь A B m B, то есть та, которая приближается к полю, будет отталкивать его силовые линии, в то время как ветвь A B n B, то есть выходящая из поля, будет собирать силовые линии на себя.


РИС. 292.

Вследствие этого будет наблюдаться постоянная тенденция к уменьшению текущего потока на пути A B m B, в то время как, с другой стороны, на пути A B n B такого противодействия существовать не будет, и эффект последнего ответвления или пути будет более или менее преобладать над эффектом первого. Совместное действие обоих предполагаемых токов ответвления может быть представлено действием одного-единственного тока того же направления, что и ток, питающий поле. Другими словами, вихревые токи, циркулирующие в диске, будут питать полевой магнит. Это результат, совершенно противоположный тому, что мы могли бы предположить вначале, поскольку мы, естественно, ожидали бы, что результирующий эффект токов якоря будет таким, что будет противодействовать току возбуждения, как это обычно происходит, когда первичный и вторичный проводники находятся в индуктивных отношениях друг к другу. Но следует помнить, что это является результатом особого расположения в данном случае, а именно, потоку предоставлены два пути, и последний выбирает тот путь, который оказывает наименьшее противодействие его течению. Из этого мы видим, что вихревые токи, протекающие в диске, частично возбуждают поле, и по этой причине, когда ток возбуждения прерывается, токи в диске будут продолжать течь, и полевой магнит будет терять свою силу сравнительно медленно и может даже сохранять определенную силу до тех пор, пока продолжается вращение диска.

Результат, конечно, будет в значительной степени зависеть от сопротивления и геометрических размеров пути прохождения результирующего вихревого тока и от скорости вращения; именно эти элементы определяют замедление этого тока и его положение относительно поля. При определенной скорости было бы максимальное возбуждающее действие; затем при более высоких скоростях оно постепенно упало бы до нуля и, наконец, обратилось бы вспять, то есть результирующий эффект вихревых токов заключался бы в ослаблении поля. Реакцию лучше всего продемонстрировать экспериментально, расположив поля Ns, Nss, свободно перемещающиеся по оси, концентрической валу диска. Если бы последний вращался, как и раньше, в направлении стрелки D, поле тянулось бы в том же направлении с крутящим моментом, который до определенного момента продолжал бы увеличиваться со скоростью вращения, затем уменьшался бы и, пройдя через ноль, наконец, стал бы отрицательным; то есть поле начало бы вращаться в направлении, противоположном диску. В экспериментах с двигателями переменного тока, в которых поле смещалось токами разной фазы, наблюдался этот интересный результат. При очень низких скоростях вращения поля крутящий момент двигателя составлял 900 фунтов. или больше, измеряется на шкиве диаметром 12 дюймов. Когда скорость вращения полюсов увеличивалась, крутящий момент уменьшался, в конце концов опускался до нуля, становился отрицательным, и тогда якорь начинал вращаться в направлении, противоположном полю.

Возвращаясь к основной теме; предположим, что условия таковы, что вихревые токи, генерируемые вращением диска, усиливают поле, и предположим, что последнее постепенно удаляется, в то время как диск продолжает вращаться с увеличенной скоростью. Ток, однажды пущенный, может быть достаточным для поддержания самого себя и даже увеличения силы, и тогда мы имеем дело с "аккумулятором тока” сэра Уильяма Томсона. Но из приведенных выше соображений может показаться, что для успеха эксперимента использование неразрезанного диска * было бы существенно, поскольку, если бы имело место радиальное разделение, вихревые токи не могли бы образовываться и самовозбуждающееся действие прекратилось бы. Если бы использовался такой радиально разделенный диск, то было бы необходимо соединить спицы проводящим ободом или любым другим надлежащим образом, чтобы сформировать симметричную систему замкнутых контуров.

Действие вихревых токов может быть использовано для возбуждения машины любой конструкции. Например, на рис. 293 и 294 показано устройство, с помощью которого может приводиться в действие машина с дисковым якорем. Здесь количество магнитов, Ns, Nss, расположено радиально с каждой стороны металлического диска D, несущего на своем ободе набор изолированных катушек Cc. Магниты образуют два отдельных поля, внутреннее и внешнее, при этом твердый диск вращается в поле, ближайшем к оси, а катушки - в поле, расположенном дальше от нее. Предположим, что магниты вначале были слегка под напряжением; они могли бы быть усилены действием вихревых токов в твердом диске, чтобы обеспечить более сильное поле для периферийных катушек. Хотя нет никаких сомнений в том, что при надлежащих условиях машина могла бы возбуждаться таким или подобным образом, при наличии достаточных экспериментальных данных, подтверждающих такое утверждение, такой способ возбуждения был бы расточительным.


РИС. 293.


РИС. 294.

Но униполярную динамо-машину или двигатель, такой как показано на рис. 292, можно эффективно возбудить простым надлежащим разделением диска или цилиндра, в котором устанавливаются токи, и практически можно отказаться от катушек возбуждения, которые обычно используются. Такой план проиллюстрирован на рис. 295. Предполагается, что диск или цилиндр D расположен с возможностью вращения между двумя полюсами N и S магнита, которые полностью охватывают его с обеих сторон, при этом контуры диска и полюсов представлены кругами d и d соответственно, верхний полюс опущен для наглядности. Предполагается, что сердечники магнита полые, через них проходит стержень С диска. Если немаркированный полюс находится ниже, а диск вращается винтовым способом, ток будет, как и раньше, проходить от центра к периферии и может быть снят подходящими скользящими контактами Bb на валу и периферии соответственно. При таком расположении ток, протекающий через диск и внешнюю цепь, не будет оказывать заметного влияния на полевой магнит.


РИС. 295.

Но давайте теперь предположим, что диск разделен по спирали, как показано полными или пунктирными линиями на рис. 295. Разница потенциалов между точкой на стержне и точкой на периферии останется неизменной как по знаку, так и по величине. Единственное отличие будет заключаться в том, что сопротивление диска будет увеличено и что при прохождении того же тока по внешней цепи будет наблюдаться большее падение потенциала от точки на валу к точке на периферии. Но поскольку ток вынужден следовать линиям разделения, мы видим, что он будет стремиться либо активизировать, либо обесточить поле, и это будет зависеть, при прочих равных условиях, от направления линий разделения. Если разделение будет таким, как указано полными линиями на рис. 295, очевидно, что если ток будет иметь то же направление, что и раньше, то есть от центра к периферии, его эффектом будет усиление магнитного поля; тогда как, если разделение будет таким, как указано пунктирными линиями, генерируемый ток будет иметь тенденцию ослаблять магнит. В первом случае машина будет способна сама возбуждаться при вращении диска в направлении стрелки D; во втором случае направление вращения должно быть обратным. Два таких диска могут быть объединены, однако, как указано, два диска вращаются в противоположных полях и в одном или противоположном направлении.

Аналогичное расположение, конечно, может быть выполнено в машине такого типа, в которой вместо диска вращается цилиндр. В таких униполярных машинах указанным способом обычные катушки возбуждения и полюса могут быть опущены, и машина может состоять только из цилиндра или двух дисков, охваченных металлической отливкой.

Вместо разделения диска или цилиндра по спирали, как показано на рис. 295, удобнее вставить один или несколько витков между диском и контактным кольцом на периферии, как показано на рис. 296.


РИС. 296.

Динамовец Forbes, например, может быть возбужден подобным образом. По опыту автора было обнаружено, что вместо того, чтобы снимать ток с двух таких дисков скользящими контактами, как обычно, с пользой можно использовать гибкую токопроводящую ленту. Диски в этом случае снабжены большими фланцами, обеспечивающими очень большую поверхность контакта. Ремень должен быть выполнен таким образом, чтобы он опирался на фланцы под действием пружинящего давления для восполнения растяжения. Два года назад автор сконструировал несколько машин с ленточным контактом, которые работали удовлетворительно, но из-за нехватки времени работы в этом направлении были временно приостановлены. Ряд функций, указанных выше, также использовались автором в связи с некоторыми типами двигателей переменного тока.

__________

* Статья мистера Теслы, опубликованная в журнале "Инженер-электрик", Нью-Йорк, 2 сентября 1891г.

* Мистер Тесла ссылается здесь на интересную статью, появившуюся в июле 1865 года в Phil. Журнал сэра У. Томсона, в котором сэр Уильям, говоря о своем “едином аккумуляторе электрического тока”, предполагает, что для самовозбуждения желательно разделить диск на бесконечное количество бесконечно тонких спиц, чтобы предотвратить диффузию тока. Мистер Тесла показывает, что диффузия абсолютно необходима для возбуждения и что когда диск разделен, возбуждения возникнуть не может.

Часть IV

Приложение:

Двигатели первой фазы и

механический двигатель Теслы

и Электрический генератор

ГЛАВА XLII

_______________

ПЕРСОНАЛЬНАЯ ВЫСТАВКА МИСТЕРА ТЕСЛЫ

НА ВСЕМИРНОЙ ВЫСТАВКЕ

В то время как экспонаты фирм, занимающихся производством электрических устройств любого типа, представленные на Всемирной выставке в Чикаго, предоставляли посетителю широкие возможности для получения превосходных знаний о состоянии техники, было также множество экспонатов, которые ярко демонстрировали работу отдельного изобретателя, которая лежит в основе многих, если не всех, промышленных или механических достижений. Заметным среди таких персональных экспонатов был экспонат мистера Теслы, аппарат которого занимал часть помещения компании Westinghouse в здании Electricity Building.

Это устройство представляло собой результаты работы и размышлений, охватывающих десятилетний период. Оно включало в себя большое количество различных двигателей переменного тока и более ранний высокочастотный аппарат мистера Теслы. Экспозиция двигателей состояла из множества полей и якорей для двух-, трех- и многофазных цепей и давала четкое представление о постепенной эволюции фундаментальной идеи вращающегося магнитного поля. Высокочастотная экспозиция включала более ранние машины мистера Теслы, катушки прерывистого разряда и высокочастотные трансформаторы, которые он использовал в своих исследованиях и некоторые из которых упоминаются в его статьях, напечатанных в этом томе.

На рис. 297 показан вид части экспонатов, содержащих двигательный аппарат. Среди них на А показано большое кольцо, предназначенное для демонстрации явлений вращающегося магнитного поля. Создаваемое поле было очень мощным и демонстрировало поразительные эффекты, вращая медные шары, яйца и тела различной формы на значительных расстояниях и с большой скоростью. Это кольцо было намотано для двухфазных цепей, и обмотка была распределена таким образом, что получалось практически равномерное поле. Это кольцо было подготовлено для выставки мистера Теслы мистером К. Ф. Скоттом, электриком Westinghouse Electric and Manufacturing Company.


РИС. 297.

Кольцо меньшего размера, показанное на рисунке В, было устроено аналогично тому, что показано на рисунке А, но разработано специально для демонстрации вращения якоря во вращающемся поле. В связи с этими двумя кольцами мистер Тесла показал интересный экспонат, который состоял из магнита с катушкой, причем магнит был устроен так, чтобы вращаться в подшипниках. С помощью этого магнита он впервые продемонстрировал идентичность вращающегося поля и вращающегося магнита; последний при вращении проявлял те же явления, что и кольца, когда они подпитывались токами разной фазы. Другим заметным экспонатом была модель, проиллюстрированная на странице С, которая представляет собой двухфазный двигатель, а также асинхронный двигатель и трансформатор. Он состоит из большого внешнего кольца из многослойного железа, намотанного на две наложенные друг на друга отдельные обмотки, которые могут быть соединены различными способами. Это одна из первых моделей, использованных мистером Теслой в качестве асинхронного двигателя и вращающегося трансформатора. Якорь представлял собой стальной или кованый диск с замкнутой катушкой. Когда двигатель работал от двухфазного генератора, обмотки, как обычно, были соединены в две группы. При использовании в качестве асинхронного двигателя ток, индуцируемый в одной из обмоток кольца, пропускался через другую обмотку кольца, и поэтому двигатель работал только с двумя проводами. При использовании в качестве трансформатора внешняя обмотка служила, например, вторичной, а внутренняя - первичной. Модель, показанная на рисунке D, представляет собой один из самых ранних вращающихся полевых двигателей, состоящий из тонкого железного кольца, намотанного двумя наборами катушек, и якоря, состоящего из ряда стальных дисков, частично срезанных и расположенных на небольшом стержне.

На рисунке E показан один из первых вращающихся полевых или асинхронных двигателей, используемых для регулирования дуговой лампы и для других целей. Он состоит из кольца дисков с двумя наборами катушек с разной самоиндукцией, одна из которых изготовлена из немецкого серебра, а другая - из медной проволоки. Якорь намотан двумя замкнутыми катушками под прямым углом друг к другу. К валу якоря прикреплены рычаги и другие устройства для осуществления регулирования. На рисунке F показана модель двигателя с магнитным запаздыванием; она представляет собой отливку с выступами полюсов, выступающими из двух катушек, между которыми расположен для вращения гладкий железный корпус. Когда переменный ток пропускается через две катушки, полюсные выступы поля и якорь внутри него намагничиваются аналогичным образом, и при прекращении или реверсировании тока якорь и поле отталкиваются друг от друга, и таким образом производится вращение. Другой интересный экспонат, показанный на G, представляет собой раннюю модель двигателя с двумя полями, питаемого токами разной фазы. Имеются два независимых поля из многослойного железа, соединенных латунными болтами; в каждом поле смонтирован якорь, оба якоря находятся на одном валу. Первоначально арматуры были расположены таким образом, чтобы их можно было размещать в любом положении относительно друг друга, и поля также были расположены так, чтобы их можно было соединять несколькими способами. Двигатель служил для демонстрации ряда функций; среди прочего, он использовался в качестве динамо-машины для выработки тока любой частоты в широких пределах. В этом случае поле, вместо того, чтобы подпитываться постоянным током, подпитывалось токами, отличающимися по фазе, что приводило к вращению поля; затем якорь вращался в том же направлении или в направлении, противоположном движению поля; и таким образом, было получено любое количество чередований токов, индуцируемых в якоре, от малого до большого числа, определяемого частотой возбуждающих катушек возбуждения и скоростью вращения якоря.

Модели H, I, J представляют собой различные синхронные двигатели с вращающимся полем, которые имеют особую ценность при передаче данных на большие расстояния. Принцип, воплощенный в этих двигателях, был изложен мистером Теслой в его лекции перед Американским институтом инженеров-электриков в мае 1888 года.* Он включает в себя создание вращающегося поля в одном из элементов двигателя с помощью токов, отличающихся по фазе, и подачу энергии на другой элемент с помощью постоянных токов. Якоря бывают двух- и трехфазного типа. K - модель двигателя, показанная в увеличенном виде на рис. 298. Эта машина, вместе с машиной, показанной на рис. 299, была представлена на той же лекции в мае 1888 года. Это были первые вращающиеся полевые двигатели, которые прошли независимые испытания и были переданы для этой цели в руки профессора. Энтони зимой 1887-88 годов. В результате этих испытаний было показано, что эффективность и мощность этих двигателей были вполне удовлетворительными во всех отношениях.


РИС. 298.


РИС. 299.

Предполагалось, что на нем будет представлена модель, показанная на рис. 299, но она была недоступна для этой цели из-за того, что некоторое время назад была передана на попечение проф. Дж. Айртон в Англии. Первоначально эта модель была снабжена двенадцатью независимыми катушками; это число, как указал мистер Тесла в своей первой лекции, кратное двум и трем, было выбрано для создания различных соединений для двух- и трехфазных операций, и во время экспериментов мистера Теслы оно использовалось многими способами с от двух до шести фазами. Модель, рис. 298, состоит из магнитной рамы из многослойного железа с четырьмя полярными выступами, между которыми на латунных болтах, проходящих через раму, закреплен якорь. В связи с этими двумя и другими областями было использовано большое разнообразие арматуры. Некоторые из арматур показаны спереди на таблице, рис. 297, а некоторые также показаны увеличенными на рис. 300-310. Интересным экспонатом является тот, что показан на рисунке L, рис. 297. Это арматура из закаленной стали, которая была использована в демонстрации перед обществом искусств в Бостоне, проф. Энтони. Еще один интересный экспонат отображается в увеличенном масштабе на фиг. 301. Он состоит из толстых дисков из кованого железа, расположенных вдоль, а вокруг них отлита масса меди. Диски были расположены продольно, чтобы обеспечить более легкий запуск из-за индуцированного тока, образующегося в железных дисках, который отличался по фазе от тока в медных. Этот якорь должен начинаться с одной цепи и работать синхронно, и представляет собой один из самых ранних типов такого якоря. Рис. 305 - еще один поразительный экспонат. Это один из самых ранних типов якоря с отверстиями под периферией, в которые вставлены медные проводники. Якорь имеет восемь замкнутых контуров и использовался многими различными способами. На рис. 304 показан тип синхронного якоря, состоящий из блока из мягкой стали, намотанного с замкнутой на себя катушкой. Эта арматура использовалась в связи с полем, показанным на рис. 298, и дала отличные результаты.


РИС. 300.    РИС. 301. РИС. 302.


РИС. 303. РИС. 304. РИС. 305.


РИС. 306. РИС. 307. РИС. 308.


РИС. 309. РИС. 310.

На рис. 302 изображен синхронный якорь с большой катушкой вокруг железного корпуса. Есть еще одна очень маленькая катушка, расположенная под прямым углом к первой. Эта небольшая катушка использовалась с целью увеличения пускового момента и была признана очень эффективной в этом отношении. На рис. 306 и 308 показана излюбленная конструкция якоря; железный корпус состоит из двух наборов отрезанных дисков, расположенных под прямым углом друг к другу, промежутки между которыми намотаны катушками. Диск, показанный на рис. 308, снабжен дополнительной канавкой на каждом из выступов, образованных дисками, с целью увеличения пускового момента за счет намотки проволоки в эти выступы. На рис. 307 показан якорь аналогичной конструкции, но с четырьмя независимыми катушками, намотанными на четыре выступа. Этот якорь использовался для снижения частоты вращения двигателя по сравнению с частотой вращения генератора. На рис. 300 показан еще один якорь с большим количеством независимых цепей, замкнутых сами на себя, так что все мертвые точки на якоре устранены, и якорь имеет большой пусковой момент. На рис. 303 показан другой тип якоря для четырехполюсного двигателя, но с катушками, намотанными на гладкую поверхность. Некоторые из этих якорей имеют полые валы, поскольку они использовались многими способами. На фиг. 309 и 310 показаны якоря, к которым с помощью скользящих колец подводился переменный или постоянный ток. Рис. 309 состоит из корпуса из мягкого железа с намотанной на него единственной катушкой, концы которой соединены с двумя скользящими кольцами, к которым, как правило, подводился постоянный ток. Якорь, показанный на рис. 310, имеет три изолированных кольца на валу и использовался для подключения к двух- или трехфазным цепям.

Все представленные модели представляют собой ранние работы, а увеличенные гравюры сделаны по фотографиям, сделанным в начале 1888 года. Существует множество других моделей, которые были выставлены, но которые не выделяются резко на гравюре, рис. 297. Например, на M представлена модель двигателя, содержащего якорь с полым валом, намотанным двумя или тремя катушками для двух- или трехфазных цепей; якорь был выполнен неподвижным, а генерирующие цепи были подключены непосредственно к генератору. Вокруг якоря с возможностью вращения на его валу расположена отливка, образующая шесть замкнутых контуров. Снаружи эта отливка была гладкой, и на нее был надет ремень для приведения в движение любого желаемого приспособления. Это тоже очень ранняя модель.

В левой части таблицы представлено большое разнообразие моделей N, O, P и т.д. С полями различной формы. Каждая из этих моделей включает в себя какую-то отдельную идею, и все они представляют собой постепенное развитие, в основном интересное тем, что демонстрируют усилия мистера Теслы по адаптации своей системы к существующим высоким частотам.

В правой части таблицы, в точках S, T, на отдельных подставках показаны более крупные и совершенные якоря коммерческих двигателей, а в пространстве вокруг стола были выставлены различные двигатели и генераторы, питающие их токами.

Высокочастотная экспозиция включала в себя первый оригинальный аппарат мистера Теслы, использовавшийся в его исследованиях. Там была выставлена стеклянная трубка с одним слоем покрытой шелком проволоки, намотанной сверху, и медной лентой внутри. Это была первая катушка подрывного разряда, сконструированная им. На U показана катушка прерывистого разряда, продемонстрированная им на лекции в Американском институте инженеров-электриков в мае 1891 г. * На V и W показаны некоторые из первых высокочастотных трансформаторов. Был выставлен ряд различных полей и арматур небольших моделей высокочастотных устройств, как показано на рисунках X и Y, а также другие, не видимые на рисунке. В прилагаемом помещении была выставлена динамо-машина, которой тогда пользовался мистер Тесла в Колумбийском колледже; также использовалась другая форма высокочастотной динамо-машины.

В этом пространстве также была установлена батарея лейденских банок и его большая катушка разрушающего разряда, которая использовалась для демонстрации световых явлений в соседней темной комнате. Катушка работала лишь на малой доле своей мощности, поскольку необходимых конденсаторов и трансформаторов не было, а пребывание мистера Теслы было ограничено одной неделей; несмотря на это, явления носили поразительный характер. В комнате были расставлены две большие тарелки, расположенные на расстоянии около восемнадцати футов друг от друга. Между ними были расставлены два длинных стола со всевозможными фосфоресцирующими лампами и пробирками; многие из них были приготовлены с особой тщательностью и разборчиво помечены названиями, которые должны были светиться фосфоресцирующим светом. Среди них были некоторые с именами Гельмгольца, Фарадея, Максвелла, Генри, Франклина и т.д. Мистер Тесла также не забыл величайшего из ныне живущих поэтов своей страны, Змая Йована; два или три были снабжены надписями, такими как “Добро пожаловать, электрики”, и произвели прекрасный эффект. Каждый из них представлял определенный этап этой работы и обозначал какой-то важный индивидуальный эксперимент. За пределами комнаты находилась небольшая батарейка, изображенная на рис. 311, для демонстрации некоторых импедансов и других интересных явлений. Так, например, толстый медный стержень, изогнутый дугой, был снабжен зажимами для крепления ламп, и на стержне поддерживалось горение нескольких ламп; на таблице также был показан небольшой мотор, приводимый в действие разрывным разрядом.


РИС. 311.

Как помнят те, кто посетил Выставку, компания Westinghouse представила прекрасную выставку различных коммерческих двигателей системы Tesla, в то время как двенадцать генераторов в Машинном зале были двухфазного типа, сконструированных для распределения света и мощности. Мистер Тесла также продемонстрировал несколько моделей своих генераторов.

___________

* См. Часть I, глава III, стр. 247.

* См. Часть II, глава XXVI, стр. 393.

ГЛАВА XLIII

_______________

МЕХАНИЧЕСКИЙ И

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ГЕНЕРАТОРЫ

Вечером в пятницу, 25 августа 1893 года, мистер Тесла прочитал лекцию о своих механических и электрических генераторах перед членами Электротехнического конгресса в зале, примыкающем к Сельскохозяйственному зданию, на Всемирной выставке в Чикаго. Помимо оборудования в комнате, он использовал воздушный компрессор, приводимый в действие электродвигателем.

Мистер Тесла был представлен доктором Элишей Греем и начал с заявления о том, что проблема, которую он намеревался решить, заключалась в том, чтобы, во-первых, сконструировать механизм, который производил бы колебания с совершенно постоянным периодом, независимо от давления подаваемого пара или воздуха, в самых широких пределах, а также независимо от потерь на трение и нагрузки. Во-вторых, производить электрические токи совершенно постоянного периода независимо от условий работы, и производить эти токи с помощью механизма, который должен быть надежным и положительным в своем действии, не прибегая к искровым промежуткам и разрывам. Этого он успешно добился в своем аппарате, и теперь с помощью этого аппарата ученые будут обеспечены всем необходимым для проведения исследований с переменными токами с большой точностью. Эти два изобретения мистер Тесла назвал, вполне уместно, механическим и электрическим генератором колебаний соответственно.

Первый, по существу, сконструирован следующим образом. В цилиндре имеется поршень, который автоматически совершает возвратно-поступательное движение за счет правильного расположения деталей, подобно инструменту возвратно-поступательного движения. Мистер Тесла указал, что он проделал большую работу по совершенствованию своего аппарата, чтобы он мог эффективно работать при такой высокой частоте возвратно-поступательных движений, как он предполагал, но он не стал заострять внимание на многих возникших трудностях. Однако он продемонстрировал куски стальной опоры, которые на самом деле были разорваны во время вибрации на миниатюрной воздушной подушке.

С упомянутым выше поршнем в одной из его моделей в отдельной камере связана пневматическая пружина, или приборная панель, или же он получает пружину внутри камер самого генератора. Чтобы оценить красоту этого, необходимо только сказать, что при таком расположении, как он показал, независимо от жесткости пружины и веса движущихся частей, другими словами, независимо от периода колебаний, колебания пружины всегда изохронны приложенному давлению. Благодаря этому результаты, полученные с помощью этих вибраций, поистине замечательны. мистер Тесла создал пневматическую пружину огромной жесткости, и он получил возможность вибрировать большими грузами с огромной скоростью, учитывая инерцию, из-за отдачи пружины. Так, например, в одном из этих экспериментов он вибрирует груз весом примерно в 20 фунтов со скоростью около 80 ударов в секунду и с ходом примерно 7/8 дюйма, но за счет сокращения хода груз мог вибрировать много сотен раз, что и было сделано в других экспериментах.

Для запуска вибрации наносится мощный удар, но регулировка может быть произведена таким образом, что для запуска потребуется всего лишь минутное усилие, и даже без каких-либо специальных мер она начнется от простого внезапного увеличения давления. Поскольку вибрация, конечно, изохронна, любое изменение давления приводит лишь к сокращению или удлинению хода. Мистер Тесла показал ряд очень четких рисунков, иллюстрирующих конструкцию аппарата, на которых была отчетливо видна его работа. Предусмотрены специальные положения для выравнивания давления внутри приборной панели и внешней атмосферы. Для этой цели внутренние камеры приборного щитка расположены таким образом, чтобы сообщаться с внешней атмосферой, так что независимо от того, как может изменяться температура окружающего воздуха, он все равно сохраняет ту же среднюю плотность, что и внешняя атмосфера, и за счет этого получается пружина постоянной жесткости. Теперь, конечно, давление атмосферы может изменяться, и это изменило бы жесткость пружины и, следовательно, период вибрации, и эта особенность составляет одну из величайших красот устройства; ибо, как указал мистер Тесла, эта механическая система действует в точности как струна, туго натянутая между двумя точками и с неподвижными узлами, так что незначительные изменения натяжения ни в малейшей степени не изменяют период колебаний.

Области применения такого устройства, конечно, многочисленны и очевидны. Первый, конечно, заключается в производстве электрического тока, и с помощью ряда моделей и аппаратов на лекционной площадке мистер Тесла показал, как это можно осуществить на практике, объединив электрический генератор со своим генератором. Он указал, какие условия должны соблюдаться для того, чтобы период вибрации электрической системы не нарушал механические колебания таким образом, чтобы изменять периодичность, а просто укорачивал ход. Он сочетает конденсатор с самоиндукцией и придает электрической системе тот же период колебаний, что и у самой машины, так что оба они затем совпадают, и получается электрический и механический резонанс, который поддерживается абсолютно неизменным.

Затем он показал модель двигателя с тонким приводом, который приводился в движение этими токами с постоянной скоростью, независимо от приложенного давления воздуха, так что этот двигатель можно было использовать как часы. Он также показал часы, сконструированные таким образом, что их можно было прикрепить к одному из генераторов и они показывали абсолютно точное время. Другой любопытной особенностью, на которую указал мистер Тесла, было то, что вместо управления движением возвратно-поступательного поршня с помощью пружины, чтобы получить изохронную вибрацию, он фактически смог управлять механическим движением с помощью естественной вибрации электромагнитной системы, и он сказал, что случай был очень простым и был полностью аналогичен случаю с маятником. Таким образом, предположим, что у нас есть маятник предпочтительно большого веса, который поддерживался бы в состоянии вибрации силой, периодически прилагаемой; теперь эта сила, независимо от того, как она могла бы изменяться, хотя и приводила бы маятник в колебательное движение, не имела бы никакого влияния на его период.

Мистер Тесла также описал очень интересное явление, которое он проиллюстрировал экспериментом. С помощью этого нового устройства он способен генерировать переменный ток, при котором Э.М.Ф. импульсов в одном направлении преобладает над Э.М.Ф. импульсов в другом, так что создается эффект постоянного тока. Фактически он выразил надежду, что эти токи можно будет применять во многих случаях, выступая в качестве постоянных токов. Принцип, связанный с этим преобладающим Э.М. Ф., он объясняет следующим образом: предположим, проводник помещен в магнитное поле, а затем внезапно извлечен. Если ток не замедляется, то выполняемая работа будет лишь незначительной; но если ток замедляется, то магнитное поле действует как пружина. Представьте, что движение проводника прекращается генерируемым током, и что в тот момент, когда он перестает двигаться в поле, в проводнике все еще протекает максимальный ток; тогда этот ток, согласно закону Ленца, снова выведет проводник из поля, и если проводник не будет оказывать сопротивления, то он покинет поле с той же скоростью, с какой вошел в него. Теперь ясно, что если вместо того, чтобы просто зависеть от тока, выводящего проводник из поля, механически приложенная сила рассчитана по времени так, что она помогает проводнику выйти из поля, то он может покинуть поле с большей скоростью, чем вошел в него, и, таким образом, один импульс будет преобладать в электромагнитном поле над другим.

С помощью тока такой природы мистер Тесла подал сильное напряжение на магниты и провел множество интересных экспериментов, подтверждающих тот факт, что преобладает один из импульсов тока. Среди них была одна, в которой он прикрепил к своему генератору кольцевой магнит с небольшим воздушным зазором между полюсами. Этот магнит совершал колебания вверх и вниз 80 раз в секунду. Медный диск, вставленный в воздушный зазор кольцевого магнита, приводился в быстрое вращение. Мистер Тесла отметил, что этот эксперимент также, по-видимому, продемонстрировал, что линии протекания тока через металлическую массу нарушаются присутствием магнита совершенно независимо от так называемого эффекта Холла. Он также показал очень интересный метод соединения с колеблющимся магнитом. Это было достигнуто путем прикрепления к магниту небольших изолированных стальных стержней и подсоединения к этим стержням концов катушки питания. Когда магнит вибрировал, в стальных стержнях образовывались неподвижные узлы, и в этих точках были прикреплены выводы источника постоянного тока. Г-н Тесла также указал, что одним из способов использования токов, подобных тем, которые вырабатываются в его аппарате, было бы выбрать любое данное устройство из ряда подключенных к одной и той же цепи, определяя вибрацию резонансом. Действительно, нет никаких сомнений в том, что благодаря устройствам мистера Теслы гармоническая и синхронная телеграфия получит новый импульс и перед ней снова откроются огромные возможности.

Мистер Тесла был в восторге от своих последних достижений и сказал, что надеется, что в руках практиков, а также ученых описанные им устройства дадут важные результаты. Он особо подчеркнул возможности, которые теперь предоставляются для исследования влияния механической вибрации во всех направлениях, а также показал, что он наблюдал ряд фактов, связанных с железными сердечниками.

На гравюре, рис. 312, в перспективе показана одна из форм аппарата, использовавшегося мистером Теслой в его ранних исследованиях в этой области, а его внутренняя конструкция становится понятной при виде в разрезе, показанном на рис. 313. Следует отметить, что поршень P установлен в полости цилиндра C, который снабжен каналами Oo и I, проходящими по всей внутренней поверхности. В данном конкретном устройстве имеются два канала Oo для выпуска рабочей жидкости и один, I, для впуска. Поршень P снабжен двумя пазами Ss на тщательно определенном расстоянии один от другого. Трубки T T, которые ввинчиваются в отверстия, просверленные в поршне, устанавливают сообщение между пазами S S и камерами с каждой стороны поршня, причем каждая из этих камер соединяется с удаленным от нее пазом. Поршень P плотно навинчен на вал A, который проходит через фитинговые коробки на торце цилиндра C. Втулки выступают на тщательно определенное расстояние в полость цилиндра С, определяя таким образом длину хода.


РИС. 312.


РИС. 313.

Все это окружено оболочкой J. Эта оболочка действует главным образом для уменьшения звука, производимого генератором, и в качестве оболочки, когда генератор приводится в движение паром, и в этом случае используется несколько иное расположение магнитов. Проиллюстрированный здесь аппарат предназначался для демонстрационных целей, поскольку для этой цели наиболее удобно использовать воздух.

Магнитная рамка Mm закреплена таким образом, чтобы плотно окружать генератор, и снабжена катушками питания, которые создают два сильных магнитных поля с противоположных сторон. Магнитная рама изготовлена из тонкого листового железа. В создаваемом таким образом интенсивно концентрированном поле расположены две пары катушек Hh, закрепленных в металлических рамах, которые навинчены на вал A поршня и имеют дополнительные подшипники в коробках Bb с каждой стороны. Все это смонтировано на металлическом основании, опирающемся на два деревянных бруска.

Принцип действия устройства следующий: рабочая жидкость поступает через впускную трубу в прорезь I, и предполагается, что поршень находится в указанном положении, достаточно, хотя и не обязательно, слегка постучать по одному из концов вала, выступающих из коробок B. Предположим, что передаваемое движение таково, что поршень перемещается влево (если смотреть на диаграмму), затем воздух устремляется через прорезь S и трубку T в камеру слева. Давление теперь приводит поршень в движение вправо, и из-за его инерции он выходит за пределы положения равновесия и позволяет воздуху проходить через щель S и трубку T в камеру справа, в то время как сообщение с левой камерой прекращается, воздух из последней камеры выходит через выпускное отверстие O слева. При обратном ходе аналогичная операция выполняется с правой стороны. Это колебание поддерживается непрерывно, и устройство совершает колебания от едва заметного сотрясения, составляющего не более ¼ дюйма, до колебаний чуть более ⅜ дюйма, в зависимости от давления воздуха и нагрузки. Действительно, интересно наблюдать, как лампа накаливания продолжает гореть, при этом прибор демонстрирует едва заметную дрожь. Усовершенствовать механическую часть устройства так, чтобы колебания поддерживались экономично, было одним делом, и мистер Тесла намекнул в своей лекции на большие трудности, с которыми он впервые столкнулся при выполнении этого. Но создавать колебания с постоянным периодом было другой задачей немалых масштабов. Как уже указывалось, мистер Тесла добивается постоянства периода тремя различными способами. Таким образом, он обеспечивает правильно рассчитанные полости, как в проиллюстрированном случае, в самом генераторе; или он связывает с генератором воздушную пружину постоянной упругости. Но самым интересным из всех, пожалуй, является поддержание постоянства колебаний за счет реакции электромагнитной части комбинации. Мистер Тесла, по своему предпочтению, наматывает свои катушки на высокое напряжение и присоединяет к ним конденсатор, благодаря чему естественный период работы комбинации достаточно приближается к среднему периоду колебаний поршня без каких-либо особых мер по обеспечению постоянства периода при переменном давлении и нагрузке. Поскольку поршень с катушками совершенно свободен в перемещении, он чрезвычайно подвержен влиянию естественной вибрации, возникающей в контурах катушек H H. Механическая эффективность устройства очень высока благодаря тому, что трение сведено к минимуму, а перемещаемые грузы невелики; следовательно, мощность генератора очень большая. С теоретической точки зрения, когда изучаются различные преимущества, которыми обладает мистер Тесла, удивительно, учитывая простоту устройства, что раньше в этом направлении ничего не делалось. Несомненно, многие изобретатели в то или иное время лелеяли идею генерирования тока путем присоединения катушки или магнитного сердечника к поршню паровой машины, или генерирования тока посредством колебаний камертона или подобных устройств, но недостатки таких устройств с инженерной точки зрения должны быть очевидны. Мистер Тесла, однако, во вступительных замечаниях к своей лекции указал, как ряд выводов побудил его заняться этим новым направлением работы из-за необходимости генерировать ток постоянного периода и в результате его попыток поддерживать электрические колебания наиболее простым и экономичным способом.