Никола Тесла - НИКОЛА ТЕСЛА. ЛЕКЦИИ. СТАТЬИ.
В экспериментальной катушке размер проводов не очень важен. В катушке, которую я сегодня демонстрирую перед Вами, в первичной обмотке используется № 12, а во вторичной — № 24 мерный провод Браун и Шарп. Но сечения могут различаться довольно значительно. Я бы сказал и о различных настройках и корректировках, но они вряд ли существенно повлияют на результаты, которые мы намерены получить.
Я остановился столь подробно на различных формах кистевого разряда потому, что при их изучении мы не только наблюдаем явления, которые радуют глаз, но они еще дают нам пищу для размышлений и приводят к умозаключениям, имеющим практическое значение. При использовании переменного тока очень высокого напряжения для предотвращения появления кистевого электрического разряда не может предприниматься очень много мер предосторожности. В сети, подающей такой ток, в индукционной катушке, трансформаторе или конденсаторе кистевой разряд является источником большой опасности для изоляции. В особенности в конденсаторе, газообразное вещество должно удаляться наиболее тщательно, поскольку заряженные поверхности расположены очень близко друг к другу, и если разность потенциалов высока, то даже единственный пузырек воздуха некоторого размера вызовет нарушение изоляции так же верно, как груз упадет, если его отпустить. Тогда как если все газообразное вещество тщательно удалено, конденсатор сможет легко выдержать гораздо большую разность потенциала. Сеть, подающая переменный ток очень высокого напряжения может быть повреждена просто в результате раковины или маленькой трещины в изоляции, и более того, раковина как правило содержит в себе газа под низким давлением. И так как представляется практически невозможным избежать подобных мелких дефектов полностью, я прихожу к мысли, что в наших будущих сетях распределения электрической энергии посредством токов очень высокого напряжения будет применяться жидкостная изоляция. Наиболее важным сдерживающим фактором в этом вопросе выступает стоимость, однако, если мы используем масло в качестве изолятора, то мы сможем передавать электрическую энергию с напряжением например 100,000 вольт, и даже выше, настолько легко, по меньшей мере при более высоких частотах, что вряд ли кто-нибудь назовет это инженерным подвигом. При использовании масляной изоляции и моторах переменного тока передача электроэнергии может осуществляться надежно и на промышленном уровне на расстояния, измеряемые тысячами миль.
Характерной особенностью масел, и жидкостной изоляции в целом, при быстро изменяющемся электрических напряжениях является способность рассеивать любые газовые пузырьки которые могут присутствовать и диффундировать их по всей своей массе, как правило задолго до того, как может возникнуть вредоносный пробой. Эту особенность можно легко наблюдать, если взять обычную индукционную катушку, вынуть наружу первичную обмотку, закупорить конец трубки, на которую намотана вторичная обмотка, и заполнить ее каким- нибудь достаточно прозрачным изолятором, например, парафиновым маслом. Первичную обмотку, которая в диаметре миллиметров на шесть меньше внутреннего диаметра трубки, можно вставить в масло. Когда катушка включена, то если смотреть сверху через масло, можно увидеть множество светящихся точек — воздушных пузырьков, которые пойманы в результате вставления первичной обмотки, и которые светятся под воздействием мощной бомбардировки.
Пойманный воздух, противодействуя маслу, бьет его; масло начинает циркулировать, унося с собой часть воздуха, и так до тех пор, пока пузырьки не рассеются по маслу и свечение не пропадет. Таким же образом, если конечно не останутся большие пузырьки воздуха, делающие циркуляцию невозможной, предотвращается разрушающий пробой, с единственным эффектом — незначительным нагреванием масла. Если вместо жидкого использовать твердый изолятор, неважно даже какой толщины, то пробой его и повреждение устройства будут неизбежны.
Однако исключение газообразного вещества из любого устройства, в котором диэлектрик подвергается воздействию со стороны более или менее часто изменяющихся электрических сил, желательно не только ввиду предотвращения возможных повреждений этого устройства, но и из соображений экономии. Если, например, в конденсаторе используются только твердые или только жидкие изоляторы, то потери энергии малы. Но если присутствует газ при обычном или малом давлении, то потери могут быть стать очень значительными. Какова бы ни была природа сил, действующих в диэлектрике, представляется, что в твердых и жидких диэлектриках вызванное этими силами движение молекул очень мало.
Следовательно, произведение силы на смещение незначительно, если только сила не очень велика, что сделает это произведение большим. Молекулы могут двигаться свободно, они достигают высоких скоростей, и энергия их ударов есть потери на тепло либо на что-то другое. Если бы газ был сильно сжат, то перемещение частиц из-за плотности становится меньше, и потери энергии снижаются.
В большинстве последующих экспериментов, главным образом для обеспечения бесперебойной и нормальной работы, я предпочел задействовать генератор переменного тока, о котором уже говорилось ранее. Это одна из тех нескольких машин, которые я сконструировал для целей этих исследований. Она имеет 384 полярных выступа и способна давать ток с частотой около 10,000 в секунду. Эта машина была впервые проиллюстрирована и вкратце описана в тексте моего выступления перед аудиторией Американского Электротехнического Института 20 мая 1891 года, на который я уже ссылался. Более детальное описание, по которому любой инженер сможет изготовить подобную машину, можно найти в нескольких электрических журналах за тот период.
Индукционные катушки, которые работают от этой машины, достаточно малы и содержат от 5,000 до 15,000 витков во вторичной обмотке. Они помещены в покрытые цинковыми листами деревянные ящики, внутрь которых залито прокипяченное льняное масло.
Если изменить традиционное расположение обмоток, то есть разместить в этих катушках первичную обмотку поверх вторичной, то такое расположение предоставляет ряд преимуществ: можно использовать первичную обмотку значительно большего размера, что снижает опасность перегрева и увеличивает выход катушки. Я сделал первичную обмотку с каждой стороны по меньшей мере на один сантиметр короче вторичной для того, чтобы избежать пробоя на концах, который неизбежно возник бы, если только слой изоляции, нанесенный поверх вторичной обмотки, не был бы очень толстый, а это было бы, конечно, недостатком.
Когда первичная обмотка делается подвижной, что в некоторых экспериментах бывает необходимым и гораздо удобнее с точки зрения регулировки, я покрываю вторичную обмотку воском и обтачиваю ее на токарном станке так, чтобы ее диаметр стал чуть-чуть меньше внутреннего диаметра первичной обмотки. Первичную обмотку я снабжаю рукояткой, которая выступает над поверхностью масляного слоя и служит для перемещения ее вдоль вторичной обмотки в любое положение.
А сейчас, касательно общих манипуляций с катушкой, некоторые наблюдения с позиций, которым в более ранних экспериментах с такими катушками не придавалось должного значения, и которые даже теперь часто остаются незамеченными.
Обычно вторичная обмотка катушки демонстрирует столь высокую самоиндукцию, что текущий по проводу ток ничтожно мал, и может быть таковым даже когда выводы соединены проводником с малым сопротивлением. Если к выводам добавить емкость, то самоиндукция нейтрализуется, и по вторичной обмотке начинает течь более сильный ток, несмотря на то, что выводы изолированы друг от друга. Для человека, совершенно незнакомого со свойствами переменных токов, ничто не будет выглядеть более загадочным. Эта особенность была продемонстрирована в проведенном в начале эксперименте с пластинами из проволочной сетки, подключенными к выводам, и пластиной из резины. Когда пластины из проволочной сетки были близко друг к другу, и между ними проходила небольшая дуга, эта дуга препятствовала прохождению сильного тока через вторичную обмотку, потому что она сводила на нет емкость на выводах. Когда между [пластинами] помещалась резиновая пластина, емкость образовавшегося конденсатора противодействовала самоиндукции вторичной обмотки, теперь тек более сильный том, и катушка совершала больше работы, и разряд был несравненно мощнее.
Так что первое, что нужно сделать при работе с индукционной катушкой, это сочетать со вторичной обмоткой емкость, чтобы преодолеть самоиндукцию. При очень высоких частотах и потенциалах следует тщательно удалить газообразное вещество от заряженных поверхностей. Если используются Лейденские банки, их следует погрузить в масло, так как в противном случае может возникнуть значительная диссипация при большом напряжении на банках. При использовании высоких частот столь же важно соединить конденсатор с первичной обмоткой. Можно подключить конденсатор к концам первичной обмотки или к клеммам генератора переменного тока, но последнее делать не рекомендуется, поскольку это может повредить генератор. Несомненно, лучше всего лучше всего использовать конденсатор последовательно с первичной обмоткой и с генератором переменного тока, и отрегулировать его емкость таким образом, чтобы свести самоиндукцию обоих последних на нет. Конденсатор должен иметь очень маленькие шаги настройки, а для очень тонкой настройки удобно использовать маленький масляный конденсатор с подвижными пластинными.
