С тех пор как я выдвинул идею преобразования при помощи разряда в своей прошлой лекции перед Американским институтом электроинженеров в начале прошлого года, интерес к ней не ослабевает. Она явилась для нас средством получения любых потенциалов с помощью недорогой катушки, которая работает от любого источника, и — что, возможно, еще более ценно — она позволяет нам преобразовывать токи любой частоты и получать снова любую частоту. Но главное ее достоинство, скорее всего, заключается в том, что она позволит нам изучать явление фосфоресценции, которое катушка с разрядником способна вызывать даже в тех случаях, когда обычные катушки, даже самые большие, с этой задачей не справляются.
Принимая во внимание ее возможное применение для многих практических целей, а также использование такой катушки в лабораторных исследованиях, несколько дополнительных замечаний по поводу ее конструкции, я полагаю, не будут излишними.
Естественно, необходимо в таких катушках использовать хорошо изолированные провода.
Хорошую катушку можно создать, применяя провода, изолированные несколькими слоями хлопка, и выварив ее в течение длительного времени в чистом воске, а затем остудив при небольшом давлении. Преимущество такой катушки в том, что с ней нетрудно работать, но она не даст нам такого результата, какой можно получить от катушки, погруженной в масло. Кроме того, присутствие большого количества воска, кажется, не оказывает положительного влияния на катушку, в то время как с масляным прибором всё обстоит совсем иначе. Возможно, это происходит потому, что диэлектрические потери в жидкости не так велики.
Поначалу я пытался пользоваться проводами с шелковой и хлопковой изоляцией, но постепенно пришел к тому, что надо применять изоляцию из гуттаперчи, которая более всего отвечает целям опыта. Гуттаперчевая изоляция, конечно, увеличивает емкость катушки, в особенности если катушка большая, и это усложняет получение высокой частоты; но с другой стороны, гуттаперча выдержит большую нагрузку, чем такой же слой масла, и этого результата следует добиваться любой ценой. Катушку из масла нельзя извлекать более чем на несколько часов, иначе гуттаперча потрескается и катушка уже не будет и вполовину такой хорошей. Гуттаперча, видимо, испытывает на себе воздействие масла, но по прошествии восьми-де-вяти месяцев я не обнаружил никаких повреждений.
В продаже я обнаружил два типа проводов в гуттаперче: у одного типа изоляция плотно приклеена к металлу, у другого нет. Если только определенным способом не устранить воздух из-под оплетки, то первый тип безопаснее. Я наматываю катушку в масляном баке так, чтобы все пустоты заполнялись маслом. Между слоями я применяю материю, тщательно вываренную в масле, ее толщина зависит от разности потенциалов между витками. Кажется, что нет серьезной разницы в том, какое масло применять: я пользуюсь парафиновым и льняным маслом.
Для того чтобы полностью удалить воздух, очень практичный способ при работе с небольшими катушками следующий: изготовьте деревянный ящик с толстыми стенками из дерева, долгое время вываренное в масле. Доски должны быть пригнаны так, чтобы могли долгое время выдерживать внешнее давление воздуха. Когда катушку вы поместите внутрь и установите, ящик следует плотно закрыть крепкой крышкой, а крышку укрепить металлическими пластинами и запаять их. В крышке высверливаются два сквозных отверстия, в которые вставляются стеклянные трубочки, а сочленения герметизируются. Одна из трубок соединяется с вакуумным насосом, а другая — с сосудом, содержащим достаточное количество олифы. Последняя трубка имеет в основании очень маленькое отверстие и снабжена запорным краном. Когда достигается приличный уровень вакуумирования, кран открывается и масло медленно поступает внутрь. Таким образом удается избежать больших пузырей, которые являются основной угрозой, между витками. Воздух выгоняется полностью, даже лучше, чем при кипячении, что для гуттаперчи не подходит.
Для первичной обмотки я беру обычный линейный провод с толстой хлопковой оплеткой. Жилы очень тонкого витого провода, правильно скрученные, конечно, наилучшим образом бы подошли, но их не достать.
В опытной катушке размер провода не имеет большого значения. В нашей катушке первичная обмотка из калиброванного провода № 12, а вторичная — из № 24 компании Браун и Шарп; но отдельные участки можно существенно изменять. Я бы только произвел некоторые подстройки; результат, которого мы хотим добиться, от этого не пострадает.
Я потратил какое-то время на описание кистевого разряда, потому что изучая его, мы не только услаждаем наш взор, но и получаем пищу для ума и приходим к некоторым практическим выводам. При использовании переменного тока высокого напряжения для предотвращения кистевого разряда не бывает излишней предосторожности. В основной токоведущей шине, в катушке ли, трансформаторе или конденсаторе, кистевой разряд — это главная угроза изоляции. В конденсаторе все газы должны быть тщательно удалены, ибо в нем заряженные поверхности находятся в непосредственной близости, и при высоком напряжении, — так же верно, как предмет упадет, если его отпустить, — так и изоляция будет пробита, если найдется хоть один пузырь газа, при полном же отсутствии газа конденсатор выдержит гораздо большее напряжение. Основной провод высокого напряжения может быть поврежден благодаря трещине или пустоте, тем более что в пустоте может содержаться разреженный газ; и поскольку почти невозможно избежать таких небольших недостатков, мне представляется, что в будущем доставка электроэнергии при помощи тока высокого напряжения будет происходить в жидкой изоляции. Стоимость — большой недостаток, но если мы применим масло для изоляции при передаче энергии с помощью тока напряжением, скажем, 100 000 вольт или более, то этот процесс станет настолько легким, что его трудно будет назвать достижением инженерной мысли. С масляной изоляцией и моторами переменного тока передача энергии будет безопасной и встанет на промышленную основу для расстояний не менее тысячи миль.
Особенностью масла и жидкой изоляции вообще является то, что при электрическом воздействии они выделяют пузырьки газа, который может в них присутствовать и растворяют его в своей массе задолго до того, как он может причинить какой-либо вред. Эту особенность можно наблюдать в обычной катушке, вынув первичную обмотку и закупорив один конец трубки и заполнив ее прозрачным жидким изолятором, например, парафиновым маслом. Первичная обмотка на несколько мм меньше, чем внутренний диаметр трубки, может быть помещена в масло. Когда катушка включается, то сверху сквозь масло можно увидеть множество светящихся точек — пузырьки воздуха, которые оказались там при помещении туда первичной обмотки и которые светятся вследствие интенсивной бомбардировки. Закупоренный воздух соударяется с маслом, оно начинает циркулировать, увлекая за собой часть воздуха до тех пор, пока пузырьки не растворятся, тогда светящиеся точки исчезают. Таким способом, если только не оказывается закупоренных больших воздушных пузырьков и становится невозможной циркуляция, удается избежать риска поломки, при этом лишь немного нагревается масло. Если же вместо жидкости применить твердую изоляцию, неважно, какой толщины, стал бы неизбежным пробой и поломка аппарата.
Полное удаление газов из устройства, в котором диэлектрик подвергается более или менее интенсивному воздействию меняющихся электрических полей, однако, не только желательно, но и целесообразно с точки зрения экономики. Например, в конденсаторе, если применять только твердый или только жидкий диэлектрик, потери будут малы; но если внутри останется газ под нормальным или низким давлением, то потери будут велики. Какова бы ни была природа сил, действующих в диэлектрике, видимо, в жидкости или твердой среде молекулярное смещение невелико, поскольку результат работы этой силы и процесса смещения незначителен — если только сила невелика; но в газах смещение и его результат огромны — молекулы движутся свободно, достигая высоких скоростей, и энергия их удара переходит в тепло или другую форму. Если газ сильно сжат, то вследствие этого смещение незначительно, а потери уменьшаются.
В большинстве следующих опытов я предпочел использовать, в основном по причине его стабильной и удовлетворительной работы, генератор переменного тока, о котором уже упоминал. Эта одна из машин, которую я построил для проведения таких опытов. Генератор имеет 384 полюса и способен выдавать ток с частотой примерно 10 000 колебаний в секунду. Об этой машине я говорил в своей лекции в Американском институте электроинженеров 20 мая 1891 года, о которой я уже упоминал. Более подробное описание, достаточное, чтобы по нему создать подобный аппарат, можно найти в нескольких профильных журналах этого периода.
