применение потоков в промышленных целях широко распространено и быстро растет. После создания первого практического источника тока прошло сто лет, и все это время явления, которые сопровождает течение токов, тщательно изучалось; и благодаря неустанным усилиям ученых мужей были открыты простые законы, которые управляют этими явлениями. Но эти законы хорошо работают, только когда токи носят постоянный характер. Когда же токи быстро изменяются по силе, то наблюдается совсем другие явления, часто совсем неожиданные, и становятся справедливыми совершенно другие законы, которые до сих пор еще не изучены столь полно, как того бы хотелось, хотя благодаря исследованиям преимущественно английских ученых были уже получены важные знания по данному предмету, которые дают нам возможность разбирать простые случаи, встречающиеся в ежедневной практике.
Явления, присущие меняющемуся характеру токов, существенно усиливаются, когда возрастает скорость изменения, поэтому исследование этих токов значительно облегчается при использовании специально созданного аппарата. Я ориентировался на эту и другие цели, когда создавал машины переменного тока, способные давать более двух миллионов обращений тока в минуту и, главным образом благодаря этому обстоятельству я могу представить вашему вниманию некоторые полученные к настоящему моменту результаты, которые, как я надеюсь, станут шагом в продвижении вперед по причине их прямого отношения к одной из самых важных проблем, а именно, созданию практического и эффективного источника света.
Исследование быстро переменяющихся токов очень интересно. Почти каждый эксперимент открывает что-то новое. Многие результаты, конечно же, можно предсказать, но неожиданных гораздо больше. Экспериментатор делает множество интересных наблюдений.
К примеру, мы берем кусочек металла и подносим его к магниту. Начиная с низких чередований, становящихся все чаще и чаще, мы ощущаем импульсы, сменяющие друг друга быстрее и быстрее, становясь при этом слабее и слабее, и в конце концов исчезающие. Затем мы наблюдаем постоянное притяжение; притяжение, конечно, не является непрерывным, оно только кажется нам таковым; наши чувство осязания несовершенно.
Далее, мы можем установить дугу между электродами и наблюдать, при росте чередований, как звук, присущий переменным электрическим дугам, становится все пронзительнее и пронзительнее, постепенно ослабевает и наконец прекращается. Воздушные вибрации, конечно же, продолжаются, но они очень слабы для восприятия; наше чувство слуха подводит пас.
Мы наблюдаем незначительные физиологические эффекты, быстрое нагревание железных сердечников и проводов, любопытные индукционные эффекты, интересные эффекты конденсатора, и еще более интересные световые явления при высоком напряжении индукционной катушки. Все эти эксперименты и наблюдения представляют огромный интерес для студента, но их подробное описание увело бы меня слишком далеко от главного предмета. Отчасти по этой причине, а отчасти вследствие их огромной важности, я ограничусь описанием световых явлений, производимых этими токами.
Для этой цели в экспериментах используется индукционная катушка высокого напряжения или эквивалентный аппарат для преобразования токов сравнительно низкого напряжения в токи высокого напряжения.
Если вам в достаточно мере будут интересны результаты, то я расскажу вам, как подойти к экспериментальному изучению этого предмета; если вы уверитесь в истинности аргументов, которые я выдвину, то вашей целью будет получение высоких частот и высокого напряжения; другими словами, мощных электростатических эффектов. Вы встретите множество трудностей, которые, если их полностью преодолеть, позволят добиться поистине удивительных результатов.
Первой встретится трудность получения нужных частот с помощью механического аппарата, а если они получаются иным способом, то встают препятствия другого характера. Следующей трудностью будет обеспечение необходимой изоляции, без существенного увеличения размеров аппарата, потому что требуемые потенциалы высоки, и в связи с быстротой чередования изоляция представляет определенную трудность. Так, например, присутствие газа может привести, из-за бомбардировки молекул газа и, как следствие, нагрева, к разряду даже через дюйм лучшего твердого изоляционного материала, таких как стекло, эбонит, фарфор, сургуч и т. п.; в действительности, через любой известный изоляционный материал. Главным требованием к изоляции аппарата является, таким образом, удаление любой газообразной материи.
В целом, мой опыт показывает, что вещества, обладающие наибольшей диэлектрической проницаемостью, такие как стекло, обеспечивают довольно плохую изоляцию по сравнению с веществами, которые, хотя и являются хорошими изоляторами, обладают гораздо меньшей диэлектрической проницаемостью, такие как например масло, при этом диэлектрические потери в первом без сомнения выше. Трудность с изоляцией, конечно, есть лишь в том случае, когда потенциалы чрезмерно высоки, потому что при потенциалах в несколько тысяч вольт не встречается особых трудностей при передаче на достаточное расстояние тока от машины, дающей, скажем, 20,000 перемен в секунду. Однако, такое число перемен для многих целей слишком мало, хотя и оказывается достаточным для некоторых практических применений. Эта сложность с изоляцией, к счастью, не является принципиальной помехой; она влияет главным образом на размеры аппарата, потому что когда будут использоваться очень высокие потенциалы, то дающие свет устройства будут располагаться недалеко от аппарата, а часто и очень близко к нему. Гак как воздушная бомбардировка изолированного провода зависит от эффекта конденсатора, то потерю можно уменьшить до минимума, если использовать очень хорошо заизолированные тонкие провода.
Ещё одна трудность будет с емкостью и самоиндукцией, которыми непременно обладает катушка. Если катушка большая, то есть если на ней намотан очень длинный провод, то она вообще не подойдет для очень высоких частот; а если она маленькая, то она будет хорошо работать на высоких частотах, но потенциал, при этом, будет не такой высокий, как хотелось бы. Хороший изолятор, предпочтительно с малой диэлектрической проницаемостью, даст нам двойное преимущество. Во-первых, он даст возможность создать маленькую катушку, способную выдерживать огромные разности потенциалов. А во-вторых, такая маленькая катушка, по причине её меньшей емкости и самоиндукции, будет способна на более быстрые и интенсивные вибрации. Поэтому к вопросу создания катушки или любого рода индукционного аппарата, обладающего необходимыми качествами я относился очень серьезно и работал над этим достаточно долгое время.
Исследователь, желающий повторить описываемые эксперименты с машиной переменного тока, способной давать токи нужной частоты, и индукционной катушкой, добьется успеха, если вынет первичную катушку и соберет вторичную таким образом, чтобы можно было смотреть сквозь трубку, вокруг которой намотана вторичная обмотка. Он сможет наблюдать потоки, проходящие от первичной обмотки к изоляционной трубке и по их интенсивности сможет понять, докуда можно поднимать напряжение на катушке. Без этой меры предосторожности он наверняка повредит изоляцию. Такая компоновка, помимо прочего, позволяет легко менять первичные обмотки, что в этих экспериментах весьма желательно.
Выбор типа машины, наиболее подходящего для целей опытов, должен быть предоставлен экспериментатору. Здесь представлено три различных типа машин, которые, не считая всех остальных, я в своих опытах использовал.
На рисунке 1 изображена машина, которую я использовал в экспериментах, демонстрируемых в этом Институте. Возбуждающий электромагнит состоит из кольца из кованого железа, имеющего 384 полюсных наконечника. Якорь состоит из стального диска, на котором закреплен тонкий, хорошо провареный сваркой обод из кованого железа. На обод намотано несколько слоев тонкой, хорошо отожженой железной проволоки, которая во время намотки проходит через шеллак. Провода якоря намотаны вокруг латунных штырей, обернутых шелковой нитью. Диаметр проволоки якоря в машине данного типа не должен превышать 1/4 толщины полюсных наконечников, в противном случае будет достаточно сильным локальное воздействие.
На рис. 2 представлена большая машина другого типа. Возбуждающий магнит этой машины состоит из двух одинаковых частей, которые либо окружают собой катушку возбуждения, либо же наматываются независимо. Каждая часть имеет 480 полюсных наконечника, причем наконечники одной расположены против наконечников другой. Якорь состоит из колеса, сделанного из твердой бронзы и несущего на себе
