НИКОЛА ТЕСЛА. ЛЕКЦИИ. СТАТЬИ. - Никола Тесла

Наиболе е любопытна я особенност ь переменног о ток а высоко й частот ы состои т в том, чт о о н позволяе т на м выполнят ь большо е количеств о экспериментов, использу я тольк о оди н провод. Эт а особенност ь интересн а в о многи х отношениях.

Несколько лет назад я изобрел тип двигателя переменного тока, который приводился в движение посредством наведения вторичного тока в массе, или других цепях двигателя. Вторичный ток образовывался от одного переменного тока, проходящего через цепь двигателя, и вместе с первичным, или наведенным токам, создавал движущее поле силы. Такой простой, но грубый по форме двигатель получается если на железный сердечник намотать первичную обмотку, и разместить ее непосредственной близости от вторичной катушки; соединить концы последней, а свободно движущийся металлический диск разместить так, чтобы он под воздействием поля, образованного двумя обмотками. Железный сердечник используется по вполне очевидным причинам, но его роль не несущественна для работы двигателя. Для улучшения работы двигателя якорь помещен внутрь железного сердечника. Кроме того, для еще большего улучшения работы двигателя, вторичная катушка частично перекрывает первичную так, чтобы она подвергалась сильному индуктивному воздействию со стороны последней, и как можно сильнее отталкивала ее силовые линии. Еще одно усовершенствование, призванное улучшить работу двигателя, состоит в том, что между токами первичной и вторичной обмоток устанавливают соответствующую разность фаз при помощи конденсатора, катушки самоиндукции, сопротивления или эквивалентному ему количеству провода на обмотках. Однако я обнаружил, что вращение производится посредством только одной катушки и сердечника. Мое объяснение этому явлению, подтверждение которому я старался найти при исполнении данного эксперимента, состояло в том, что при намагничивании сердечника должна иметь место задержка во времени. Я помню, какова была моя радость, когда я в записках профессора Айртона, которые попали ко мне позже, обнаружил идею, поддерживающую мое предположение о задержке во времени. Является ли это в самом деле задержкой во времени, или это только запаздывание, которое происходит вследствие возникновения вихревых токов — вопрос остается открытым. Но не подлежит сомнению тот факт, что катушка, намотанная на железный сердечник, при подаче на нее переменного тока создает движущее поле силы и способна привести якорь в движение.

Этот факт, вместе с историческим экспериментом Араго, представляет собой определенный интерес в контексте того, что при работе с инерционными и фазовыми моторами происходило вращение их движущихся частей в направлении, противоположном движущему полю. Это означает, что в данном эксперименте магнит может не вращаться, или даже может вращаться в направлении, противоположном направлению вращения диска. Поэтому, в данном эксперименте электродвигатель (схематически представленный на Рис. 17) включает в себя! катушку и железный сердечник, рядом с которым располагается подвижный медный диск.

Я выбрал этот тип двигателя для демонстрации новых и интересных свойств по причинам, которые приведу позже. Когда концы катушки подсоединяют к клеммам генератора переменного тока, диск начинает вращаться. Но этот хорошо известный эксперимент не тот, который я хочу Вам показать. Я хочу продемонстрировать Вам, как этот двигатель приводится в движение при помощи одного единственного соединения между ним и генератором. То есть, одна клемма двигателя подсоединена к одной клемме генератора (в данном случае это вторичная обмотка индукционной катушки высокого напряжения), а остальные клеммы генератора и двигателя остаются свободными. Для того, чтобы вызвать вращение, обычно (но не обязательно) подсоединяется свободный конец катушки двигателя к изолированному телу определенного размера. Для этих целей тела экспериментатора более чем достаточно. Если он прикасается к свободной клемме предметом, находящимся у него в руках, то ток проходит через катушку и медный диск начинает вращаться. Если при этом в цепь катушки последовательно включить трубку с разреженным газом, то яркий свет, исходящий из трубки, укажет на прохождение сильного тока. С тем же успехом вместо тела экспериментатора можно использовать небольшой металлическую пластинку, подвешенную на нити. В этом случае пластинка действует как конденсатор, последовательно подключенный к катушке. Это нейтрализует самоиндукцию последней и позволяет проходить сильному току. В такой комбинации, чем больше самоиндукция катушки, тем меньшего размера нужна пластинка. Это означает, что для вращения двигателя требуется меньшая частота, и, иногда, меньшая разность потенциалов. Даже одна катушка, намотанная на сердечник, имеет высокую самоиндукцию. Именно по этой причине, данный тип двигателя был выбран для проведения этого эксперимента. Если на сердечник намотать закрытую вторичную катушку, то это может привести к уменьшению самоиндукции, что вызовет необходимость повышения частоты и разности потенциалов. И то и другое не желательно, так как высокая разность потенциалов создает угрозу целостности изоляции маленькой первичной катушки, а высокая частота может привести к существенному ослаблению вращающего момента.

Надо заметить, когда применяется такой двигатель, с закрытой вторичной обмоткой, то при сверхвысоких частотах привести его в движение совсем не просто, так как вторичная обмотка почти полностью обрезает силовые линии первичной, что позволяет проходить току лишь на мгновение. И чем выше частота — тем сильнее это проявляется. В этом случае, если вторичная обмотка не закрывается через конденсатор, а это существенно для получения вращения, то первичную и вторичную катушки располагают так, чтобы они более или менее перекрывали друг друга.

Но есть еще одно интересное свойство этого двигателя, а именно: для того, чтобы вызвать его вращение, нет необходимости в использовании даже единичного соединения между двигателем и генератором, кроме как через землю. Это возможно потому, что изолированная пластина способна не только излучать энергию в пространство, но и таким же образом получать ее через переменное электростатическое поле, несмотря на то, что в последнем случае доступная энергия значительно меньше. В этом примере одна из клемм двигателя подсоединяется к изолированной пластине или телу, расположенному внутри переменного электростатического поля, а другая клемма заземляется.

Однако возможно, что такие "беспроводные двигатели", если их так можно назвать, будут работать находясь на значительном расстоянии от источника энергии, если их подключать через разреженный газ. Переменный ток, особенно высокой частоты с удивительной легкостью передается даже через слабо разреженный газ. Верхние слои атмосферы разреженны. Чтобы достигнуть высоты в многие мили, потребуется преодолеть трудности чисто механического свойства. Нет сомнения, что при огромной разности потенциалов, получаемой при использовании высокой частоты и масляной изоляции, светящиеся разряды можно передавать на многие мили через разреженный воздух. При таком управлении энергией в многие сотни и тысячи лошадиных сил, двигатели или лампы могут работать, находясь на значительном расстоянии от стационарного источника тока. Но такие схемы работы рассматриваются только как возможные. Возможно у нас вообще не будет необходимости в транспортировке энергии. Пройдут многие поколения и наши механизмы будут приводиться в движение силой, получаемой в любой точке вселенной. Эта идея не нова. Человечество идет к ней давно, ведомое инстинктом, или выгодой. Эту идею выражали разными способами, и в разных местах, как в древности и в новейшей истории. Мы находим ее в очаровательном мифе об Антее, который набирался сил от земли. Мы находим ее среди теорий одного из ваших великих математиков, а также среди изречений и высказываний многих современных мыслителей. Энергия находится повсюду в пространстве. Является ли эта энергия статической или кинетической? Если она статическая, то наши надежды тщетны. Если она кинетическая — а мы совершенно определенно знаем, что это именно так — то люди когда-нибудь смогут подключать свои машины к главному маховику природы, это лишь вопрос времени. Ближе всего к этому подошел Крукс. Его радиометр будет работать и при свете дня, и во тьме ночи. Он будет работать везде, где есть тепло, а тепло есть везде. Но, к сожалению, эта красивая маленькая машина останется в памяти последующих поколений как наиболее интересное изобретение, и в тоже время будет занесена в книгу рекордов как самая неэффективная машина из когда-либо изобретенных человеком.

Предыдущий эксперимент — только один из многих не менее интересных экспериментов, которые можно провести с переменным током высокого напряжения и частоты, и с использованием только одного провода. Мы можем подсоединить изолированный провод к источнику такого тока; мы можем передать ничтожно малый ток по этому проводу, и в то же время в любой его точке получить ток такой силы, что он способен расплавить толстый медный провод. В ином варианте, мы сможем с помощью некоторых приемов, разложить раствор в любом электролитическом элементе, подсоединив только один полюс элемента к проводу или источнику энергии. Мы сможем заставить светиться лампу накаливания, трубку с разреженным газом, или колбу с фосфоресцирующим веществом, всего лишь подключившись к проводу, или если расположим их поблизости от провода.