Новые феномены переменного тока

Transactions of the American Institute of Electrical Engineers 1886/06, Volume IV; Issue 1

Дневная сессия.

Президент

Во второй половине дня мы рассмотрим несколько очень интересных явлений, которые профессор Элиху Томсон представит нам на заметку по переменным потокам. Мы все слушаем профессора с величайшим интересом и удовольствием, когда у него есть возможность обратиться к нам. Уверен, что в данном случае это будет чрезвычайно приятным и полезным.

Профессор

Действия, произведенные и производимые посредством переменного тока значительной энергии приобретают все большее значение в электротехнике. Я имею в виду, конечно, под термином переменные токи, токи электричества, которые меняются местами с частыми интервалами, так что положительный поток сменяется отрицательным потоком, и снова положительным потоком. Такие изменения происходят много раз в секунду, поэтому кривая тока или электродвижущей силы, если она нанесена, будет волновой линией, амплитуда которой представляет собой арифметическую сумму положительных и отрицательных максимумов тока или электродвижущей силы, в зависимости от обстоятельств, в то время как горизонтальная средняя линия соединяет нулевые точки тока или электродвижущей силы.

Хорошо известно, что такой ток, проходящий в катушке или проводнике, проложенном параллельно или в индуктивном отношении ко второй катушке или проводнику, будет вызывать во втором проводнике при разомкнутой цепи переменные электродвижущие силы и что, если его клеммы замкнуть или соединить, во втором проводнике будут циркулировать переменные токи того же ритма, периода или шага.

Это действие происходит в любой индукционной катушке, по первичному проводу которой пропускаются переменные токи, и чей вторичный провод замыкается либо непосредственно на себя, либо через сопротивление. Я хотел бы обратить внимание в настоящей статье на механические воздействия притяжения и отталкивания, которые будут проявляться между двумя проводниками, и новые результаты, которые могут быть получены путем изменения относительного расположения двух проводников.

В 1884 году, готовясь к Международной электротехнической выставке в Филадельфии, мы сконструировали большой электромагнит, сердечники которого имели диаметр около шести дюймов и длину около двадцати дюймов и были сделаны из пучков железного прутка диаметром около 5/16 дюйма. После изготовления магнит был под напряжением от тока динамо, дающего непрерывные токи, и он демонстрировал обычные мощные магнитные эффекты. Было также обнаружено, что диск из листовой меди толщиной около 1/16 дюйма и диаметром 10 дюймов, падающий ровно на полюс магнита, мягко оседал на него, задерживаясь в своем падении развитием в диске токов из-за его движения в сильном магнитном поле, и токи были противоположного направления, чем в катушках магнита. На самом деле, невозможно было ударить магнитным полюсом резким ударом по диску, даже когда была предпринята попытка удержать один край диска в руке и принудительно опустить его к магниту. При попытке быстрого поднятия диска от полюса имело место аналогичное, но противоположное действие сопротивления движению, показывающее развитие токов в том же направлении, что и в катушках магнита, и такие токи, конечно, в результате могут вызвать привлечение. Этот эксперимент был видоизменен (рис. 1).

Диск D удерживался над магнитным полюсом, как показано на рис. 1, а ток в магнитных катушках отключался путем их шунтирования. Чувствовалось притяжение диска или падение к полюсу. Затем ток включался при размыкании шунтирующего переключателя, и чувствовалось отталкивание или подъем диска.

Только что описанные действия - это то, что можно ожидать в таком случае, поскольку когда имело место притяжение, то на диске D индуцировались токи в том же направлении, что и в магнитных катушках под ним, а когда происходило отталкивание, индуцированный ток в диске был направлен противоположно току в катушках.

Теперь давайте представим, что ток в магнитных катушках не только прекращен, но и перевернут назад и вперед. По указанным выше причинам мы обнаружим, что диск D притягивается и отталкивается попеременно; ибо всякий раз, когда индуцированные в нем токи имеют одно и то же направление с токами в индуктивной или магнитной катушке, наступает притяжение, а когда они противоположны по направлению, возникает отталкивание. Кроме того, отталкивание будет происходить, когда ток в магнитной катушке возрастает до максимума в любом направлении, и притяжение будет результатом, когда ток в любом направлении падает до нуля, поскольку в первом случае индуцируются противоположные токи на диске D в соответствии с известными законами; и в последнем случае токи одинакового направления будут существовать в диске D и магнитной катушке.

Диск может быть заменен кольцом из меди или другого хорошего проводника, или замкнутой катушкой из неизолированного или изолированного провода, или рядом дисков, колец или катушек, наложенных друг на друга, и результаты будут такими же. До сих пор, действительно, мы не имели ничего особенно нового характера, и, несомненно, другие экспериментаторы провели очень похожие эксперименты и отметили результаты, аналогичные описанным.

Только что приведенный отчет об эффектах, создаваемых переменными токами - правда, хотя и не весь; и сейчас здесь мы можем дополнить его следующими утверждениями.

Цепь или катушка переменного тока отталкивает и притягивает замкнутую цепь или катушку, помещенную в прямую или магнитную индуктивную связь с ними ; но эффект отталкивания превышает эффект притяжения

Когда замкнутая цепь или катушка размещены таким образом и изготовлены из металла с таким низким сопротивлением, что в ней может циркулировать сравнительно большой ток, вызванный большой самоиндукцией, усилие отталкивания намного превышает притягательное усилие.

Из-за отсутствия лучшего названия я назову этот избыток отталкивания «эффектом электроиндуктивного отталкивания»

катушек или цепи.

Этот преобладающий отталкивающий эффект может использоваться или может демонстрировать свое присутствие, создавая движение или давление в заданном направлении, создавая угловое отклонение поворотного тела или создавая непрерывное вращение при правильно организованной конструкции. Некоторые из простых устройств, реализующих эти условия, я сейчас опишу.

Рис. 2.

На рис. 2 C - катушка, по которой пропущены переменные токи, B – медная трубка или корпус, окружающий катушку, но не точно над ее центром. Медная трубка B довольно массивная и является местом появления сильных индуцированных токов. Часть В может быть заменена концентрическими трубками, вставленными одна в другую, или стопкой плоских колец, или замкнутой катушкой из проволоки с толстой или тонкой изоляцией, или неизолированной - преобладание отталкивающего действия стремится раздвинуть два проводника по осевой линии.

Если первичную катушку С снабдить железным сердечником в виде пучка тонких железных проводов, эффекты значительно возрастают по интенсивности, и при сильном первичном токе отталкивание может достигать многих фунтов тяги при довольно умеренных размерах аппарата.

Формы и отношения двух частей, C и B , могут быть значительно изменены с общим результатом преобладания отталкивающего действия, когда циркулируют переменные токи.

Рис. 3.

На рис. 3 показана часть B с внутренней конусообразной или конической формой и катушка С внешней конической формы, намотанная на пучок I из железной проволоки.

Можно сказать, что действие на рис. 2 аналогично действию простого соленоида с сердечником, за исключением того, что возникает отталкивание, а не притяжение; в то время как то, что показано на рис. 3, больше похоже на действие конических или конически намотанных соленоидов и конических сердечников. Конечно, нет необходимости, чтобы оба были сужены. Эффект такого формирования состоит в том, чтобы просто изменить диапазон действия и величину отталкивающего усилия, существующего в различных частях диапазона.

Рис. 4.

На рис. 4 конструкция модифицирована таким образом, что катушка C находится снаружи, а замкнутая полоса или цепь B внутри и вокруг сердечника I . Как и в предыдущем случае наблюдается электроиндуктивное отталкивание, которое достигает максимума в положении, зависящем от особенностей пропорции и распределения тока в любое время в двух цепях или проводниках.

Очевидно, что когда электрические середины катушек или цепей совпадают, отталкивающие действия не будут механически проявляться осевым движением или усилием, потому что они взаимно уравновешены во всех направлениях. То, что я здесь называю электрической серединой или центром тяжести ампер- витков катушек, в цилиндрических катушках, в которых ток равномерно распределен по всем частям секции проводника, это плоскость под прямым углом к оси катушки в её середине, обозначенная на рис. 4 пунктирной линией.

Формы и взаимное расположение двух проводников могут сильно различаться, и сейчас я не ставлю перед собой цель обсудить способы определения распределения токов и механических воздействий, поскольку это значительно превысило бы возможности настоящей статьи.

Рис. 5                       Рис. 6

На рис. 5 показаны две детали с одинаковым диаметром: B представляет собой замкнутое кольцо, а C представляет собой кольцевую катушку, расположенную параллельно ему. Железный сердечник или пучок проводов, размещенный на общей оси двух катушек, усиливают отталкивающее действие.

B может быть катушкой из проволоки, может состоять из кучи медных шайб или просто быть диском или пластиной любой формы - это не существенно влияет на характер производимого действия.

Рис. 7.

Если оси проводников, рис. 5, не совпадают, а смещены, как на рис. 6, то, кроме простого отталкивания друг от друга, существует боковой компонент или тенденция, как показано стрелками.

Расположение деталей, несколько аналогичное расположению подковообразного электромагнита и якоря, показано на рис. 7. Катушки переменного тока СC' намотаны на пучок железной проволоки, согнутой в U-образную форму, а напротив ее полюсов размещена пара толстых медных дисков ВВ', которые притягиваются и отталкиваются, но с избытком отталкивания в зависимости от их формы, толщины и т. д.

Рис. 8.

Первое устройство, в котором я заметил явление преимущественного отталкивания, был железный сердечник в форме кольца с разрезом и с намотанной на него катушкой C (рис. 8). При пропускании по катушке С переменного тока на вставленную в паз тяжелую медную пластину B будет действовать усилие, выталкивающее пластину из паза (за исключением того случая, когда центр пластины совпадает с магнитной осью, соединяющей полюсы кольца, между которыми находится B ).

Сродни эксперименту на рис. 6, эксперимент, показанный на рис. 9. Здесь замкнутый проводник B расположен так, что его плоскость находится под прямым углом к плоскости витков катушки C , намотанной на пучок железных проводов. При подаче в катушку С переменного тока, B будет двигаться к середине катушки C , пока ось В не окажется в плоскости середины катушки C , поперечной к сердечнику, как указано пунктирной линией.

Рис. 9

Рис. 10

Рис. 11

Это сразу приводит нас к другому классу действий, то есть к отклоняющему действию. Когда В (медный диск, а лучше стопка из тонких медных дисков или замкнутая катушка провода) установлен на оси X, поперечной к оси катушки C , через которую проходит катушка переменного тока, (рис. 10) произойдет отклонение B в положение, обозначенное пунктирными линиями, если только плоскость B вначале не совпадает с плоскостью C . Не имеет значения, охватывает ли катушка C деталь B или она должна быть в ней включена, или катушка C имеет возможность поворачиваться, а В фиксируется, или обе, С и В, имеют возможность поворачиваться. На рис. 11 катушка C окружает сердечник из железной проволоки, а B отклоняется над ней в положение, указанное пунктирными линиями.

Здесь важно отметить, что в тех случаях, когда необходимо получить отклонение, как на рис. 10 и 11, B лучше всего сделать из стопки тонких шайб или замкнутой катушки из изолированного провода вместо твердого кольца. Это позволяет избежать ослабления эффекта, который может быть вызван индукцией токов в кольце B в направлениях, отличных от плоскости его окружности. 56

Теперь мы обратим наше внимание на объяснение показанных действий, а затем обратимся к их возможным применениям. Можно с уверенностью утверждать, что если индуцированные токи в замкнутом проводнике не подвержены влиянию какой-либо самоиндукции, то единственным явлением, которое проявляется, будут чередующиеся равные притяжения и отталкивания; потому что токи будут индуцироваться в противоположных направлениях от первичного тока, когда последний ток изменяется от нуля до максимального положительного или отрицательного тока, вызывая отталкивание; и был бы вызван в том же направлении при изменении от максимального положительного или отрицательного значения до

нуля, таким образом вызывая притяжение.

Рис. 12

Это условие может быть проиллюстрировано диаграммой, рис. 12. Здесь линии нулевого тока являются горизонтальными прямыми. Волнистые линии представляют изменения силы тока в каждом проводнике, причем ток в одном направлении обозначен этой частью кривой над нулевой линией, а в другом направлении -этой частью под ней. Вертикальные пунктирные линии отмечают соответствующие фазы или моменты времени, буквы r (repulsion-отталкивание), a ( attraction- притягивание ) в нижней части диаграммы

(рис. 12) указывают последовательность отталкивания – притягивания.

Видно, что когда в положительном полупериоде ток первичной обмотки уменьшается от максимума m до нулевой линии, вторичный ток вырастает с нуля до максимума m ′. Поэтому будет притяжение, поскольку токи в двух проводниках имеют одинаковое направление. Когда первичный ток увеличивается от нуля до его отрицательного максимума n , положительный ток во вторичной замкнутой цепи будет уменьшаться от своего положительного максимума m ′, до нуля; но, поскольку токи находятся в противоположных направлениях, произойдет отталкивание. Эти действия притяжения и отталкивания будут непрерывно воспроизводиться, причем за время одной полной волны первичного тока будет отталкивание, затем притяжение, затем отталкивание и снова притяжение.

В действительности, однако, эффекты самоиндукции значительно изменят результаты в возникновении задержки, сдвига или замедления фазы вторичного тока, особенно когда вторичный проводник сконструирован так, что токи самоиндукции в нем велики. Максимумы первичного или индуцирующего тока больше не будут совпадать с нулевыми точками вторичных токов. Эффект будет таким же, как если бы линия, представляющая волну вторичного тока на рис. 12, была смещена вперед в большей или меньшей степени – что и показано на диаграмме, рис. 13. Вертикальные непрерывные линии разделяют зоны притягивания и отталкивания. Хотя диаграмма дает преувеличенное представление о величине смещения фаз, из эффектов отталкивания, которые я произвел, следует, что такое смещение фаз есть.

Период времени, в течение которого токи противоположны, и в течение которого может иметь место отталкивание, удлиняется за счет сокращения периода, в течение которого токи находятся в одном и том же направлении для привлекательного действия. Эти отличающиеся периоды обозначены как r , a и т. д. Период, в течение которого существует отталкивание, составляет от нуля первичного или индуцирующего тока до последующего нуля вторичного или индуцированного тока; период, в течение которого существует притяжение, составляет от нуля индуцированного тока до нуля индуцирующего тока.

Однако в эффекте отталкивания гораздо важнее, чем разнице в эффективном периоде, является тот факт, что в течение периода отталкивания как индуцирующий, так и индуцированный токи имеют свои наибольшие значения, тогда как в течение периода притяжения токи имеют сравнительно небольшие величины. Иначе говоря, периоды отталкивания включают в себя максимумы токов, в то время как периоды притяжения не включает в себя максимумы токов.

Рис. 13

Однако в эффекте отталкивания гораздо важнее, чем разнице в эффективном периоде, является тот факт, что в течение периода отталкивания как индуцирующий, так и индуцированный токи имеют свои наибольшие значения, тогда как в течение периода притяжения токи имеют сравнительно небольшие величины. Иначе говоря, периоды отталкивания включают в себя максимумы токов, в то время как периоды притяжения не включает в себя максимумы токов.

Отталкивание создают сильные токи противоположных направлений, действующие в течение удлиненного периода времени, а притяжение создают слабые однонаправленных токи, действующие в течение укороченного периода времени, в результате чего отталкивание является преобладающим в значительной степени эффектом.

Теперь нетрудно понять все ранее описанные действия, полученные при различных соотношениях катушек, магнитных полей и замкнутых цепей. А поскольку отталкивание между двумя проводниками или катушками является результатом магнитных отталкиваний, возникающих в результате возникновения противоположных полей, создаваемых катушками, когда токи в их проводниках проходят в противоположных направлениях – также будет легко понять, что переменное магнитное поле, создающееся в замкнутом проводнике, во всех отношениях такое же, как поле, создающееся в катушке переменного тока.

До сих пор я приводил примеры отталкивания, описанные в конструкции индикаторов переменного тока, дуговых ламп переменного тока, устройств регулирования переменного тока и вращающихся двигателей для таких токов. Для индикации тока, величина или потенциал которых надо указать, на оси катушки, по которой пропущен переменный ток, размещают поворотную или подвесную медную полосу или кольцо, состоящее из тонких шайб, сложенных вместе и изолированных друг от друга и выполненных с возможностью перемещения указателя. Для приведения указателя в нулевое деленной шкалы, когда плоскость медного кольца или полосы составляет угол, скажем, от 15 градусов до 20 градусов с плоскостью катушки, используются гравитация или пружина. Этот угол увеличивается за счет более или менее значительного отклонения в зависимости от тока, проходящего через катушку. Инструмент может быть откалиброван для установленных условий использования. Время выступления не позволяет мне дать полное описание мер, используемых сегодня.

Магнит, управляющий формированием дуги в дуговых лампах, может состоять из замкнутого проводника, катушки для прохождения тока и сердечника из железной проволоки. Отталкивающее действие на замкнутый проводник поднимает и регулирует углерод почти так же, как электромагниты, использующие постоянные токи. Электроиндуктивное отталкивающее действие применяется и в устройствах регулирования переменного тока, которые я сейчас не имею возможности обсуждать детально. Этот же принцип был применен и для создания двигателя переменного тока, который может быть запущен из состояния покоя, и здесь можно отметить, что ряд конструкций таких двигателей осуществимы практически.

Одним из самых простых является следующее: переменным током запитывается катушка C , рис. 14, размещенная над катушкой B , установленной на горизонтальной оси, поперечной к оси катушки C. Клеммы катушки B , намотанной изолированным проводом, переносится на коммутатор, щетки соединяются проводом, как показано.

Рис. 14

Коммутатор сконструирован таким образом, чтобы удерживать катушку B замкнутой от положения совпадения с плоскостью C до положения, когда плоскость B находится под прямым углом к плоскости C ; и держать катушку В разомкнутой в её положениях от прямого угла или около этого к положению параллельных или совпадающих плоскостей. При замыкании В коммутатором и щетками, как описано, действует так, чтобы расположить её плоскость под прямым углом к плоскости C , но, будучи затем разомкнутой, ее импульс отклоняется своим импульсом в положение сразу после параллелизма; в этот момент В снова замыкается и так далее.

Двигатель способен на очень быстрое вращение, но его энергия мала. Однако я распространил принцип на конструкцию более совершенного аппарата. Одна форма имеет свою вращающуюся часть или якорь, состоящий из нескольких дисков из листового железа, намотанных, как обычно, тремя катушками, пересекающимися возле вала. Коммутатор выполнен с возможностью короткого замыкания, каждая из этих катушек последовательно, дважды по обороту, и на период поворота 90 градусов каждая. Полевые катушки окружают якорь, а магнитная цепь дополняет структура из слоистого железа.

Я могу здесь сказать, что окружение якоря динамо полевыми катушками было описано в различных патентах Томсона-Хьюстона, и в определенной степени все машины Томсона-Хьюстона воплощают эту особенность, хотя совсем недавно это выдвигалось как новый подход.

Рис. 15

Рис. 16

Рисунки 15 и 16 дают представление о конструкции упомянутого двигателя. C Cꞌ - это катушки возбуждения или индуктивные катушки, которые сами включены в цепь переменного тока. I I представляет собой массу из листов железа, внутри которого вращается якорь с тремя катушками B, B2, B3, намотанными на сердечник из листовых железных дисков. Коммутатор последовательно замыкает катушки якоря в правильных положениях, чтобы использовать эффект отталкивания, создаваемый токами, которые индуцируются в них чередованиями в полевых катушках. Двигатель не имеет мертвой точки и запускается из состояния покоя и выдает значительную мощность, но с какой экономией, пока не известно.

Любопытным свойством машины является то, что на определенной скорости, в зависимости от быстроты чередований в катушке C, от одной коммутационной щетки к другой проходит непрерывный ток, и он будет возбуждать электромагнит и выполнять другие действия прямого действия постоянного тока. Т.е. здесь у нас есть средство индуцирования постоянного тока от переменного тока. Чтобы контролировать скорость и поддерживать ее на уровне, необходимом для этой цели, нам нужно только правильно подключить наш двигатель к другому обычному типу для переменного тока, а именно к динамо переменного тока, используемому в качестве двигателя. С такой машиной зарядка аккумуляторных батарей не составит труда, даже от линии переменного тока, хотя потери могут быть значительными.

ОБСУЖДЕНИЕ.

Председатель : Мне кажется, у нас есть основания гордиться нашим уважаемым членом и тем интересом, который он проявляет к нам, когда он представляет столь ценный документ на нашей встрече. Теперь он открыт для обсуждения.

Г-н Уилер : Меня это особенно заинтересовало, потому что я слышал очень много того же или тех же основных черт, описанных под названием «железное динамо». Конечно, это для переменных токов, но поле будет железным, или почти таким.

Г-н Майу : Я мог бы добавить к тому, что только что было сказано г-ном Уилером, а также в подтверждение заявления профессора Томсона, что я прекрасно осознаю, что железное динамо, как мы слышали, называли совсем недавно, это еще одна из тех вещей, которые были сделаны раньше. Я помню, как отчетливо читал один из патентов профессора Томсона, в котором говорится о прямом намагничивающем действии катушки на сам якорь; и я не думаю, что может быть какой-либо спор относительно того факта, что это было сделано раньше; и я бы также сказал, что сам проводил эксперименты с динамо-машиной, в которых тот же результат был достигнут еще в 1879 году.

Профессор Томсон упомянул один интересный момент: это явление, которое он проиллюстрировал с помощью своей первой фигуры, отметив отталкивание и притяжение, которое имеет место, когда ток меняется на обычный магнит. В это время я подумал о некоторых экспериментах, проведенных несколько лет назад профессорами Элфинстоном и Йенсентом, и о которых я однажды подумал написать что-то.

Г-да Эльфинстон и Йинсент сообщили о важности магнитной цепи, которую мы теперь так хорошо знаем и используем в динамоэлектрических машинах. Я был сильно поражен высказыванием Фарадея в его «Экспериментальных исследованиях», где он говорит о силовых линиях, расширяющихся во время начала прохождения тока через цепь, и об их коллапсе, когда ток прекращается или уменьшается, и я помню, как делал заметку в этой статье (которую вы найдете где-то в «Лондонском электрике» несколько лет назад) об экспериментах или наблюдениях, проведенных мной, чтобы показать, что это явление наблюдалось в обычном электромагните.

Я смог с помощью изящно подвешенной иглы или очень тонкого куска железной проволоки, примыкающего к полюсу, чтобы он мог располагаться на силовых линиях и следовать за колебаниями силовых линий, чтобы отслеживать положительное движение. в силовых линиях, которые будут в точности соответствовать тому, о котором только что говорил профессор Томсон; одним словом, когда электромагнит находится в процессе намагничивания, когда ток проходит через него, - происходит расширение силовых линий, начинающихся, очевидно, с ярма, и эффект движения этих силовых линий - реакция на диск будет именно такой, которая вызовет отталкивание в соответствии с феноменом Закона Ленца. Напротив, в процессе размагничивания происходит коллапс силовых линий, и действие снова будет таким, чтобы вызвать притяжение или затянуть диск с собой. Теперь, что касается различия отталкивающего и привлекательного эффекта, есть еще один факт, который, как мне кажется, профессор Томсон не принял во внимание и который в некоторой степени увеличивает разницу отталкивающего эффекта. Если мы на мгновение предположим, что процесс расширения и коллапса силовых линий является истинным, и у меня нет оснований сомневаться в том, что это так, то мы легко увидим, что мы имеем дело с величинами.

Во-первых, сопротивление диамагнитной среды напряжению, создаваемому током, и, во-вторых, количество энергии или скорость, с которой мы поставляем энергию для преодоления этой упругости. Я мог бы также добавить, конечно, третью величину, которая является реакцией, вызванной самоиндукцией окружающего металла; но когда происходит коллапс, у нас есть действие накопленной энергии, которая была накоплена в процессе сжатия. Я мог бы объяснить это, взяв кусок резины и потянув его. Скорость, с которой он растягивается, зависит от скорости, с которой к нему прикладывается энергия, и от упругости; но когда я отпускаю его, он отступает в силу своей собственной эластичности, ничего больше. В случае вторичной катушки мы можем справиться с этой самоиндукцией, но есть эксперименты, которые были сделаны, я думаю, профессором Йоном Битсом, которые очень ясно показывают, что импульс коллапса намного быстрее, чем импульс подъема. Следовательно, в индуктивных цепях будет разность тока, которая будет стремиться, если мы будем внимательно следить за ними с помощью кривых, построенных профессором Томсоном, подчеркнуть эту разницу в пользу отталкивающего процесса. Я хотел бы услышать мнения других джентльменов, которые хорошо осведомлены по этим вопросам.

Г-н Прескотт : Профессор Томсон так четко и красиво описал эксперименты, которые он провел, что он почти не оставил вопросов. Я бы сказал, что меня особенно интересует применение к измерительным приборам, и я хотел бы знать, является ли отталкивание в приложении, которое он обнаружил, обратно пропорциональным квадрату расстояния между пластинами, и если да, то предпочел ли он сконструировать прибор для прямого измерение расстояния, или же он предпочел сделать противовес или каким-то образом противодействовать движению, чтобы сохранять расстояние постоянным.

Он уделил так много внимания этому вопросу переменного тока, что я хотел бы спросить его также, проводил ли он какие-либо эксперименты, чтобы определить, например, будет ли вторичная батарея в цепи машины переменного тока отключать часть электродвижущей силы в одном направлении, которая противоположна и равна силе самой батареи, и в этом случае обычный токовый инструмент будет измерять расстояние при подключении его между полюсами батареи.

Профессор Томсон : Что касается измерительных приборов, я использовал этот принцип несколькими способами. Дело еще не дошло до того, чтобы определить все точки на предмете, но я использовал гравитацию и пружину в качестве устройства противодействия.

Тем не менее, я считаю, что не существует какого-либо регулярного закона, возможно, даже больше, чем с электромагнитом, для уменьшения эффекта на расстоянии, за исключением случаев, когда расстояния становятся очень большими. Уже факт изменения положения изменяет отношения самих токов и отношений между этими двумя токами, так что мы едва ли можем рассматривать эту проблему как отличающуюся от проблемы электромагнита, притягивающего его якорь. Когда якорь находится на определенном расстоянии, наблюдается определенное распределение магнетизма; когда он переносится на другое расстояние, распределение меняется настолько, что мы не можем считать, что центр тяжести, так сказать, магнетизма, одинаков в обоих случаях, и перераспределение будет зависеть от длины, диаметра сердечника и размеров якоря, так что проблема становится очень сложной.

Но я очень любопытно применил этот принцип следующим образом: я взял обычную баночку для фруктов, положил в нее диск определенной толщины, прикрепил к нему стеклянную колбу, погрузил ее в спирт или воду и отрегулировал ее. До тех пор, пока гравитационный эффект не был так преодолен флотацией, что диск был почти безразличен к положению и просто осел на дно банки.

Рис. 17.

Затем я поместил катушку переменного тока под банку и пропустил ток постепенно увеличивающейся величины. Постепенно диск начнет подниматься сам, и при определенном токе будет плавать до определенной высоты, стоя в жидкости, поддерживаемой отталкиванием. Там у нас есть отличная иллюстрация и средство для достижения, вероятно, относительного отталкивающего усилия в различных условиях.

Что касается вопроса, поднятого г-ном Майу относительно более быстрого падения тока в конце волны, я думаю, что он, должно быть, рассматривал влияние прерывистых токов, как в обычной индукционной катушке, когда ток от батареи пропускается через первичную катушку, и при замыкании цепи вырабатываемая противоэлектродвижущая сила сдерживает ток, и он понемногу увеличивается до того тока, который может проходить при имеющемся электродвижущей силе батареи и сопротивлении первичной цепи. Но когда вы отключаете ток в первичной обмотке, ЭДС вторичной обмотки гораздо больше, чем при замыкании цепи первичной обмотки, но не длится так долго.

Когда мы включаем ток или замыкаем цепь, в первичном, окруженном    вторичным,    возникает    противоположная электродвижущая сила; ток батареи увеличивается до своей полной силы в течение некоторого времени, и в течение этого времени вторичные токи будут стремиться выделять свою энергию; то есть они имеют длительность без большой силы.

Но когда мы отключаем ток батареи и делаем это специально с помощью конденсатора, который позволяет нам размыкать контакт, не искрясь, или, другими словами, немного обмануть ток и дать ему другой путь на некоторое время, тогда вторичный источник дает значительную электродвижущую силу или энергию.

В этой связи я могу упомянуть очень любопытный эксперимент,    проведенный    с    большим    магнитом, демонстрирующий эффекты самоиндукции в магнитах. Это не имеет ничего общего с отталкивающим эффектом; это связано с самоиндукцией и любопытными эффектами, возникающими в результате отстающих или останавливающих волн и препятствующих тому, чтобы волны имели свое полное значение. Мы помещаем этот магнит в цепь с динамо-машиной и шунтируем этот магнит переключателем, выполненным из углеродных контактов, так как они могут быть размещены в дуговом свете.

Когда шунтирующий переключатель разомкнут, ток проходит через катушки магнита. Когда мы замыкаем контакты переключателя, ток постепенно покидает магнит и постепенно начинает идти почти в полном объеме по углеродным контактам. Если их сопротивление намного меньше, чем у магнитных катушек, почти весь ток будет проходить через шунтирующий переключатель. Если мы теперь разомкнем переключатель – образовавшаяся между его угольными контактами дуга вместо того, чтобы быть хорошей, сильной, полной дугой, будет просто вершиной волн тока, в то время как постоянный ток будет течь через магнит. То есть у вас будет постоянный ток в магните, а вершины волн будут отрублены и пропущены через углерод. В этой углеродной ветви нет самоиндукции, а ток в магнитной ветви устойчивый. Фактически искра или дуга, которую вы получаете между разомкнутыми угольными контактами, будет очень близко напоминать искру, получаемую от катушки Румкорфа - тонкую искру со значительным ореолом и не очень горячую.

Я нарисовал её длиной три четверти дюйма, играющую и шипящую, показывая, что волны тока оказывают свое истинное влияние на провоцирование шумящего звука, в то время как амперметр, вставленный в магнитную цепь или ветвь, показывает ток, почти равный току линии.

Был еще один момент, по которому запрашивалась информация? Это просто ускользнуло от меня.

Г-н Прескотт : Что касается вторичной батареи и цепи переменного тока.

Профессор Томсон : Этот вопрос я вообще не исследовал, но в одном направлении возник бы ток удвоенной величины, а в другом — ток бы отсутствовал, если бы вольты противоэлектродвижущей силы были правильными. Существует возможность создания тока этого характера путем комбинации машины переменного тока, динамо-машины и машины постоянного тока. У нас может быть ток, подобный этому (рисует на черной доске), который будет приблизительно соответствовать току, о котором вы спрашивали. Будут ли когда-либо применены такие токи или нет, я не знаю.

Мистер Прескотт : Я хотел подчеркнуть немного другое. Предположим, что переменный ток проходит через этот провод (иллюстрирует), и что в этот момент здесь мы вводим противоэлектродвижущую силу или определенную электродвижущую силу в одном направлении, и у нас в цепи здесь есть сопротивление. Теперь предположим, что эта точка смещена до тех пор, пока разность потенциалов в одном направлении этого переменного тока не станет равной электродвижущей силе этой противоположной батареи; тогда через этот провод будет протекать ток только в одном направлении, и если это имеет место с известным сопротивлением, вам просто нужно вставить электродвижущую силу в одном направлении и смещать ее точку соприкосновения до тех пор, пока не произойдет отклонение в гальванометр, то у вас будут все данные, необходимые для определения электродвижущей силы переменного тока. Нечто подобное было предложено мне мистером Джоном Хауэллом из компании Edison, и он хотел, чтобы я попробовал это. Это было совсем недавно, и у меня еще не было возможности сделать это.

Председатель : Г-н Пендлтон, президент Нью-Йоркского общества электроснабжения, очень заинтересован в этом вопросе, и мы будем очень рады услышать от него все, что он пожелает сказать.

Мистер Пендлтон : Я приехал сюда сегодня днем, чтобы отойти на задний план и послушать. Я благодарен за гостеприимство, с которым вы меня приняли, и благодарю вас за приглашение выступить по обсуждаемому вопросу. Это, однако, не тот, о котором я много думал, и это было так тщательно продемонстрировано, что я чувствую, что мне мало что можно 68

сказать. Что касается применения вторичной батареи, которое только что сделал джентльмен, я хотел бы предположить, что результатом будет устойчивый разряд батареи независимо от ее заряда; и я считаю, что было бы невозможно накапливать химическую энергию в батарее при таких обстоятельствах. Когда я слушал интересный рассказ профессора Томсона о его экспериментах, мне пришло в голову, что если действия достаточно деликатны, то для него есть множество применений, некоторые из которых он упомянул, а также что это будет возможно в соединение с телефоном, чтобы сделать записывающий инструмент, который мог бы в любом случае равняться успеху фонографа Эдисона. В этом случае это будет воспроизведение звуковых волн таким же образом. Я просто делаю предложение в дополнение к тем, что сделал профессор Томсон.

Г-н Майю : Я просто хотел бы попросить профессора Томсона сообщить результаты, если таковые имеются, в отношении измерения электродвижущих сил переменных токов, поскольку субъекту, по-видимому, уделяется некоторое внимание в ходе обсуждения.

Мистер Томсон : Я был бы рад уступить джентльменам, которые пытались получить возможность что-то сказать.

Мистер Геринг : Я хотел бы спросить профессора Томсона, как притяжение магнита сравнивается с его индукцией. Если бы замкнутый диск был сделан не из меди, а из железа, это было бы притяжением. Теперь, как это притяжение сравнить с отталкиванием, если оно не магнитное. Я спрашиваю это, чтобы мы могли получить представление о силе этого отталкивания.

Профессор Томсон : Я не сделал никаких сравнений усилий электроиндуктивного отталкивания и притяжения сердечником электромагнита. Однако можно сказать, что это очень хорошо сравнивается, только медная полоса использует энергию протекающего в ней тока.

Если по катушке течет переменный ток, а её железный сердечник тщательно разделен, чтобы избежать наведения токов в самом железе, получаем чистое и простое электромагнитное притяжение без потери энергии; но в случае с медной полосой, несомненно, при большой работе происходит потеря энергии из-за протекания сильных токов в проводнике

В случае же с отклоняющимся диском, диск спасает себя от этой потери, поворачиваясь и располагаясь под более или менее прямым углом. Только тогда, когда вы противостоите движению диска противовесом, потеря очень велика. Позвольте предмету двигаться, и он освобождает себя от стресса, покидая точку наибольшего стресса.

Г-н Пауэрс : У меня был очень интересный эксперимент, касающийся отставания от сильных токов, который я хотел бы довести до вашего сведения, и снова буду несколько личным в этом вопросе. В Трое мы изготавливаем динамо переменного тока, производящего постоянные токи. Это простое многополярное динамо, за исключением того, что якоря находятся в двух слоях, причем нейтральная точка на одном якоре соответствует максимальной точке на другом. Эти два якоря подсоединены к одному коммутатору, причем два стержня соединены с одним якорем, а следующие два стержня с другим; плюс одного и плюс другого, минус одного и минус другого; в связи с этим, при наложении щетки определенной ширины, мы получили любопытные результаты.

С помощью гальваники мы увеличивали ширину контакта до такой степени, что казалось, что мы собираем весь ток с обеих сторон якоря; другими словами, ток, казалось, был продолжен с каждой стороны якоря, так что мы практически собирали ток с обеих сторон. Как только мы получили токи высокого напряжения, мы потерпели неудачу. Без видимой задержки тока, какой бы она ни была, в ту минуту, когда мы увеличили напряжение тока до трех или четырех сотен вольт, мы полностью потерпели неудачу.

Но я хотел бы обратить ваше внимание на то, что мы могли бы сделать этот контакт значительной ширины и, очевидно, получить большую мощность от того же количества материала в машине при работе с низким напряжением, чем мы могли бы, когда мы получили слишком высокое напряжение и, по-видимому, существовала эта особенность отставания сильных токов, которую впервые поднял профессор Томсон.

Профессор Томсон: Я не думаю, что сильные токи запаздывают больше, чем слабые. Сильный ток - это не что иное, как обтекание нескольких более слабых токов. В замкнутой катушке это один и тот же ток, проходящий по виткам катушки много раз, а в полосе много таких токов проходят параллельно, и задержка должна быть одинаковой в обоих случаях. Я нахожу, например, что в этих экспериментах не имеет значения, использую ли я медное кольцо или замкнутую катушку или тонко намотанную катушку; я мог бы использовать провод номер 36, при условии, что я мог бы доставить столько же меди в то же пространство, что и провод номер 36, сколько смог бы получить с тяжелой массой меди. Это, конечно, я не могу сделать; но, если бы я мог, у меня не было бы ни малейшего сомнения, что токи электродвижущей силы, замкнутые на себя, будут иметь такое же отставание, что и замкнутые на себя сильные токи. В одном случае есть большая длина; в другом есть больший объем, оба из которых вызывают отставание тока. Вероятно, мистер Пауэрс работает с высокими потенциалами в одном случае и довольно низкими потенциалами в другом. Теперь, машина с высоким потенциалом - щекотливая штука, с которой все равно можно справиться. Вы не должны ни на мгновение запоздать с отрывом щеток от клемм катушки, иначе у вас возникнет вспышка и короткое замыкание коммутатора от одной точки к другой.

Я говорю о типе машины, на которую вы ссылаетесь. Однако низкопотенциальный ток позволяет нам значительно изменять точки коммутации, не вызывая искрения и вспышки. Вы, без сомнения, можете использовать дополнительное наложение щеток на машине с низким потенциалом, задействовав катушки в тот момент, когда они начинают работать или развивают очень низкую электродвижущую силу, и, выводя их из действия, когда они почти не развивают электродвижущую силу. Этого нельзя было бы сделать в машине такого типа с высокими потенциалами, потому что, если вы используете катушки вне времени их обладания электродвижущей силой, которая может просто «подпирать» цепь, у вас была бы вспышка; в прорези коммутатора будет чередование, которое вызовет обратный ток.

Мистер Пауэрс : Я говорил не о вспышках в коммутаторе, а о странном грохоте машины против самого себя; например, соотношение между десятью вольтами и ста вольтами на одной и той же машине, если вы решите соединить их напрямую, и одними и теми же щетками, даст вам эффект замедления и грохота, в то время как в другом случае щетки работают плавно и дают хорошие результаты.

Профессор Томсон : Я неправильно понял данный вопрос.

Г-н Пендлтон: Поднятый вопрос представлял для меня значительный интерес некоторое время назад. Различное действие при намагничивании дифференциального магнита в лампе, которую я изобрел три или четыре года назад, может быть несколько аналогично действию, которое обнаруживается в разнице между этими двумя вариантами. Это было необъяснимое действие, насколько я мог понять; но кто-то может объяснить причину этого. Обычная дифференциальная лампа с удлиненными полюсами, воздействующими на якорь, который управлял угольным стержнем, в течение нескольких недель бегала по цепи Электрической светотехнической компании США с хорошим преимуществом. Лампа работала хорошо, точка подачи и поляризация сердечников были правильными и работали очень удовлетворительно. Впоследствии у меня был повод поставить ту же лампу на ток высокого напряжения, и я обнаружил, что в утюге и лампе образовались последовательные полюса, хотя они работали, но в то же время работали в большом недостатке. Мистер Филд в то время осмотрел лампу; и в то время как он хорошо говорил о его механизме, однажды он заметил: «Пендлтон, у тебя есть ошибка в этой лампе». «Ну, - сказал я, - у меня есть, но как ты это выяснил?» «У меня были такие же трудности несколько лет назад при встрече с последующими полюсами». Затем я рассказал о своем опыте работы с лампой, которая при низком напряжении работала превосходно, и тогда последующие полюса не образовались.

Однако я исправил это, поместив на каждый сердечник два дифференциальных магнита - как бы на одну катушку, толстую проволоку и тонкую проволоку. Теперь, в этом действии, о котором говорят, между токами высокого и низкого напряжения, я обнаружил, что может быть некоторое сходство действия.

Я исправил это, но причину этого я так и не смог выяснить полностью, и я никогда не был в состоянии объяснить это. В вопросе намагничивания есть много вещей, о которых мы ничего не знаем, хотя они и просты .

От переводчика.

Обращает на себя внимание характер вопросов к профессору Э. Томсону от слушателей, профессионалов в своей области деятельности. Это лишь подтверждает справедливость высказывания:

" В фундаментальных экспериментах недостаточно указать цель, описать инструменты, с помощью которых она достигнута и просто добавить заверение, что получен ожидаемый результат. Наоборот, необходимо ввести точные детали эксперимента и сказать, как часто каждый эксперимент повторялся, какие модификации были сделаны, какое влияние они оказали на результат, чтобы вкратце сообщить в виде отчета все данные, которые способствуют нашему суждению о степени достоверности результатов ." Вебер, 1846 г