Конечно, результат в значительной степени будет зависеть от сопротивления и геометрических размеров пути результирующего вихревого тока и скорости вращения; эти факторы, в частности, обусловливают замедление этого тока и его положение относительно поля. Определенной скорости будет соответствовать максимальное возбуждающее действие; тогда при возрастании скорости оно будет постепенно падать до нуля и в конце концов реверсировать, то есть результирующий эффект вихревого тока должен будет ослаблять поле. Это взаимодействие лучше всего продемонстрировать экспериментально, разместив обмотки возбуждения NS и N1S1 так, чтобы они свободно двигались на оси и располагались концентрически по отношению к оси диска. Если бы последний вращался, как и раньше, в направлении стрелки D, поле увлекалось бы в одном направлении с крутящим моментом, который до определенной точки будет нарастать вместе со скоростью вращения, затем спадать и, пройдя через нулевую отметку, в конце концов станет отрицательным; то есть поле начнет вращаться в обратном направлении относительно диска. Этот интересный результат наблюдался в опытах с электродвигателями переменного тока, в которых поле смещалось токами другой фазы. При очень низких скоростях вращения поля двигатель покажет крутящий момент в 900 фунто-футов или выше, который проявится на шпинделе диаметром 12 дюймов. Когда скорость вращения полюсов возрастала, крутящий момент уменьшался, доходил, в конце концов, до нуля, становился отрицательным, и тогда якорь начинал вращаться в противоположном относительно поля направлении.
Вернемся к основному вопросу. Допустим, что условия будут таковы, что вихревые токи, вызванные вращением диска, усиливают поле, и предположим, что поле постепенно перемещается, пока диск вращается с нарастающей скоростью. Ток, однажды возникнув, может затем быть достаточным, чтобы сохраниться и даже увеличить силу, и тогда мы получим то, что известно как «аккумулятор тока» сэра Уильяма Томсона. Но вышеизложенные соображения приводят к очевидному выводу: для успешного проведения эксперимента необходимо использовать неразделенный диск, ибо при наличии радиального деления вихревые токи не могут сформироваться и процесс самовозбуждения прервется. Если бы был использован такой радиально разделенный диск, возникла бы необходимость соединить деления с помощью токопроводящей скобы или любым другим подходящим способом, чтобы образовать симметричную систему замкнутых контуров.
Ил. 2
Ил. 3
Действие вихревых токов можно использовать для возбуждения машин любой конструкции. Например, на ил. 2 и 3 показана компоновка, при которой может возбуждаться машина с дисковым якорем. Здесь магниты NS, NS размещаются радиально на каждой стороне металлического диска D, имеющего по краю определенное количество изолированных катушек СС. Магниты образуют два обособленных поля, внутреннее и внешнее, при этом твердый диск вращается в ближайшем к оси, а катушки находятся в более удаленном от оси. Допустим, что магниты изначально слабо намагничены; под воздействием вихревых токов в твердом диске их возбуждение может возрасти настолько, что создает более сильное поле для периферийных катушек. Однако, несмотря на то что при соблюдении надлежащих условий машина, несомненно, может возбудиться тем или иным способом, имеется достаточно много полученных экспериментальным путем доказательств расточительности такого способа возбуждения.
Но такой тип униполярной машины или двигателя, какой показан на ил. 1, может эффективно возбуждаться просто при правильном разделении диска или цилиндра, в которых образуются токи, что дает реальную возможность избавиться от обычно применяемых катушек возбуждения. Такая схема представлена на рисунке 4. Предполагается, что диск или цилиндр D установлен таким образом, чтобы он мог вращаться между полюсами N и S магнита, который полностью закрывает его с обеих сторон, контуры диска и полюсы представлены в виде окружностей d и d1 соответственно, передний полюс не показан, чтобы было лучше видно. В середине магниты должны быть полыми, чтобы сквозь них могла пройти ось С диска. Если необозначенный полюс находится сзади, а диск вращается но часовой стрелке, ток будет проходить, как и прежде, от центра к краю окружности, и с помощью скользящих контактов ВВ1 он может поступать на ось и на окружность соответственно. В этом устройстве ток, проходящий сквозь диск и внешний контур, не будет оказывать заметного влияния на возбуждающий магнит.
Ил. 4
А теперь предположим, что на диск нанесены разделительные линии в виде спирали, как показано на ил. 4 сплошными и пунктирными линиями. Разность потенциалов между точкой на оси и точкой на окружности останется неизменной как по знаку, так и по величине. Единственное отличие будет состоять в том, что сопротивление диска возрастает и перепад напряжения от точки на оси к точке на окружности будет бóльшим, когда тот же ток будет проходить по внешнему контуру. Но поскольку ток вынужден придерживаться разделительных линий, мы увидим, что он будет способен то усиливать энергию поля, то ослаблять ее, и это будет зависеть, при прочих равных условиях, от направления разделяющих линий. Если разделение таково, как показывают сплошные линии на рисунке 4, то становится очевидным: если ток имеет направление, что и прежде, т. е. от центра к краю окружности, то его воздействие будет усиливать электромагнит, тогда как если разделение соответствует пунктирным линиям, генерированный ток будет ослаблять магнитное поле. В первом случае генератор сможет самовозбуждаться, когда диск вращается в направлении стрелки D, во втором случае направление вращения должно быть противоположным. Однако возможно соединение двух таких дисков. Два диска будут вращаться в противоположных полях в том же или в противоположном направлении.
Подобное можно, конечно, использовать в генераторах, в которых вместо диска вращается цилиндр. В таких униполярных генераторах можно обойтись без катушек возбуждения и без полюсов, как показано выше, и можно создать генератор, состоящий только из цилиндра или двух дисков, помещенных внутри металлического корпуса.
Ил. 5
Вместо спиралевидных разграничительных борозд на диске или цилиндре, как показано на ил. 4, удобнее вставить один или несколько витков между диском и контактным кольцом на окружности, как показано на ил. 5.
Динамо-машина Форбза, к примеру, может работать по такому принципу. В результате опытов автор пришел к заключению, что вместо обычных скользящих контактов для снятия тока с двух таких дисков выгоднее использовать гибкую проводящую ленту. В этом случае на дисках имеются широкие бортики с очень большой контактной поверхностью. Проводящая лента должна быть смонтирована таким образом, чтобы она могла опираться на бортики под упругим давлением для создания контакта. Два года тому назад автором было построено несколько машин с ленточными контактами, которые удовлетворительно работали. Но из-за недостатка времени работа в этом направлении была временно приостановлена. Ряд интересных находок, описанных выше, автор использовал в связи с некоторыми типами двигателей, работающих от переменного тока.
«The Electrical Engineer», Нью-Йорк, 2 сентября 1891 г.
14
О рентгеновских лучах (1)
Человек не может смотреть на небольшую лампу Крукса без чувства, близкого к благоговению, когда он размышляет о том, сколь много было совершено в науке с ее помощью. Это, во-первых, великолепные результаты, полученные ее создателем; затем выдающаяся работа Ленарда и, наконец, удивительные достижения Рентгена. Кроме того, она, вероятно, несет в себе демоническую благодарность Асмодея, который будет выпущен из своей тесной темницы удачливым ученым. Временами мне и самому слышался шепот, и я начинал усердно рыться в своих пыльных колбах и бутылках. Боюсь, мое воображение вводило меня в заблуждение, но они всё еще здесь, мои пыльные колбы, и я всё еще прислушиваюсь, полный надежд.
Повторив превосходные эксперименты профессора Рентгена, я направил все свои силы на исследование природы излучений и совершенствование способов их получения. Нижеследующее является кратким и, надеюсь, полезным описанием применявшихся методов и наиболее выдающихся результатов, достигнутых в этих двух направлениях.
Чтобы получить наиболее интенсивные излучения, мы должны сначала принять во внимание, что, какова бы ни была их природа, они неизбежно зависят от интенсивности катодных потоков. Последние, в свою очередь, зависят от величины потенциала; отсюда следует: желательно применять максимально достижимое электрическое напряжение.