При столь высоких частотах как те, что упомянуты выше, эффекты конденсатора очень важны. Конденсатор становиться очень эффективным прибором, способным передавать значительную энергию.
Автор считал, что машины высокой частоты могут найти применение по крайней мере в случаях, когда не предполагается передача на большие расстояния. С помощью конденсаторов можно уменьшить рост сопротивления в проводниках и увеличить в устройствах, если нужны эффекты нагрева, можно сделать трансформаторы более эффективными, добиться более высоких мощностей и достичь значительных результатов. Работая с машинами высокой частоты автор смог наблюдать эффекты от использования конденсаторов, которые в противном случае могли избежать его внимания. Его очень заинтересовало явление, наблюдавшееся на электросети Ферранти, о котором так много говорили. Мнения высказывали знающие электротехники, но кажется, вплоть до настоящего дня все пока еще находятся в догадках. Без сомнений, в высказанных взглядах должна содержаться истина, но поскольку мнения различаются, часть из них должна быть ошибочной. Когда автор увидел диаграмму Ферранти в Электротехнике за 19 Декабря, у него сложилось мнение об этом эффекте. За отсутствием всех необходимых данных он должен удовлетвориться тем, что опишет на словах процесс, который, как он считает, несомненно и должен был происходить. Конденсатор привносит два эффекта: (1) Он меняет фазы токов в цепях; и (2) он меняет силу токов. Что касается изменений фазы, действие конденсатора состоит в том, что оно ускоряет ток во вторичной цепи в Дептфорде и замедляет в первичной в Лондоне. Первое влечет уменьшение самоиндукции в первичной в Дептфорде, а это означает меньшую электродвижущую силу динамо. Замедление в первичной цепи в Лондоне, если говорить только о фазе, имеет незначительный эффект или вообще никакого, потому что фаза тока во вторичной цепи в Лондоне не поддерживалась постоянной.
Далее, вторым эффектом конденсатора является увеличение тока в обеих цепях. Неважно, равны эти токи или нет; но необходимо сказать, чтобы увидеть важность Дептфордовского повышающего трансформатора, что увеличение тока в обеих цепях вызывает обратные эффекты. В Дептфорде это означает дальнейшее снижение электродвижущей силы в первичной цепи, а в Лондоне это означает повышение электродвижущей силы во вторичной. Таким образом, всё содействует появлению наблюдавшегося эффекта. Когда динамо подключено к сети непосредственно, можно увидеть, что никакого подобного эффекта происходить не может.
Автора особенно заинтересовали предположения и взгляды, выраженные М-ром Свинбурном. М-р Свинбурн часто оказывал ему почтение, не соглашаясь с его взглядами. Три года назад, когда автор, против преобладающего мнения инженеров, продвигал трансформатор с открытой цепью, М-р. Свинбурн был первым, кто критиковал его, когда писал в Electrician: "Этот трансформатор (Теслы) обязан быть неэффективным; его магнитные полюса вращаются, и поэтому у него не замкнута магнитная цепь". Два года спустя М-р Свинбурн становится поборником трансформатора с открытой цепью, и предлагает преобразовать его. Впрочем, tempora mutantur, et nos mutamur in illis^.
Автор не может поверить в теорию реакции якоря, изложенную в Industries, хотя несомненно в ней есть доля истины. Но толкование М-ра Свинбурна столь широко, что может означать что угодно.
М-р Свинбурн, кажется, был первым, кто привлек внимание к нагреванию конденсаторов. Изумление, выраженное по этому поводу талантливейшим электротехником — это поразительная иллюстрация желательности проведения экспериментов в большем масштабе. Научный исследователь, который имеет дело с мельчайшими величинами, кто наблюдает слабейшие эффекты, заслуживает доверия гораздо большего, нежели тот, кто экспериментирует с аппаратурой индустриального масштаба. На самом деле история науки увековечивает примеры непостижимого мастерства, терпения и проницательности исследований. Но каково бы ни было мастерство, какова бы ни была острота понимания исследователя, они могут только выиграть от увеличения эффекта, тем самым способствуя изысканиям. Если бы Фарадей выполнил хотя бы один из своих экспериментов по динамической индукции в большем масштабе, это могло бы принести неисчислимую выгоду.
По мнению автора, нагревание конденсаторов вызывается тремя различными причинами: первая — утечка или проводимость; вторая — несовершенство упругости диэлектрика, и третье — волнение зарядов в проводнике.
Во многих экспериментах автор сталкивался с проблемой передачи наибольшего возможного количества энергии через диэлектрик. Например, он делал лампы накаливания, в которых конца нитей накала были полностью запаяны в стекло, но подключены к обкладкам внутреннего конденсатора, так что всю энергию нужно было передавать через стекло при площади поверхности конденсатора не больше нескольких квадратных сантиметров. Эти лампы при достаточно высоких частотах имели бы практический успех. При переменах на уровне 15,000 в секунду нити легко раскалялись. При более низких частотах это тоже можно было выполнить, но разность потенциалов, конечно, надо было увеличить. Далее автор обнаружил, что через некоторое время в стекле появляются отверстия и вакуум нарушается. Чем выше частота тем дольше может выдержать лампа. Такой износ диэлектрика всегда имеет место, когда количество энергии, передаваемое через диэлектрик определенного размера и определенной частотой, слишком велико. Стекло выдерживает лучше всего, но даже стекло изнашивается. Конечно, в этом случае разность потенциалов на пластинах слишком велика, и вызывает потери на проводимость и несовершенную упругость. Если нужно сделать конденсаторы, способные выдерживать разности потенциалов, то единственный диэлектрик, который не приводит ни к каким потерям, — это газ под давлением. Автор работал с воздухом под огромными давлениями, но в этом направлении есть огромное количество практических трудностей. Он думает, что для того, чтобы сделать конденсаторы, имеющие значительную практическую пользу, следует использовать более высокие частоты, хотя такой план имеет помимо прочих тот недостаток, что система становится весьма неподходящей для работы моторов.
Если автор не ошибается, М-р Свинбурн предлагал способ возбуждения генератора переменного тока с помощью конденсатора. Много лет назад автор выполнил эксперименты, имевшие в виду целью получить практичный самовозбуждающийся генератор переменного тока. Он разными путями преуспел в получении определенного возбуждения магнитов посредством переменных токов, которые не переключались механическими устройствами. Тем не менее, его эксперименты выявили факт, твердый как скала Гибралтара. Никакое практическое возбуждение нельзя получить одним только периодическим изменяющимся и не переключающимся током. Причина в том, что изменения в силе возбуждающего тока вызывают соответствующие изменения в силе поля, что приводит к возбуждению токов в якоре; и эти токи являются помехой тем, которые производятся движением якоря через поле, при этом первые на четверть фазы опережают вторые. Если поле сделать ровным, не получится никакого возбуждения; если его не выравнивать, определенное возбуждение получается, но магниты нагреваются. Комбинируя два возбуждающих тока — смещенных на четверть фазы, — можно получить возбуждение в обоих случаях, и если магниты не выровнять, эффект нагрева будет сравнительно мал, поскольку поддерживается однородность силы поля, и, если бы можно было получить совершенно однородное поле, возбуждение такого вида дало бы достаточные практические результаты. Если эти результаты должен обеспечивать конденсатор, как предложил М-р Свинбурн, то нужно скомбинировать два тока, разделенные четвертью фазы; это то же, что сказать, что обмотки якоря должны быть намотаны в две укладки и подсоединены к одному или двум независимым конденсаторам. Автор проделал некоторую работу в этом направлении, но должен отложить описание устройств до будущих времен.
ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКИЕ ЧАСЫ*
Если тонкий, легко вращающийся и хорошо сбалансированный диск или цилиндр поместить в соответствующий гальванический раствор посредине между анодом и катодом, то одна половина диска станет электрически положительной, а другая половина — электрически отрицательной. Благодаря этому металл осаждается на одной и удаляется с другой половины, и диск приводится во вращение под действием силы тяжести. Поскольку количество металла, который осаждается и удаляется, пропорционально силе тока, то и скорость вращения, если она будет мала, пропорциональна току.
Первый прибор такого вида заработал у меня в начале 1888 в попытках сконструировать электрометр. Узнав, однако, что меня опередили другие, по крайней мере в том, что касается самого принципа, я изобрел прибор, приведенный на прилагающейся гравюре. Здесь F — прямоугольная рамка из твердой резины, закрепленная на деревянном основании. Рамка примерно 1/2 дюйма толщиной, 6 дюймов длиной и 5 дюймов высотой. На обеих ее вертикальных сторонах закреплены толстые металлические пластины, которые служат электродами. Эти пластины жестко удерживаются на резине зажимами T Т и T1T1. На боковых сторонах рамки закреплены латунные пластины, соответственно, В и В1, той же формы, что и резиновая рамка F. Эти латунные пластины служат для того, чтобы удерживать на своем месте две пластины из полированного стекла, и если под и над каждой пластиной проложить резиновую прокладку, то сосуд герметично запечатывается. При этом пластины можно прикручивать туго, не боясь их сломать.
Гальванический раствор, который в данном случае является концентрированным раствором медного купороса, заливается внутрь через отверстие в верхней части резиновой рамки, закрывающееся затычкой R.
В центре сосуда помещается легкий и тонко сбалансированный медный диск D, ось которого поддерживается капиллярной стеклянной трубкой, прикрепленной к одной из стеклянных пластин сургучом или другим веществом, на которое не действует жидкость. Чтобы насколько возможно уменьшить трение, в капиллярной трубке, которая служит в роли подшипника, находится капелька масла. Центр диска должен быть равноудален от обоих электродов. К одной стороне оси диска прикрепляется очень легкий указатель или стрелка, лучше из стеклянного волоска. На стеклянной пластинке, которая со стороны этой стрелки, находится окружность с обычными часовыми делениями, выгравированная на ней как на циф