тные и радиационные потери, доводящие совокупные энергетические затраты, пожалуй, до 9,5 киловатта, в то время как выходная мощность составляет лишь 2,2 киловатта. Если этот приблизительный расчет достаточно близок к истине, суммарный коэффициент полезного действия всей установки 23 процента — это тот предел, какой можно ожидать от любого электростатического генератора такого типа.
Доказано, что при напряжении 5 000 000 вольт заряд на каждой сфере составляет 0,00145 кулона, но поскольку за секунду может проходить заряд величиной лишь 0,00022 кулона, потребуется 6,6 секунды для зарядки сфер до достижения максимально возможного потенциала. Я допускаю, что ток от распылителя поступает непрерывно, и он не является выпрямленным током, в противном случае отдача будет существенно меньше. Стримеры, исходящие от остроконечных электродов, считаются, по мнению многих, разновидностью коронного разряда, предполагающего незначительные потери энергии, но это суждение ошибочно. Это очень концентрированный разряд, к тому же настолько приближающийся по интенсивности к дуге, что иногда выделившаяся тепловая энергия накладывает ограничения на использование острий.
За неимением подробного описания невозможно точно определить рабочие характеристики этого сенсационного генератора, и фактические результаты могут отличаться от тех, на которые я указывал, но ненамного. Хотя выход энергии можно увеличить путем повышения напряжения на распылителе и большего количества разрядных и принимающих острий, существуют и ограничения. Совершенно очевидно, что такое хитроумное сооружение, каких бы крупных размеров оно ни было, представляется не более чем игрушкой по сравнению с промышленными установками, применяемыми для преобразования и передачи электрической энергии.
Ввиду этого, а также по причине низкого КПД его применение будет ограничиваться научными экспериментами, в которых практические результаты можно получить или путем применения слабого рабочего тока при высоком напряжении, или путем последовательных разрядов. Последний из названных способов представляется более перспективным, потому что при надлежащих условиях создается возможность разряжать сферы за промежуток времени, несравнимо более короткий, чем тот, который требуется на их зарядку, и это позволяет чрезвычайно увеличить интенсивность разрядов.
Любой прибор, работа которого зависит от статического электричества, перемещаемого движущейся лентой, подведет в сырую погоду, и, чтобы заставить его работать, необходимо иметь закрытое помещение, где воздушная среда должным образом кондиционирована. К тому же ленты имеют свойство разрушаться под воздействием озона, азотистой и азотной кислот, которые образуются при разрядах на остроконечных выступах.
Хотя в конструкцию и рабочие характеристики этого высоковольтного генератора не заложено ничего радикально нового, он тем не менее является определенным шагом вперед по сравнению с его предшественниками. Я, однако, считаю: то, что можно добиться с этим генератором благодаря преемственности исканий, может быть достигнуто, и даже с большим успехом, при использовании космических лучей. Более того, время, за которое заряженная частица перемещается от одного конца трубки до другого, столь коротко, что практически не имеет значения, является ток постоянным или переменным. Воспользовавшись последним, мы устраняем все ограничения в разности потенциалов и силы тока и, следовательно, интенсивности полезных эффектов, что и является основной целью.
Еще в 1899 году я проводил эксперименты при напряжении 18 000 000 вольт и в некоторых опытах я пропускал ток силой 1 100 ампер через воздух. Используя свои трансформаторы, беспрепятственно получал разность потенциалов 30 000 000 вольт или более того, а при теперешнем уровне развития технической мысли можно изготовить трубку или иное устройство, способное воспринимать весьма значительную энергию. Высказываю свое мнение не для того, чтобы дискредитировать электростатические генераторы, напротив, считаю, что когда появятся новые образцы и они будут в достаточной мере доработаны, их ожидает великое будущее.
На первый взгляд может показаться, что производительность такого генератора может быть удвоена путем использования свободной стороны ленты для удаления электричества с противоположным знаком. В этом случае отталкивание на одной стороне ленты будет уравновешиваться притяжением на другой, так что в идеале сферы могли бы заряжаться без энергетических затрат. Но это противоречит фундаментальным законам природы, и поэтому можно благополучно прийти к выводу, что такой проект нереален.
Статическое электричество можно в конечном счете приспособить для электропривода, и эта перспектива заманчива, принимая во внимание огромную выходную мощность такой машины при очень высоком напряжении. Генерирование с высоким КПД и управление энергией с такими характеристиками являются камнем преткновения в этой области. В качестве вызывающего интерес опыта можно выделить два блока описанного выше генератора и, таким образом, сымпровизировать электропривод. Это бы работало, но неэффективно.
Несмотря на полную очевидность того, что в этом аппарате заложены исключительно благоприятные рабочие характеристики для получения точных научных данных, весьма вероятно, что попытки расщепления атомного ядра и преобразования элементов принесут результаты сомнительной ценности. Конечно, большинство изобретателей и опытных специалистов, посвятивших себя решению этих иллюзорных задач, могли бы найти себе лучшее применение. Ядро представляет собой нейтральное тело, состоящее из плотно прилегающих одна к другой частиц того же вида, которые изначально были положительными и отрицательными. Когда ядро расщепляется, частицы вновь обретают свои заряды, все без исключения, и немедленно образуют нейтральные пары, так что мы напрасно старались. Глупо надеяться на пригодные к применению результаты от превращения [элементов], осуществляемого посредством такой бомбардировки ядер [элементарными частицами]. Если в этом направлении когда-нибудь и будет достигнут результат значительной ценности, это произойдет в случае применения квазиинтеллектуального фактора, вызывающего сортировку и систематизацию частиц и их упорядоченную расстановку, как это и положено при образовании новой структуры. Такой возможностью обладает катализатор, и это будет в конце концов освоено и успешно использовано для всевозможных целей.
Примечание автора. Пояснение к стр. 393.
Необходимое увеличение плотности можно определить с помощью несложного расчета. На распыляющих точках, благодаря их работе в постоянном режиме, найденное ранее значение 1,8333 не может измениться, но начиная с этого момента плотность будет возрастать, и в самой верхней части заряженного пространства она может равняться 1,8333 + а. Поскольку закон изменения совершенно не важен для этой переменной, можно допустить, что увеличение [плотности] пропорционально расстоянию от распыляющих точек. При таких условиях поперечная полоса ленты длиной один сантиметр, находясь на расстоянии X от центра сферы, будет иметь заряд
электростатических единиц. Следовательно, отталкивающая сила, проявляемая зарядом Q на терминале, будет равна
Этот интеграл легко решается путем разложения и дает значение
F = 2 756 352 — 1 088 367 а дин.
Механическая работа при обычной скорости ленты 3 000 сантиметров в секунду будет, следовательно, определяться как W = 0,8269056 + 0,3265101 а квт·с и должна приравниваться к электрической работе машины с током силой 0,00022 ампера при напряжении 5 000 000 вольт; а именно 1,1 квт·с для каждого терминала, так что
При такой избыточной плотности и распределении заряда, как изложено выше, полезная мощность обеих лент, выраженная в электрических единицах, составит 2,2 киловатта, что в точности соответствует КПД генератора с током силой 0,00022 ампера и напряжением на терминалах 10 000 000 вольт. Очевидно, что, подобно тому как вода находит свой горизонт, и этот баланс моментально устанавливается при любых рабочих условиях и реагирует на колебания величины заряда; другими словами, на снижение и повышение его поступательной скорости в соответствии с изменениями нагрузки.
«Scientific American», подшивка 150, № 3, 1934 г.
34Обращение Николы Теслы к учёным Америки
Инженеры не придают никакого значения статическому электричеству, которое генерируется в процессе трения ленты или другим способом. Они отмахиваются от этой проблемы, оставаясь при мнении, что эта энергия ничтожно мала. Это верно. Небольшая утечка воды из стыка большого низконапорного магистрального водопровода не имеет значения, но для насоса, предназначенного для весьма незначительной производительности при чрезвычайно высоком давлении, это имеет первостепенное значение. Точно так же происходит и с электричеством. [Движущаяся] лента или другое равнозначное устройство являют собой насос, способный, вопреки давлению, загонять мельчайшее количество электричества в конденсатор, увеличивая энергию до максимальной рабочей емкости применяемого аппарата. Таким образом, механическая энергия может трансформироваться в электрическую энергию в любом требуемом количестве, образуя постоянные и стабилизированные токи с напряжением во многие миллионы вольт.
Кроме того, что генератор Ван де Граафа ценен в качестве средства для проведения исследований, он будет полезен и для стимулирования опытов в этой запущенной, но многообещающей области науки и техники. Мое мнение о нем («Scientific American», март, 1934, с. 132) было обосновано в публикациях, где установка представлена в ее первоначальном виде. [В них] не предлагалось никаких значительных улучшений, не было ссылок на известные способы увеличения КПД. Согласно последнему сообщению, оптимальная эффективность составляет сейчас 20 киловатт, из чего я делаю вывод, что ленты эксплуатируются в среде с давлением выше атмосферного. Это очевидно, поскольку при мощности 10 киловатт на каждый блок плотность заряда на ленте, в соответствии с моими расчетами, должна составлять около 16,66 при распылении и 24,27 в месте всасывания, что слишком много для обычного режима работы. По всей вероятности, абсолютное давление от 30 до 35 фунтов на квадратный дюйм применяется для предотвращения утечки подвижного заряда. К этому методу впервые прибегнул Хемпел в 1885 году, а в 1891 году Леман провел с ним более тщательные исследования. Другие экспериментаторы подтвердили эти впервые полученные данные и доказали, что выходная мощность статического генератора пропорциональна давлению газа, в котором он работает.