Обратная связь
|
Лекция 2: Эксперименты с переменными токами очень высокой частоты и их применение к методам искусственного освещения. Лекция прочитана перед студентами американского института электротехники, в колледже Колумбия, Нью Йорк, 20 Мая, 1891 г.
Нет предмета более увлекательного, более достойного изучения, чем природа.
Понять этот великий механизм, открыть действующие силы и законы, которые им управляют — вот высшая цель человеческого разума.
Природа хранит во вселенной бесконечную энергию.
Вечный приемник и передатчик этой бесконечной энергии — эфир.
Признание существования эфира, а также функций, которые он выполняет — вот один из важнейших результатов современных научных исследований.
Один только отказ от идеи действия на расстоянии, предположение существования среды, заполняющей собой все пространство и связующей всю грубую материю, избавило умы мыслителей от извечного сомнения, и, открыв новые горизонты — новые непредвиденные возможности, — возродило живой интерес к давно знакомым нам явлениям.
Это явилось великим шагом на пути понимания сил природы и их многообразного проявления перед нашими чувствами.
Для просвещенного ученого физика это было тем же, что для варвара — понимание устройства огнестрельного оружия или парового двигателя.
Явления, на которые мы привыкли смотреть как на некие чудеса, неподдающееся объяснению, теперь предстают перед нами в ином свете.
Разряд индукционной катушки, свечение лампы накаливания, проявления механических сил электрических токов и магнитов — теперь уже не за пределами нашего понимания; наблюдение этих явлений теперь вместо непонимания наводит наш разум на мысли о простом механизме, и хотя о его доподлинной природе можно пока лишь строить догадки, все же мы знаем, что истина уже недолго будет сокрыта от нас, и инстинктивно чувствуем, как на нас понимание нисходит.
Мы все так же восхищаемся этими красивыми явлениями, необыкновенными силами, но мы уже более не бессильны перед ними; мы можем в определенной мере объяснить их, и мы надеемся в конце концов разгадать эту тайну, которая окружает нас.
Насколько глубоко мы сможем постичь окружающий нас мир.
Эта мысль волнует каждого исследователя природы.
Несовершенство наших ощущений не дает нам понять невидимое строение материи, и астрономия — эта величайшая и точнейшая из естественных наук, может лишь описывать происходящее непосредственно рядом с нами; мы ничего не знаем о далеких уголках безграничной вселенной, с её бесчисленными звездами и светилами.
Но сила духа может вести нас далеко за пределы восприятия наших чувств, и мы можем надеяться, что даже эти неизвестные миры — безгранично маленькие и большие — в определенной мере откроются нам.
И все равно, даже если бы достигли этих знаний, пытливый ум нашел бы препятствие, возможно, непреодолимое совершенно, к истинному пониманию того, что кажется существующим, только лишь видимость чего и есть единственный и очень шаткий фундамент всей нашей философии.
Из всех форм неизмеримой, всепроникающей природной энергии, которая беспрестанно и постоянно меняется и движется, и подобно душе оживляет инертную вселенную, электричество и магнетизм являются самыми пленительными.
Действие гравитации, тепла и света мы наблюдаем ежедневно, быстро привыкаем к ним, и очень скоро они перестают удивлять и восхищать нас; но электричество и магнетизм, с их загадочной взаимосвязью, с их, по- видимому, дуалистическим характером, уникальным среди всех сил природы, с их феноменами притяжений, отталкиваний и вращений, странными проявлениями таинственных агентов, возбуждают ум и стимулируют к размышлениям и исследованиям.
Реклама открывается в следующей вкладке
Оплаченная Реклама:
- Как стать программистом
- Успей сегодня зарабрать много денег, играя! ..
- Видеочат рулетка UnChat
- Интернет магазин с Феноменальным Доходом..
- Globus - заработок для вас! Без вложений..
- Росфото
- Ростелеком
- Замечательная компания для заработка! Присоед..
- Payeer - просто и удобно
- Заработок 3000 руб. в день на автомате, начин..
Что есть электричество и что есть магнетизм?
Эти вопросы задаются снова и снова.
Над этой проблемой неустанно бились самые талантливые умы, но вопрос так пока и не получил полного ответа.
Но хотя даже и сегодня мы не можем сформулировать, что же есть эти необычные силы, все же мы существенно продвинулись в направлении решения данной проблемы.
Сейчас мы уверены в том, что электрическое явление и магнетизм являются составляющими эфира и, возможно, мы найдем доказательства утверждению, что действия статического электричества — это действие эфира под давлением, а явления динамического электричества и электромагнетизм — это действие эфира в движении.
Но и это предположение не дает ответа на вопрос, — что же такое электричество и магнетизм.
Прежде всего, конечно же, выясним, что такое электричество, и существует ли такая сущность, как электричество?
Истолковывая электрические явления мы можем говорить об электричестве, или электрическом условии, состоянии или воздействии.
Если мы говорим об электрических воздействиях, то мы должны различать два вида такого рода воздействий, противоположных по характеру и нейтрализующих друг друга, так как исследования показывают существование этих двух противоположных воздействий.
И это неизбежно, т.к. в среде со свойствами эфира мы, не можем вызвать напряжение или произвести какое-либо перемещение или движение без того, чтобы не вызвать в окружающей среде равнозначное и противоположное действие.
Но если мы говорим об электричестве, как о сущности, то мы должны, я полагаю, отказаться от идеи о существовании двух электричеств, поскольку существование двух таких сущностей крайне маловероятно.
Возможно ли представить себе существование двух сущностей, равных друг другу по величине, похожих по свойствам, но противоположного характера, причем обе прилипают к материи, обе обладают притягиваются и полностью нейтрализуют друг друга?
Подобное предположение, несмотря на то, что многие явления наводят на эту мысль, и что иногда очень удобно именно таким образом их объяснять, мало чем привлекает.
Если есть такая сущность как электричество, то она может существовать только одна, и еще, возможно, ее избыток или недостаток; но более вероятно, что положительный и отрицательный признаки определяет ее состояние.
Старая теория Франклина, хотя и имеющая недостатки в некоторых отношениях, с определенной точки зрения является наиболее правдоподобной. И все же, несмотря на все это, теория о существовании двух электричеств в целом принимается, т.к. она объясняет электрические явления наиболее удовлетворительно.
Но теория, лучше всего объясняющая факты, совсем необязательно является верной.
Искусные умы придумывают теорию, которая соответствует наблюдениям, и почти у каждого независимого мыслителя будет своя собственная точка зрения на предмет.
Моя цель не просто высказать мнение, мне хочется лучше познакомить вас, хотя бы коротко, с некоторыми результатами, которым я собираюсь описать, чтобы показать ход моих рассуждений, отправные точки, с которых я рискнул двинутьс я вперед, а также представить мнения и суждения, которые привели меня к этим результатам.
Я совершенно уверен в том, что существует сущность, которую мы привыкли называть электричеством.
Вопрос в том, что это за сущность? Или какую из всех сущностей, о существовании которых мы знаем, мы с наибольшими основаниями можем назвать электричеством?
Мы знаем, что оно ведет себя, как не сжимающаяся жидкость; что в природе должно существовать его постоянное количество; что его нельзя ни создать, ни уничтожить; и что самое главное, электромагнитная теория света и все рассмотренные научные факты приводят нас к выводу о том, что явления электричества и эфира идентичны.
Таким образом, сразу возникает мысль, что электричество может называться эфиром.
На самом деле, эта идея в определенном смысле выдвигалась Доктором Лоджем.
Его интересную работу прочли все, и многих его аргументы убедили.
Высокая одаренность Доктора Лоджа и занимательная суть предмета очаровывают читателя; но когда спадает первое впечатление, читатель понимает, что ему предложили не более чем оригинальные объяснения.
Я должен признаться, что не могу поверить в два электричества и еще меньше верю я в существование "двойного" эфира.
Загадочность поведения эфира, когда он ведет себя как твердое тело по отношению к волнам света и тепла и как жидкость по отношению к движению тел сквозь него, конечно, наиболее понятно и удовлетворительно объясняется, по предложению сэра Уильяма Томсона, тем, что он, эфир, находится в движении.
Тем не менее, не взирая на это, не существует оснований, которые позволили бы нам уверенно заключить, что хотя жидкость не может передавать поперечные вибрации в нескольких сот или тысяч в секунду, она не сможет передавать подобные вибрации, если они будут в диапазоне сотен миллиона миллионов в секунду.
Также никто не может доказать и, что есть поперечные волны эфира, испускаемые машиной переменного тока, дающей небольшое количество перемен в секунду; для таких медленных вибраций, эфир, если он находился в состоянии покоя, может вести себя как истинная жидкость.
Возвращаясь к нашему предмету, и не забывая о том, что существование двух электричеств; по меньшей мере крайне маловероятно, мы должны помнить о том, что у нас нет никаких доказательств существования электричества, и мы не можем надеяться получить их, если нет грубой материи.
Таким образом, электричество не может быть названо эфиром в широком смысле этого понятия; однако, ничто не может воспрепятствовать тому, чтобы назвать электричество эфиром, соединенным с материей, или связанным эфиром.
Говоря другими словами, что так называемый статический заряд молекулы — это эфир, определенным образом соединенный с молекулой.
Рассматривая предмет в этом свете, мы были бы вправе сказать, что электричество имеет отношение ко всем молекулярным взаимодействиям.
Сейчас мы можем только строить догадки, что в точности есть эфир, окружающий молекулы, и чем он отличается от эфира вообще.
Он не может отличаться по плотности, так как эфир несжимаем; поэтому он должен находиться под неким напряжением или в движении, и последнее наиболее вероятно.
Для того, чтобы понять его функции, нужно точное представление о физическом строении материи, о чем мы, конечно же, можем составить только мысленный образ.
Но изо всех точек зрения на природу, только та, которая предполагает существование одной материи и одной силы, и совершенное единообразие во всем, является наиболее научной и с наибольшей вероятностью истинной.
Бесконечно малый мир, с молекулами и их атомами, вращающимися и движущимися по орбитам, во многом подобно небесным телам, несущими с собой, а вероятно и вращающими вместе с собой, эфир, или другими словами, несущими с собой электростатические заряды, представляется мне наиболее вероятной точкой зрения, и такой, которая правдоподобным образом объясняет большинство из наблюдаемых явлений.
Вращение молекул и их эфира вызывает напряжения эфира или электростатические деформации; уравнивание напряжений эфира вызывает движения эфира или электрические токи, а орбитальные движения молекул производят действия электро- и постоянного магнетизма.
Около пятнадцати лет назад Профессор Рауланд продемонстрировал самый интересный и важный факт, а именно, что движущийся статический заряд порождает эффекты электрического тока.
Опуская рассмотрение точной природы механизма, который производит притяжение и отталкивание токов, и представляя себе электростатически заряженные молекулы в движении, мы исходя из этого экспериментального факта можем получить ясное представление магнетизме.
Мы можем представить себе линии или трубки физически существующей силы, состоящие из рядов направленно движущихся молекул. Можно видеть, что эти линии должны быть замкнутыми, иметь тенденцию к сжатию и расширению и т.п.
Это также разумно объясняет самое загадочное из всех явлений — постоянный магнетизм, и в целом обладает всеми достоинствами теории Ампера не имея при этом ее рокового недостатка, а именно, предположения о молекулярных токах.
Не вдаваясь далее в этот предмет, мне бы хотелось сказать, что я рассматриваю все явления: электростатическое, ток и магнетическое, как существующие благодаря электростатическим молекулярным силам.
Вышеизложенные замечания я полагаю необходимыми для полного понимания предмета в том виде, как он представляется мне.
Из всех этих явлений самым важным для изучения является явление тока, потому что уже сегодня применение потоков в промышленных целях широко распространено и быстро растет.
После создания первого практического источника тока прошло сто лет, и все это время явления, которые сопровождает течение токов, тщательно изучалось; и благодаря неустанным усилиям ученых мужей были открыты простые законы, которые управляют этими явлениями.
Но эти законы хорошо работают, только когда токи носят постоянный характер.
Когда же токи быстро изменяются по силе, то наблюдается совсем другие явления, часто совсем неожиданные, и становятся справедливыми совершенно другие законы, которые до сих пор еще не изучены столь полно, как того бы хотелось, хотя благодаря исследованиям преимущественно английских ученых были уже получены важные знания по данному предмету, которые дают нам возможность разбирать простые случаи, встречающиеся в ежедневной практике.
Явления, присущие меняющемуся характеру токов, существенно усиливаются, когда возрастает скорость изменения, поэтому исследование этих токов значительно облегчается при использовании специально созданного аппарата.
Я ориентировался на эту и другие цели, когда создавал машины переменного тока, способные давать более двух миллионов обращений тока в минуту и, главным образом благодаря этому обстоятельству я могу представить вашему вниманию некоторые полученные к настоящему моменту результаты, которые, как я надеюсь, станут шагом в продвижении вперед по причине их прямого отношения к одной из самых важных проблем, а именно, созданию практического и эффективного источника света.
Исследование быстро переменяющихся токов очень интересно.
Почти каждый эксперимент открывает что-то новое.
Многие результаты, конечно же, можно предсказать, но неожиданных гораздо больше.
Экспериментатор делает множество интересных наблюдений.
К примеру, мы берем кусочек металла и подносим его к магниту.
Начиная с низких чередований, становящихся все чаще и чаще, мы ощущаем импульсы, сменяющие друг друга быстрее и быстрее, становясь при этом слабее и слабее, и в конце концов исчезающие.
Затем мы наблюдаем постоянное притяжение; притяжение, конечно, не является непрерывным, оно только кажется нам таковым; наши чувство осязания несовершенно.
Далее, мы можем установить дугу между электродами и наблюдать, при росте чередований, как звук, присущий переменным электрическим дугам, становится все пронзительнее и пронзительнее, постепенно ослабевает и наконец прекращается.
Воздушные вибрации, конечно же, продолжаются, но они очень слабы для восприятия; наше чувство слуха подводит нас.
Мы наблюдаем незначительные физиологические эффекты, быстрое нагревание железных сердечников и проводов, любопытные индукционные эффекты, интересные эффекты конденсатора, и еще более интересные световые явления при высоком напряжении индукционной катушки.
Все эти эксперименты и наблюдения представляют огромный интерес для студента, но их подробное описание увело бы меня слишком далеко от главного предмета.
Отчасти по этой причине, а отчасти вследствие их огромной важности, я ограничусь описанием световых явлений, производимых этими токами.
Для этой цели в экспериментах используется индукционная катушка высокого напряжения или эквивалентный аппарат для преобразования токов сравнительно низкого напряжения в токи высокого напряжения.
Если вам в достаточно мере будут интересны результаты, то я расскажу вам, как подойти к экспериментальному изучению этого предмета; если вы уверитесь в истинности аргументов, которые я выдвину, то вашей целью будет получение высоких частот и высокого напряжения; другими словами, мощных электростатических эффектов.
Вы встретите множество трудностей, которые, если их полностью преодолеть, позволят добиться поистине удивительных результатов.
Первой встретится трудность получения нужных частот с помощью механического аппарата, а если они получаются иным способом, то встают препятствия другого характера.
Следующей трудностью будет обеспечение необходимой изоляции, без существенного увеличения размеров аппарата, потому что требуемые потенциалы высоки, и в связи с быстротой колебаний изоляция представляет определенную трудность.
Так, например, присутствие газа может привести, из-за бомбардировки молекул газа и, как следствие, нагрева, к разряду даже через дюйм лучшего твердого изоляционного материала, таких как стекло, эбонит, фарфор, сургуч и т.п.; в действительности, через любой известный изоляционный материал.
|
|