Двустороннее движение электричества. Тесла. Переменный ток - [25]
Катушка Румкорфа состоит из двух обмоток с сердечником из мягкой стали (С): первичная (А) обмотка из толстой изолированной проволоки состоит из всего лишь нескольких десятков витков, вторичная (В) — из очень тонкой, покрытой хорошим изолятором проволоки, имеет сотни и даже тысячи витков. Для работы с постоянным током катушка сделана как электромагнит, использующий электрический контакт (Е), закрепленный на металлическом ярме (D); контакт расположен с торца сердечника. Е включен последовательно с А. Когда на обмотку А подается постоянный ток, сердечник притягивает ярмо D. Контакт Е размыкается, ток перестает проходить по А, сердечник перестает притягивать D. Тогда ток от источника постоянного тока (G) снова начинает проходить по А, и так процесс запускается много раз. Ток становится пульсирующим, действует как переменный и индуцирует пульсирующий ток в обмотке В. Напряжение этого тока может составлять несколько сотен или тысяч вольт и зависит от соотношения количества витков на двух обмотках. Далее это напряжение подается на два контакта разрядника (Н). Первичная катушка и подключенный к ней последовательно контакт образуют подобие осциллятора, генерирующего импульсы постоянного тока на частоте, зависящей от механических характеристик электрического контакта (ярма, его упругости и так далее), но всегда равной нескольким десяткам импульсов в секунду. Каждый раз при размыкании Е образуются искры, становящиеся со временем причиной износа, поэтому параллельно добавляют конденсатор (F), функция которого заключается в устранении этих искр.
В первых устройствах использовался разрядник (по- английски spark-gap), состоящий из двух противопоставленных, как правило сферических электродов: между ними образовывался разряд при подаче на них напряжения, которое начинало превышать определенную величину электрической прочности воздуха, соответствующую расстоянию между электродами.
Искра вылетает из разрядника с очень высоким напряжением, порядка нескольких тысяч вольт (хотя данная величина зависит от степени разведения электродов), поэтому для питания контура необходим источник с высоким напряжением. В эпоху, когда Тесла разрабатывал первые катушки, единственным имеющимся источником высокого напряжения была индукционная катушка Румкорфа — предшественница современных трансформаторов, генерирующая высокое напряжение и пульсирующий ток от исходного постоянного тока. Эту катушку придумал в 1851 году французский инженер немецкого происхождения Генрих Даниэль Румкорф (1803-1877), хотя тогда переменный ток практически не использовался.
Первая часть катушки Теслы состоит из обычных элементов катушки Румкорфа (см. рисунок 7). Питание идет от основного источника постоянного тока (G), а вторичная обмотка (S) подключена к двум конденсаторам высокого напряжения (С). Стойки разрядника (А В) располагаются параллельно катушке перед конденсаторами, а контакты разрядника — металлические шарики диаметром меньше 3 см (хотя Тесла использовал для разрядников разные материалы и формы). Конденсаторы состоят из подвижных пластин, опущенных в масло. Чем меньше пластины, тем больше генерируемая частота первых катушек (так как емкость конденсатора меньше). Пластинки, кроме того, помогают компенсировать высокую самоиндукцию вторичной обмотки, добавляя ей емкость. Также на разрядник установлены пластинки из слюды (М), чтобы с их помощью получить поток воздуха, который тушит электрическую дугу, когда уменьшается напряжение между электродами и разряд становится более резким.
РИС. 7 Схема катушки Теслы.
С этого места начинается то, что считается непосредственно катушкой Теслы. Конденсаторы катушки Румкорфа соединены с цепью из двух обмоток (р), разделенных разрядником (b) и разделителем из твердого каучука. Каждая из обмоток выполнена из 20 витков проволоки, покрытой изолятором из каучуковых трубок толщиной 3 мм. Напротив обмоток первичной цепи находится вторичная обмотка (s), значительно более длинная, чем другие. Она состоит из 300 витков металлической проволоки, покрытой шелком и обернутой каучуковой трубкой, а концы ее вставлены в стеклянные трубки. К ним подключены электроды (К), в последующих моделях замененные тороидом, который часто идентифицируют с катушкой Теслы (см. рисунок 8 на следующей странице).
В позднейших устройствах катушка Румкорфа не использовалась, питание шло от высокочастотных трансформаторов с применением нескольких конденсаторов из бутылочного стекла, погруженных в масло, чтобы избежать потерь от разрядов. В отличие от обычных трансформаторов, в которых увеличение напряжения ограничено соотношением количества витков на первичной и вторичной обмотках, в катушке Теслы напряжение пропорционально квадратному корню соотношения первичной и вторичной индуктивности в связи с применением электрического резонанса.
РИС. 8
Идея о том, что необходимо погрузить высоковольтную установку в масло для изоляции, быстро распространилась и стала универсальной системой изоляции для всех аппаратов высокого напряжения. Для уменьшения сопротивления обмоток, значение которого увеличивается вместе с частотой до такой степени, что может стать сильным ограничивающим фактором для высоких частот, Тесла использовал закрученные проводники с двумя отдельными изолированными проводами. Ему постоянно не хватало времени запатентовать свои аппараты и методы, так что и эта находка распространилась, не предоставив своему создателю никаких выгод, а через несколько лет уже другие люди стали ее продавать. Скрученный провод сегодня известен как литцендрат.
