Читаем без скачивания Лекции - Никола Тесла

Теперь принцип работы механизма легко понять. Сначала путем откручивания барашка t и отведения стопорного рычажка 5 освобождается колесо регулятора хода е, и затем запускается маятник, и когда колесо регулятора хода набрало нормальную скорость, стопорный рычажок S быстро возвращается на место и фиксируется, таким образом маятник получает механическое управление. Часовой механизм и ось s теперь движутся с периодически меняющейся скоростью, но диск D движется равномерно, так как кулачки pp., скользят по кромке шайбы w в промежутках, когда оборот оси 5 задерживается маятником. Однако, когда по прошествии некоторого времени, вследствие небольших, но имеющих место фрикционных потерь в воздухе и подшипниках, скорость движения диска замедляется и падает ниже уровня максимума, который ось s может ему придать, кулачки сообщают ему небольшой импульс и таким способом скорость вращения диска поддерживается на максимуме. С каждым колебанием маятника, таким образом, диск получает один импульс, и его скорость зависит от количества энергии, переданного ему каждым последующим импульсом. Это количество энергии, конечно, зависит от скорости вращения оси 5 в тот момент, когда колесо регулятора хода было отпущено, а поскольку эта скорость определяется весом гири, то скорость вращения диска можно в определенных рамках варьировать с ее помощью. Замечено, что диск вращается гораздо быстрее оси, но его скорость нетрудно настроить при помощи гири таким образом, чтобы он делал один оборот на одно колебание маятника. При производстве вращательных движений таким способом воздействие инерции диска на период колебания маятника ничтожно. Такого результата, конечно, нельзя было добиться, соединив ось с диском жестко, даже если применить быстрый спуск, как предлагалось ранее. Равномерность хода, таким образом, по крайней мере с практической точки зрения, не оставляет желать лучшего. Устройство можно было бы и усовершенствовать, установив диск на шариковом подшипнике, либо вращая его горизонтально на камнях. Но при таком движении фрикционные потери были очень малы, поскольку, внезапно заклинивая ось, диск совершал еще до ста оборотов до полной остановки, и такое усовершенствование показалось нецелесообразным. Вертикальное положение было, однако, выбрано потому, что позволяло удобнее производить наблюдения. Для того чтобы свести массу диска к минимуму, из алюминиевой пластины была вырезана окружность с тонкими спицами, на которую наклеена черная бумага, а все метки и деления были, естественно, белыми. Я выяснил, что удобнее всего нарисовать четкие круги с несколькими метками таким способом, чтобы можно было считывать информацию о колебаниях. В дополнение к этому я применил резиновую сегментную пластину N, укрепленную на штоке Т, с нанесенными делениями, для того чтобы считывать дробные данные и, соответственно, корректировать вращение в течение длительного периода времени. В непосредственной близости от диска помещалась вакуумная трубка или вместо нее искровой разрядник /, который соединялся со вторичной обмоткой небольшого трансформатора, первичная обмотка которого контролировалась механической или электромагнитной системой, колебания которых требовали определения. В процессе подготовки пружины с определенным периодом колебаний для одного из описанных приборов, например, пружина предварительно крепилась на приборе и его включали. Диск, прерывисто освещавшийся разрядами вторичной обмотки, отпускался и вращался до тех пор, пока не достигалась синхронность, причем количество оборотов считывалось при помощи белой метки Т. Физические параметры пружины затем изменялись после несложного подсчета первых результатов опыта, а во время второй попытки, как правило, колебания имели такой характер, что можно было использовать регулятор хода, и в целом, настройка заканчивалась, путем изменения веса молоточка пруяшны до тех пор, пока метки на диске, при нормальной скорости вращения, не устанавливались на одном месте.

Устройство, показанное на рисунке 13, очень удобно и экономит время при экспериментах во многих направлениях. При помощи такого устройства практически можно вращать предметы, имеющие значительную массу, с равномерной, управляемой скоростью, а также эксплуатировать контроллеры цепей, характериографы и иные приборы. Оно очень полезно при отслеживании кривых тока и эдс, а также разного рода диаграмм, и отлично помогает при исчислении различных физических параметров. Но наибольшая польза этого устройства при исследовании электрических колебаний заключается, возможно, в точном определении угловых скоростей динамо-машин, а в особенности генераторов переменного тока. Среди прочих величин есть в практике работы с переменными токами и их исследовании такие, которые приходится определять очень часто и которые даже в условиях лаборатории или мастерской, среди городских или фабричных помех, можно установить с достаточной точностью, в то время как остальные — лишь приблизительно, в особенности, как это часто случается, когда приходится прибегать к практическим методам измерения. Так, например, точное измерение сопротивления не составляет труда, равно как и измерение силы тока и эдс, хотя здесь степень точности гораздо ниже; но при определении емкости нетрудно сделать серьезную ошибку, и еще более серьезную — при измерении индуктивности, и, наконец, самую серьезную — при определении частоты. Повсюду используются такие неточные приборы, как спидометры и тахометры, и исследователь обычно очень разочарован тем, что точности результатов его длительных и кропотливых экспериментов нанесен ущерб невозможностью определения частоты. И хуже всего то, и так часто бывает, что частота и есть самый важный показатель. В свете вышесказанного описание метода определения угловых скоростей, взятого мной на вооружение, будет полезным.

Устройства, применяющиеся обычно, показаны схематично на рисунке 14 аб. На валу S (рисунок 14а) генератора укреплен коммутатор или контроллер цепи С, имеющий любое удобное количество секторов, в данном случае — восемь. Четыре из них — 1, 3, 5, и 7 — служат для замыкания цепи, в то время, как промежуточные — 2, 4, б и 8 — это полностью изолированные холостые сектора. Предположим, что генератор — это машина переменного тока и контакты t1t2 обмотки ротора, или любой обмотки или части ее, проходят сквозь полый вал, как это вполне может быть, и соединяются с диаметрально противоположными сегментами 3 и 7, а сегменты, расположенные к ним под прямым углом, то есть 1 и 5 замыкаются на провод ш›, имеющий крайне малое сопротивление. Две щетки b1b2, закрепленные подвижно обычным способом, движутся по поверхности контроллера С. Эти щетки соединены с контуром, который состоит из конденсатора с, соответствующей емкости и первичной обмотки р, имеющей несколько витков провода очень малой самоиндукции, и соединенной последовательно с конденсатором.

Работа этих приборов подобна той, что мы уже описывали. Когда начинает вращаться вал S, щетки b1b2 входят в контакт с секторами 1 и 3, и конденсатор заряжается до потенциала, который можно настроить при помощи сдвига фиксатора щеток. Конденсатор сохраняет определенный заряд до тех пор, пока щетки b1b2 не вступят в контакт с секторами 1 и 5, что вызывает колебательный разряд через первичную обмотку р, в результате чего во вторичной обмотке индуцируется сильный импульс тока, который моментально зажигает вакуумную трубку или искру в разряднике /, помещенном в непосредственной близости от диска D, вращающегося равномерно, как уже описано выше. По мере вращения контроллера щетки вновь входят в контакт с секторами 1 и 3, и всё повторяется, причем при каждом обороте вала происходит несколько импульсов в вакуумной трубке или в разряднике. В показанном на рисунке устройстве происходит всего два импульса на каждый оборот вала, но можно получить и большее их количество путем увеличения числа секторов и соединив их таким же образом. Следует заметить, что импульсы тока, которые поступают на конденсатор тогда, когда щетки b1b2 в контакте с теми секторами, которые соединены с обмоткой ротора, обычно не дают ощутимого эффекта на вторичной обмотке s. Так может произойти, если количество секторов будет очень большим, и это сразу станет заметным. Правильная настройка контура, через который разряжается конденсатор, конечно, желательна, но не необходима.

Когда ради удобства надо использовать ток ротора, как показано на рисунке 14а, тогда контроллер С оборудуется двумя скользящими контактами r1r2 (рисунок 146), по которым движутся две дополнительные щетки Ьр4. Последние тогда подключаются к источнику постоянного тока, как, например, обычная распределительная сеть, предпочтительно через катушку самоиндукции, которая служит для того, чтобы заряжать конденсатор до более высокого потенциала. Кольца r1.r2 просто подают к секторам 1 и 3 ток для заряда конденсатора, в противном случае в конструкции ничего не надо менять.