Лекция Элиу Томсона по основам элетродинамики 1885 год. Часть3.
 Фото профессора Томсона в молодости.
Та простота, с которой изложен материал профессором Элиу Томпсоном, в том числе и о явлении так называемого "вторичного" магнитного поля и которое "увидеть" и как следует изучить визуально, измерить какими либо приборами до сих пор пока не удалось никому, поистине впечатляет. Конечно, Ни Никола Тесла, ни профессор Томпсон не говорили о вторичном магнитном поле, они говорили про "вторичное индуцированное поле" (см. рис.12) и знали про паразитное действие токов фуко, возникающих при возникновении магнитного поля (первичного). Это сейчас различные "яйцеголовые" ученые написали бы по поводу этого много математических закономерностей, понятных только им самим. А может и им самим непонятными. А у профессора Томпсона все просто и воспроизвести опыты можно даже в рамках обычного школьного кабинета физики или труда, нужно всего то кусок металла и моток проволоки..
В части 1 и части 2 мы узнали о некоторых особенностях магнитного поля. Я специально разбил лекцию на части, материал достаточно большой, требует определенного времени, да и как мне кажется, не стоит сразу "впихивать" в себя много информации, дабы потом не охладеть к изучению темы.
 Рис.10
 Рис.11
When one of the conductors, as B, Fig. 10, composed of a disk, or, better, of a pile of thin copper disks, or of a closed coil of wire, is mounted on an axis, X, transverse to the axis of coil, C, through which coil the alternating current passes, a deflection of B to the position indicated by dotted lines will take place, unless the plane of B is at the start exactly coincident with that of C. If slightly inclined at the start, deflection will be caused as stated. It matters not whether the coil, C, incloses the part, B, or be inclosed by it, or whether the coil, C, be pivoted and B fixed, or both be pivoted. In Fig. 11 the coil, C, surrounds an iron wire core, and B is pivoted above it, as shown. It is deflected, as before, to the position indicated in dotted lines.
Когда один из проводников, как B, рис. 10, состоит из диска, или, что лучше, из кучи тонких медных дисков или из замкнутой катушки провода, установлен на оси X, поперечной к оси катушки C, через которую проходит переменный ток, будет происходить отклонение B в положение, обозначенное пунктирными линиями, если только плоскость B в начале не совпадает с плоскостью C. Если она слегка наклонена в начале , отклонение будет вызвано, как указано. Не имеет значения, охватывает ли катушка C деталь, B, или она должна быть в ней включена, или катушка C поворачивается и B фиксируется, или оба они поворачиваются. На фиг. 11 катушка C окружает сердечник из железной проволоки, а B поворачивается над ней, как показано. Он, как и прежде, отклоняется в положение, обозначенное пунктирными линиями.
It is important to remark here that in cases where deflection is to be obtained, as in Figs. 10 and 11, B had best be made of a pile of thin washers or a closed coil of insulated wire instead of a solid ring. This avoids the lessening of effect which would come from the induction of currents in the ring, B, in other directions than parallel to its circumference.
Здесь важно отметить, что в тех случаях, когда необходимо получить прогиб, как на рис. 10 и 11, B лучше всего сделать из кучи тонких шайб или замкнутой катушки из изолированного провода вместо твердого кольца. Это позволяет избежать ослабления эффекта, который может быть вызван индукцией токов в кольце B в других направлениях, отличных от его окружности.
We will now turn our attention to the explanation of the actions exhibited, and afterward refer to their possible applications. It may be stated as certainly true that were the induced currents in the closed conductor unaffected by any self-induction, the only phenomena exhibited would be alternate equal attractions and repulsions, because currents would be induced in opposite directions to that of the primary current when the latter current was changing from zero to maximum positive or negative current, so producing repulsion; and would be induced in the same direction when changing from maximum positive or negative value to zero, so producing attraction.
 Рис12.
This condition can be illustrated by a diagram, Fig. 12. Here the lines of zero current are the horizontal straight lines. The wavy lines represent the variations of current strength in each conductor, the current in one direction being indicated by that portion of the curve above the zero line, and in the other direction by that portion below it. The vertical dotted lines simply mark off corresponding portions of phase or succession of times.
Теперь мы обратим наше внимание на объяснение выставленных действий, а затем обратимся к их возможным применениям. Можно с уверенностью утверждать, что, если бы индуктивные токи в замкнутом проводнике не подвергались воздействию какой-либо самоиндукции, единственными выставленными явлениями были бы чередующиеся равные притяжения и отталкивания, поскольку токи могли бы индуцироваться в противоположных направлениях от тока первичного тока, когда последний ток изменялся от нуля до максимального положительного или отрицательного тока, вызывая отталкивание; и был бы вызван в том же направлении при изменении от максимального положительного или отрицательного значения до нуля, таким образом вызывая притяжение.
Это условие может быть проиллюстрировано диаграммой, рис. 12. Здесь линии нулевого тока - это горизонтальные прямые. Волнистые линии представляют изменения силы тока в каждом проводнике, причем ток в одном направлении обозначен этой частью кривой над нулевой линией, а в другом направлении - этой частью под ней. Вертикальные пунктирные линии просто обозначают соответствующие участки фазы или последовательности времен.
Here it will be seen that in the positive primary current descending from m, its maximum, to the zero line, the secondary current has risen from its zero to m¹, its maximum. Attraction will therefore ensue, for the currents are in the same direction in the two conductors. When the primary current increases from zero to its negative maximum, n, the positive current in the secondary closed circuit will be decreasing from m¹, its positive maximum, to zero; but, as the currents are in opposite directions, repulsion will occur. These actions of attraction and repulsion will be reproduced continually, there being a repulsion, then an attraction, then a repulsion, and again an attraction, during one complete wave of the primary current. The letters, r, a, at the foot of the diagram, Fig. 12, indicate this succession.
In reality, however, the effects of self-induction in causing a lag, shift, or retardation of phase in the secondary current will considerably modify the results, and especially so when the secondary conductor is constructed so as to give to such self-induction a large value. In other words, the maxima of the primary or inducing current will no longer be found coincident with the zero points of the secondary currents. The effect will be the same as if the line representing the wave of the secondary current in Fig. 12 had been shifted forward to a greater or less extent. This is indicated in diagram, Fig. 13. It gives doubtless an exaggerated view of the action, though from the effects of repulsion which I have produced, I should say it is by no means an unrealizable condition.
Здесь будет видно, что в положительном первичном токе, спускающемся от максимума m до нулевой линии, вторичный ток вырос с нуля до максимума m¹. Следовательно, будет притяжение, поскольку токи в двух проводниках имеют одинаковое направление. Когда первичный ток увеличивается от нуля до его отрицательного максимума, n, положительный ток во вторичной замкнутой цепи будет уменьшаться с m¹, его положительного максимума, до нуля; но, поскольку токи находятся в противоположных направлениях, произойдет отталкивание. Эти действия притяжения и отталкивания будут непрерывно воспроизводиться, причем во время одной полной волны первичного тока будет отталкивание, затем притяжение, затем отталкивание и снова притяжение. Буквы r, a в нижней части диаграммы, рис. 12, указывают на эту последовательность.
В действительности, однако, эффекты самоиндукции в возникновении задержки, сдвига или замедления фазы во вторичном токе значительно изменят результаты, и особенно, когда вторичный проводник сконструирован так, чтобы давать такую самоиндукцию большое значение. Другими словами, максимумы первичного или индуцирующего тока больше не будут совпадать с нулевыми точками вторичных токов. Эффект будет таким же, как если бы линия, представляющая волну вторичного тока на рис. 12, была смещена вперед в большей или меньшей степени. Это показано на диаграмме, Рис. 13. Это дает, несомненно, преувеличенное представление о действии, хотя из-за вызванных мною эффектов отталкивания я должен сказать, что это отнюдь не невыполнимое условие.
It will be noticed that the period during which the currents are opposite, and during which repulsion can take place, is lengthened at the expense of the period during which the currents are in the same direction for attractive action. These differing periods are marked r, a, etc., or the period during which repulsion exists is from the zero of the primary or inducing current to the succeeding zero of the secondary or induced current; and the period during which attraction exists is from the zero of the induced current to the zero of inducing current.
But far more important still in giving prominence to the repulsive effect than this difference of effective period is the fact that during the period of repulsion both the inducing and induced currents have their greatest values, while during the period of attraction the currents are of small amounts comparatively. This condition may be otherwise expressed by saying that the period during which repulsion occurs includes all the maxima of current, while the period of attraction includes no maxima. There is then a repulsion due to the summative effects of strong opposite currents for a lengthened period, against an attraction due to the summative effects of weak currents of the same direction during a shortened period, the resultant effect being a greatly preponderating repulsion.
It is now not difficult to understand all the actions before described as obtained with the varied relations of coils, magnetic fields, and closed circuits. It will be easily understood, also, that an alternating magnetic field is in all respects the same as an alternating current coil in producing repulsion on the closed conductor, because the repulsions between the two conductors are the result of magnetic repulsions arising from opposing fields produced by the coils when the currents are of opposite directions in them.
Thus far I have applied the repulsive action described in the construction of alternating current indicators, alternating current arc lamps, regulating devices for alternating currents, and to rotary motors for such currents. For current indicators, a pivoted or suspended copper band or ring composed of thin washers piled together and insulated from one another, and made to carry a pointer or index has been placed in the axis of a coil conveying alternating currents whose amount or potential is to be indicated. Gravity or a spring is used to bring the index to the zero of a divided scale, at which time the plane of the copper ring or band makes an angle of, say, 15 degrees to 20 degrees with the plane of the coil. This angle is increased by deflection more or less great, according to the current traversing the coil. The instrument can be calibrated for set conditions of use. Time would not permit of a full description of these arrangements as made up to the present.
Следует отметить, что период, в течение которого токи противоположны, и в течение которого может иметь место отталкивание, удлиняется за счет периода, в течение которого токи находятся в одном и том же направлении для привлекательного действия. Эти отличающиеся периоды обозначены как r, a и т. Д., Или период, в течение которого существует отталкивание, составляет от нуля первичного или индуцирующего тока до последующего нуля вторичного или индуцированного тока; и период, в течение которого существует притяжение, составляет от нуля индуцированного тока до нуля индуцирующего тока.
Но гораздо важнее, тем не менее, уделять первостепенное внимание эффекту отталкивания, чем эта разница в эффективном периоде, является тот факт, что в течение периода отталкивания как индуцирующий, так и индуцированный токи имеют свои наибольшие значения, в то время как в течение периода притяжения токи имеют небольшие величины сравнительно. Это условие может быть выражено иначе, говоря, что период, в течение которого происходит отталкивание, включает в себя все максимумы тока, в то время как период притяжения не включает в себя максимумы. Затем возникает отталкивание из-за суммирующих эффектов сильных противоположных токов в течение удлиненного периода, против притяжения из-за суммирующих эффектов слабых токов одного и того же направления в течение укороченного периода, результирующий эффект является сильно преобладающим отталкиванием.
Теперь нетрудно понять все ранее описанные действия как полученные с различными соотношениями катушек, магнитных полей и замкнутых цепей. Также будет легко понять, что переменное магнитное поле во всех отношениях такое же, как катушка переменного тока при возникновении отталкивания в замкнутом проводнике, поскольку отталкивания между двумя проводниками являются результатом магнитных отталкиваний, возникающих в результате возникновения противоположных полей. катушками, когда токи в них противоположных направлений.
До сих пор я применял отталкивающее действие, описанное в конструкции индикаторов переменного тока, дуговых ламп переменного тока, устройств регулирования переменного тока и вращающихся двигателей для таких токов. Для токовых индикаторов на оси катушки, передающей переменные токи, количество или потенциал которой размещен, поворачивается или подвешивается медная полоса или кольцо, состоящее из тонких шайб, сложенных вместе и изолированных друг от друга и выполненных с возможностью перемещения указателя или указателя. быть указанным. Гравитация или пружина используются для приведения индекса в ноль разделенной шкалы, когда плоскость медного кольца или полосы образует угол, скажем, от 15 градусов до 20 градусов с плоскостью катушки. Этот угол увеличивается за счет более или менее значительного отклонения в зависимости от тока, проходящего через катушку. Инструмент может быть откалиброван для установленных условий использования. Время не позволило бы дать полное описание этих договоренностей, составленное до настоящего времени.
 рис 13.
In arc lamps the magnet for forming the arc can be composed of a closed conductor, a coil for the passage of current, and an iron wire core. The repulsive action upon the closed conductor lifts and regulates the carbons in much the same manner that electro magnets do when continuous currents are used. The electro-inductive repulsive action has also been applied to regulating devices for alternating currents, with the details of which I cannot now deal.
For the construction of an alternating current motor which can be started from a state of rest the principle has also been applied, and it may here be remarked that a number of designs of such motors is practicable.
One of the simplest is as follows: The coils, C, Fig. 14, are traversed by an alternating current and are placed over a coil, B, mounted upon a horizontal axis, transverse to the axis of the coil, C. The terminals of the coil, B, which is wound with insulated wire, are carried to a commutator, the brushes being connected by a wire, as indicated. The commutator is so constructed as to keep the coil, B, on short circuit from the position of coincidence with the plane of C to the position where the plane of B is at right angles to that of C; and to keep the coil, B, open-circuited from the right-angled position, or thereabouts, to the position of parallel or coincident planes. The deflective repulsion exhibited by B will, when its circuit is completed by the commutator and brushes, as described, act to place its plane at right angles to that of C; but being then open-circuited, its momentum carries it to the position just past parallelism, at which moment it is again short-circuited, and so on. It is capable of very rapid rotation, but its energy is small. I have, however, extended the principle to the construction of more complete apparatus. One form has its revolving portion or armature composed of a number of sheet iron disks wound as usual with three coils crossing near the shaft. The commutator is arranged to short-circuit each of these coils in succession, and twice in a revolution, and for a period of 90-degrees of rotation each. The field coils surround the armature, and there is a laminated iron field structure completing the magnetic circuit. I may say here that surrounding the armature of a dynamo by the field coils, though very recently put forth as a new departure, was described in various Thomson-Houston patents, and to a certain extent all Thomson-Houston machines embody this feature.
В дуговых лампах магнит для формирования дуги может состоять из замкнутого проводника, катушки для прохождения тока и сердечника из железной проволоки. Отталкивающее воздействие на замкнутый проводник поднимает и регулирует углерод почти так же, как электромагниты, когда используются постоянные токи. Электроиндуктивное отталкивающее действие также применялось к устройствам регулирования переменного тока, с деталями которых я сейчас не могу разобраться.
Для создания двигателя переменного тока, который может быть запущен из состояния покоя, также был применен принцип, и здесь можно отметить, что ряд конструкций таких двигателей является практически осуществимым.
Одним из самых простых является следующее: катушки, C, рис. 14, пересекаются переменным током и размещаются над катушкой B, установленной на горизонтальной оси, поперечной к оси катушки C. Терминалы катушки B, которая намотана изолированным проводом, переносятся на коммутатор, щетки соединяются проводом, как указано. Коммутатор сконструирован таким образом, чтобы удерживать катушку B на коротком замыкании от положения совпадения с плоскостью C до положения, когда плоскость B находится под прямым углом к плоскости C; и удерживать обмотку В, разомкнутую от прямоугольного положения или около этого, до положения параллельных или совпадающих плоскостей. Отклоняющее отталкивание, проявляемое B, когда его контур замыкается коммутатором и щетками, как описано, действует так, чтобы расположить свою плоскость под прямым углом к плоскости C; но, будучи затем разомкнутым, его импульс переносит его в положение только после параллелизма, когда он снова замыкается и т. д. Он способен к очень быстрому вращению, но его энергия мала. Я, однако, распространил принцип на конструирование более совершенного аппарата. Одна форма имеет свою вращающуюся часть или якорь, состоящий из нескольких дисков из листового железа, намотанных, как обычно, тремя катушками, пересекающимися возле вала. Коммутатор выполнен с возможностью короткого замыкания каждой из этих катушек последовательно, дважды по обороту и на период поворота 90 градусов каждая. Полевые катушки окружают якорь, а магнитная цепь дополняет структура из слоистого железа. Я могу здесь сказать, что окружение якоря динамо полевыми катушками, хотя совсем недавно это выдвигалось как новый отход, было описано в различных патентах Томсона-Хьюстона, и в определенной степени все машины Томсона-Хьюстона воплощают эту особенность.
 Рис.14
Figs. 15 and 16 will give an idea of the construction of the motor referred to. CC' are the field coils or inducing coils, which alone are put into the alternating current circuit. II is a mass of laminated iron, in the interior of which the armature revolves, with its three coils, B, B², B³, wound on a core of sheet iron disks. The commutator short-circuits the armature coils in succession in the proper positions to utilize the repulsive effect set up by the currents which are induced in them by the alternations in the field coils. The motor has no dead point, and will start from a state of rest and give out considerable power, but with what economy is not yet known.
Рис. 15 и 16 даст представление о конструкции упомянутого двигателя. CC '- это катушки возбуждения или индуктивные катушки, которые сами включены в цепь переменного тока. II - это масса многослойного железа, внутри которого вращается якорь с тремя катушками, B, B², B³, намотанными на сердечник из дисков из листового железа. Коммутатор последовательно замыкает катушки якоря в соответствующих положениях, чтобы использовать эффект отталкивания, создаваемый токами, которые индуцируются в них чередованиями в полевых катушках. Двигатель не имеет мертвой точки и будет запускаться из состояния покоя и выдавать значительную мощность, но с какой экономией пока не известно.
 Рис.16
| |
|
| |
| Просмотров: 246 | |
Рис. 15| Всего комментариев: 0 | |