Читать онлайн «Лекции». Страница 70

Одно из них, например, при помощи сжатого Воздуха или пара добиться колебаний свободного поршня, который жестко соединен с обмоткой или сердечником электрогенератора. Когда поршень двигался возвратно-поступательно, создавался переменный ток, который пропускался через конденсатор или через первичную обмотку трансформатора, в этом случае вторичная обмотка последнего соединялась с выводами конденсатора. При соблюдении условия, что воздух или пар подавались только в течение короткого промежутка времени, когда поршень находился в срединном положении, а колебания электромагнитной системы, состоявшей из конденсатора и возбуждающей катушки, тщательно настраивались таким образом, чтобы имел место базовый резонанс, было обнаружено, что при таких условиях электромагнитная система полностью контролировала колебания поршня и что изменения в подаче жидкости, которые могли привести к изменению амплитуды колебаний, могли быть очень серьезными, но это не приводило к изменению периода вибраций механической системы, поэтому полученный ток имел строго определенный и постоянный период колебаний. В дальнейшем он по-разному использовался для получения равномерного вращения.

Еще один способ получить такой же результат, но более практичный — вырабатывать токи различных фаз посредством паровой машины особой конструкции, где возвратно-поступательное движение поршней, выполняющих работу, и соединенных с ними магнитных сердечников или обмоток контролируется свободным золотниковым клапаном, период колебаний которого устанавливается в постоянном положении при помощи механических средств или при помощи электромагнитной системы, как и в ранее описанном примере. Синхронный двигатель переменного тока, работающий от двух- или трехфазных токов вращается настолько равномерно, что приводит в действие механизм довольно точных часов.

Я могу упомянуть некоторые другие способы решения проблемы, которые, хотя и не являются настолько же удовлетворительными, всё же оказывались удобными и полезными во многих случаях. Например, мотор постоянного тока с листовым статором или без сердечника соединен последовательно с конденсатором через коллектор или прерыватель, укрепленный в полости легкого ротора. Этот прибор сконструирован таким образом, что он попеременно замыкает и размыкает контакты конденсатора, как и в вышеописанных устройствах. Когда контакты конденсатора замкнуты, через мотор проходит сильный импульс тока, а когда контакты размыкаются разряд тока высокого напряжения устремляется в конденсатор. Но количество энергии и продолжительность обоих импульсов, а также всех, что проходят через мотор, в основном зависят от самоиндукции обмоток мотора и емкости конденсатора, и поэтому, имея определенный диапазон варьирования приложенной эдс, мало зависят от последней. Следовательно двигатель, имеющий незначительные потери на трение и управляемый подобным образом, совершает за единицу времени почти одинаковое число оборотов. Скорость наиболее постоянна, чем сильнее контролирующее воздействие электромагнитной системы, которое, конечно, наиболее полно, когда количество импульсов, емкость и самоиндукция были настроены таким образом, что достигался базовый резонанс. Как уже ранее говорилось, в большинстве этих новейших устройств такие условия соблюдаются и — применяются ли там вращающиеся прерыватели, или контрольные пружины — именно они, эти условия, в той или иной степени способствуют эффективности описанного принципа. Именно по этой причине контактные пружины в таких приборах не подвержены гармоникам, как это часто случается в обычных катушках индуктивности, работающих от сети питания, где физические константы обычно таковы, что такие настройки невозможны.

Следует отметить, уже давно известно, что мотор постоянного тока, питающийся от источника тока, прерывающегося с одинаковыми интервалами, показывает четкую тенденцию работать с постоянной скоростью, но с включением конденсатора и четкой настройкой соответствующих указанных параметров эта тенденция сильно укрепляется и таким образом можно достичь достаточно постоянной скорости, чтобы применять устройство разными способами. Вместо того чтобы использовать прерывистые импульсы, практичнее вращать отдельную катушку, либо намотанную поверх мотора, либо на втором роторе, и пропускать переменный ток, возбужденный в такой катушке через конденсатор. Для достижения удовлетворительного результата важно определить константы таким образом, чтобы количество энергии, накопленное в конденсаторе было как можно большим.

В то время, как подобные приборы были созданы, обнаружилось, однако, что они не соответствуют многим из тех задач, которые поставлены лабораторными исследованиями, и исходя из этого был создан прибор, который показан на рисунке 13 аб. Он доказал свою незаменимость и пользу во время опытов и его описание будет совсем нелишним. В разрезе показан тщательно собранный часовой механизм с обычным регулятором хода е, шестернями ддд и секундным маятником Р. Небольшая ось s, несущая диск D большого диаметра, соединяется с часовым механизмом посредством ведущей шестерни р, имеющей надлежащее количество зубьев, такое, чтобы придать оси скорость вращения, необходимую для производства наблюдений. Итак,

чтобы вращать диск с постоянной скоростью, пришлось преодолеть некоторые трудности, хорошо известные часовым мастерам. Основная трудность обусловлена тем, что вращение оси s, которую контролирует регулятор хода e, с равными интервалами задерживающий шестерни ggg, происходит не с равномерной, а периодически меняющейся скоростью, значение которой меняется от нуля до максимума, в зависимости от заводной гири W. Вследствие этого, когда диск D большого диаметра жестко сцеплен с часовым механизмом, он оказывает сильное воздействие на маятник по причине инерции, которую он обязательно имеет, и изменяет период колебания маятника в зависимости от величины инерции. Известно, что такая проблема существует даже в тех случаях, когда пошаговое движение практически устраняется, как, например, в часовом механизме с центробежным регулятором или циркулярным маятником, где медленные колебания производятся путем воздействия движущейся массы на регулирующий механизм.

Некоторые производители часов предложили применять упругое соединение между движимым телом и регулятором хода, хотя это и не решает проблему коренным образом. С другой стороны, в попытке преодолеть эту трудность, используется быстродействующий регулятор хода, где сокращены периоды покоя, и, следовательно, влияние инерции вращаемого тела на период колебания маятника, в результате чего задача не решается полностью и, кроме того, устройство не отвечает целям наблюдения. А именно: желательно, чтобы диск D вращался в нормальном состоянии один или два раза в секунду, в зависимости от того, секундный или полусекундный маятник используется в устройстве. Если дело обстоит именно так, то экспериментатор может иметь четкое представление о постоянстве скорости, наблюдая за меткой т на диске и замечая, что она занимает определенное фиксированное положение по отношению к маятнику в соответствующей фазе колебаний. Более того, в таком случае проще и удобнее вычислить количество колебаний.

Тогда четко выявилась задача вращать диск D или иное тело с любой потребной постоянной скоростью таким образом, чтобы маятник не испытывал серьезного воздействия, даже если это тело обладает значительной инерцией. Наилучшее решение этой проблемы пришло следующим образом. На конце оси s (рисунок 136) была укреплена металлическая деталь f в форме креста, на двух противоположных концах которой имелись зажимные кулачки р1р2, а на других — две легкие пружины rfr2, которые слегка прижимали кулачки к кромке шайбы w, которая, в свою очередь, имела очень мелкие зубцы, или зазубринки, расположенные сбоку, как у шестерней регулятора хода. Гайка w свободно вращалась на оси, а к ней крепился диск D. Кулачки pfp2 имели острые края, которые совпадали с зубчиками гайки и с их помощью диск мог свободно вращаться на оси s в направлении, указанном стрелками, но вращению в обратном направлении мешали кулачки.

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.