МАГНЕТИЗМ В ЕГО СВЯЗИ С НАВЕДЕННОЙ ЭЛЕКТРОДВИЖУЩЕЙ СИЛОЙ И ТОКОМ

Scientific American Supplement, № 711, 17 августа 1889 г., издательство Different, входит в серию книг HackerNoon. Вы можете перейти к любой главе этой книги здесь. МАГНЕТИЗМ В ЕГО СВЯЗИ С НАВЕДЕННОЙ ЭЛЕКТРОДВИЖУЩЕЙ СИЛОЙ И ТОКОМ.

МАГНЕТИЗМ В ЕГО СВЯЗИ С НАВЕДЕННОЙ ЭЛЕКТРОДВИЖУЩЕЙ СИЛОЙ И ТОКОМ.

Элайу Томсон.

Возможно, нет предмета, который в настоящее время может представлять больший интерес для физиков, электриков и инженеров-электриков, чем тот, который возглавляет эту статью. Прогресс, достигнутый в исследовании с его чисто теоретической или научной стороны, а также большой технический прогресс в использовании известных фактов и принципов, касающихся магнитной индукции, могут лишь углубить и усилить этот интерес.

Со стороны чистой теории мы видим усердный сбор экспериментальных данных, которые должны быть представлены на рассмотрение самых способных и блестящих умов, для изучения и рассуждений в надежде найти какой-то ключ к удовлетворительным объяснениям, а со стороны практики мы находим поиск новых фактов и отношений не менее усердным, хотя часто стимулируемым практическими проблемами, предлагаемыми для решения. Действительно, срочность получения результатов часто выше с практической стороны, поскольку теория может подождать, а практика — нет, по крайней мере, в Соединенных Штатах.

Мы должны искать дальнейших побед в обоих направлениях, и самым желанным из всего будет создание теории или объяснения, которое позволит нам интерпретировать магнитные и электрические явления. Недавние прекрасные эксперименты Герца с магнитными волнами открыли благодатную область для исследований.

Казалось бы, изучение магнетизма и электричества даст нам возможность исследовать эфир пространства, о среде которого теоретизировали очень долго, в результате чего он останется там, где он был раньше, - загадочная необходимость.< /п>

Фарадей говорит, говоря о магнетизме:

«Такое действие может быть функцией эфира, поскольку вполне вероятно, что, если бы эфир существовал, он мог бы иметь и другие применения, помимо простой передачи излучений». 3075. Том. III., Эксп. Рез.

«Это может быть вибрация гипотетического эфира или состояние напряжения этого эфира, эквивалентное либо динамическому, либо статическому состоянию» и т. д. 3,263. Том. III., Эксп. Рез.

Фарадей снова говорит, говоря о магнитной силе вакуума:

«Что это за окружающая магнитная среда, лишенная всякой материальной субстанции, я не могу сказать, возможно, это эфир». 3277. Том. III., Эксп. Рез.

Современные взгляды, казалось бы, указывают на то, что посредством изучения магнитных явлений мы можем получить слабую власть над универсальным эфиром. Магнетизм — это действие или состояние этой среды, и вполне возможно, что электрические действия являются выражением молекулярных нарушений, вызванных напряжениями или помехами эфира. Тесные отношения, которые, как показано, существуют между магнетизмом и светом, имеют тенденцию усиливать такие взгляды. В самом деле, не было бы слишком большим ожидать, что, если механика эфира когда-либо будет разработана, мы обнаружим, что связь между явным теплом и электрическими токами будет столь же близкой, как связь света с магнетизмом, возможно, в конечном итоге найдем формы материя, элементы и соединения являются более сложными проявлениями универсальной среды — агрегатами, находящимися в устойчивом равновесии. Признаюсь, это трудная концепция, весьма туманная и несовершенная, однако факты и выводы, подтверждающие такую ​​точку зрения, не лишены.

Наша наука об электричестве, по-видимому, находится почти в том же состоянии, в каком была химия до того, как работы Лавуазье пролили свет на химическую теорию. Наш запас фактов ежедневно увеличивается, и, казалось бы, разрозненные явления приводятся в гармоничные отношения. Возможно, построение полной теории будет только начато в наше время, возможно, процесс строительства будет очень постепенным, но я не могу удержаться от убеждения, что разум человека, если у него будет время, продолжит свое развитие до тех пор, пока такая структура существует.

Я был вынужден сделать эти общие ссылки на теорию электричества, чтобы подчеркнуть тот факт, что в настоящей статье не предпринимается попытка разгадать тайну, а, скорее, изложено несколько соображений по предмету, представляющему всепоглощающий интерес.

Представление Фарадея о существовании магнитных силовых линий, представляющих направления магнитной деформации или натяжения в среде, не только не утратило своей полезности до настоящего времени, но и постоянно приносило большую пользу пониманию магнитных явлений. явления. Нам не нужно тратить время на то, чтобы показать, как это сделали Фарадей и другие, что эти линии всегда представляют собой замкнутые цепи, поляризованные так, что направление линий не может быть изменено на противоположное без изменения действия. Нам также не нужно тратить время на то, чтобы показать, что в любой среде линии взаимно отталкиваются в поперечном направлении, если они имеют одинаковое направление поляризации. Этой тенденции к разделению или боковой диффузии магнитной силы противостоит сильная очевидная тенденция линий укорачиваться в любой среде. Эти действия распределяются посредством представления лучшего средства, например железа, а не пространства или воздуха. Силовые линии перейдут в лучшую среду, очевидно, имея постоянную тенденцию к уменьшению сопротивления на своем пути.

Своеобразная и загадочная природа сред, таких как железо, заключается в том, что они допускают необычайное скопление линий из-за небольшого сопротивления их прохождению через нее. Кроме того, нам не нужно делать больше, чем просто сослаться на другие хорошо известные факты возникновения электрического тока, образующего магнитные линии, окружающие проводник, как на общий тип, который включает все формы магнитного поля или электромагнитов, поддерживаемых токами. , и факт развития, когда магнитные линии или цепи и материальные массы находятся в относительном движении электродвижущих сил поперек направления линий магнетизма, а также поперек направления относительного движения, как в случае с электрическими проводниками, пересекающими или прорезание поля, или поле, пересекающее или перемещающееся по проводнику. Нельзя забывать, что даже изоляторы, как и проводники, разрезающие силовые линии, имеют в себе развитую электродвижущую силу. Это действие просто создает разность потенциалов, и это генерирует ток там, где существует цепь. Хотя мы привыкли говорить, что проводник, движущийся по полю линий или наоборот, генерирует электрический ток, я считаю это утверждение неполным. Движение лишь создает разность потенциалов, а мощность, затраченная на осуществление движения, генерирует C × E. Ток — это энергия за вычетом потенциала, или затраченная энергия дает два эффекта: потенциал, или давление, и ток, или скорость движения. Следовательно, изолятор или разомкнутый проводник, пересекающий поле, не потребляет энергии, а только создает разность потенциалов. Тем не менее, как будет показано, сами магнитные цепи или линии могут обеспечивать энергию для собственного движения по проводнику и, таким образом, развивать как ток, так и потенциал.

Это происходит в попытке линий сократить свой путь, уменьшить плотность, перейти к лучшим средам. Действительно, внимательное изучение покажет, что везде, где энергия расходуется на создание тока в цепи и разрезание силовых линий, затраченная энергия сначала используется на растяжение линий, которые, таким образом, получают энергию, необходимую для того, чтобы позволить им, при сокращении, разрезать проводник и устанавливают токи в электрической цепи в соответствии с разностью потенциалов, развивающейся в этой цепи, и ее сопротивлением.

Я думаю, что мы можем также сказать, хотя я не помню, чтобы видел такое утверждение, что всякий раз, когда электрический потенциал создается индуктивно, как при самоиндукции, взаимной индукции, индукции от одной цепи к другой и индукции от магнитов или магнитное поле, оно создается движением силовых линий в поперечном направлении поперек тела, массы или проводника, в котором развивается потенциал, и это всякий раз, когда в проводе возникает ток, или существующий ток продлевается, или существующий ток проверяется посредством индукции, самоиндукции или индукции магнитов действие представляет собой передачу энергии, представленную напряженными силовыми линиями, укорачивающими или уменьшающими их сопротивление, или удлиняющими и увеличивающими сопротивление на их пути. Магнитное поле похоже на упругую пружину — в одном состоянии оно может представлять собой запасенную энергию — оно может быть напряжено и будет накапливать энергию — его можно заставить ослаблять напряжение и передавать энергию.

Рассмотрим некоторые известные явления в этом свете. Возьмем случай простого провода, передающего ток, скажем, по линии, удаленной от наблюдателя, рис. 1. Существует свободное поле кругового магнетизма (так называемое), отклоняющееся от провода и изображаемое концентрическими круги увеличенного диаметра. Превосходная интенсивность или сила линий возле провода также может быть представлена ​​их толщиной. Это часто проявляется также в сгущении линий вблизи провода, хотя я склонен рассматривать рис. 1 как более точно выражающий это состояние, если только мы не будем рассматривать линии просто как указание на своего рода атмосферу магнитного воздействия, плотность которой становится меньше. когда мы идем наружу от провода, и в этом случае достаточно любой формы символа. Направление поляризации линий может быть указано стрелкой, указывающей в направлении правостороннего вращения на пути линий. Это типичная фигура или выражение для всех форм простой магнитной цепи — форма линий, их длина, положение, плотность будут зависеть от формы проводника или проводников (если их больше одного) и материалов, окружающих или находящихся в них. близость к проводу или проводам.

Если ток, проходящий через проводник, постоянен, магнитное поле вокруг него стабильно и статично, если только другие воздействия не изменят его. Прекращение тока сопровождается нестабильностью поля, вследствие чего оно может и должно вызывать динамические эффекты. Я говорю должен, потому что поле представляет собой накопленную энергию, и при исчезновении должно отдать эту энергию. Пролить свет на эту часть предмета — одна из задач настоящей статьи. Отключение подачи тока в предполагаемом случае оставляет без поддержки развитые магнитные линии или деформации. Они сразу же укорачивают свои пути или контуры, как бы сжимаясь на проводнике, и, продолжая это действие, разрезают сечение проводника и, по-видимому, исчезают в магнитных замкнутых цепях бесконечно малого диаметра, но с большой силой поляризации. Мне кажется, что мы должны либо быть готовы отказаться от идеи силовых линий, либо занять позицию, согласно которой магнитные цепи сами по себе укорачиваются, укорачиваются, исчезают и перерезают проводник. Именно Хьюз выдвинул идею о том, что железный стержень, теряя свой видимый магнетизм, на самом деле закорачивает линии сами по себе как бесчисленные сильно намагниченные замкнутые цепи между молекулами. Становясь снова магнитными, эти короткие замыкания размыкаются или удлиняются в воздух под действием какого-либо источника энергии, применяемого для напряжения линий, например тока в проводнике вокруг стержня.

Не может ли эта идея быть расширена и включать в себя магнитную среду, сам эфир? Содержит ли он сильно поляризованные замкнутые цепи магнетизма, готовые растягиваться или расширяться при определенных условиях за счет приложения энергии, которая возвращается при коллапсе расширенных цепей? Несомненно, это всего лишь грубое выражение реального состояния вещей, поскольку линии являются лишь символами состояния напряжения в среде, которое невозможно представить в мыслях, поскольку мы ничего не знаем о его истинной природе. В этой связи есть один момент, который я должен подчеркнуть. Напряженные линии, рис. 1, являются признаком запасенной энергии в эфире, и линии не могут исчезнуть, не выдав эту энергию. Обычно он проявляется как дополнительный ток и добавляется, чтобы продлить ток, который удлиняет линии, когда предпринимается попытка отключить такой ток. Если бы можно было представить, что ток можно было бы отключить и включить провод в разомкнутую цепь, в то время как линии все еще оставались разомкнутыми или напряженными, энергия все равно должна была бы уйти, когда поле исчезнет. Тогда он создавал бы настолько высокий потенциал, что можно было бы разряжать концы проводника, и если бы проводник был некоторого сечения, часть энергии была бы затрачена на создание в нем местных токов. Поле не могло бы исчезнуть без выхода энергии, которую оно представляет. Но мы не можем отключить ток в проводе, чтобы оставить провод разомкнутым, а линии магнитной цепи остаются вокруг него без железа, стали или чего-либо подобного в магнитной цепи. Однако мы можем приблизиться к этому состоянию, очень быстро разорвав цепь с помощью конденсатора ограниченной емкости вокруг разрыва. Это делается в первичной обмотке катушки Румкорфа; конденсатор образует своего рода тупик для дополнительного тока, который начинает течь из первичной обмотки. Но конденсатор заряжает и резервирует и останавливает разряд из первички, даже давая обратный ток. Однако магнитные силовые линии схлопываются, что приводит к огромному потенциалу, создаваемому во вторичной катушке.

Уберите вторичную катушку, чтобы перекрыть этот выход, энергия расходуется на железный сердечник и первичную катушку. Уберите железный сердечник, и энергия намагничивания воздушного или эфирного сердечника расходуется на провод первичной обмотки и, возможно, в некоторой степени также на диэлектрик конденсатора. Дополнительный ток становится в этом случае колебательным разрядом очень большого периода вперед и назад через первичную катушку от конденсатора, пока энергия не теряется в виде тепла C2 × R. Это преобразование, несомненно, становится еще более быстрым из-за неравномерного распределения тока и вихревых токов, возникающих в проводе катушки.

Только что приведенные соображения касаются потери поля или укорочения и кажущегося исчезновения магнитных линий или цепей, что приводит к самоиндукции или увеличению потенциала при разрыве. Когда ток возбуждения медленно отключается или уменьшается, энергия постепенно передается проводу, вызывая повышение потенциала во время снижения; и тогда разрушение и перерезание провода разрушающимися цепями или линиями происходит более постепенно.

Пусть ток возвращается в провод после исчезновения магнетизма, и линии снова как бы исходят из провода и в то же время разрезают его и создают в нем встречный потенциал, который является показателем отвода энергии из цепи. , и накапливается в виде упруго напряженных линий магнетизма вокруг проводника. Эффект заключается в самоиндукции при возникновении или увеличении тока, причем мерой количества является энергия, запасенная в магнитных цепях, которые были растянуты или разомкнуты током. Чем больше ток и чем короче путь линий, образующихся вокруг оси проводника, тем больше запасается энергии. Следовательно, проводник круглого сечения имеет наибольшую самоиндукцию, трубка того же сечения - меньше с увеличением ее диаметра, плоская полоса - меньше с увеличением ее ширины и уменьшением толщины, разделенный проводник - гораздо меньше, чем одиночный проводник той же формы и раздел. Разделение жил разделенного проводника увеличивает длину магнитных путей вокруг него и, таким образом, уменьшает самоиндукцию. Яркий пример этого последнего факта был обнаружен при передаче очень сильных переменных токов очень низкого потенциала на расстояние около трех футов по медным проводникам, причем этот ток использовался в электросварочных операциях.

Для обеспечения гибкости проводники были изготовлены из плоских тонких медных полосок. Когда полоски лежали близко друг к другу, короткий проводник проявлял огромную самоиндукцию, которая снижала эффективный потенциал на его концах вблизи места работы. Раздвинув полоски так, чтобы удлинить линию вокруг проводника, самоиндукцию можно было легко сделать менее 35 процентов. того, что было раньше. Переплетение исходящих и обратных жил проводника в один составной проводник почти полностью избавляет от эффектов самоиндукции, поскольку ни один из проводников не имеет свободного пространства, в котором могли бы развиваться сильные магнитные силы, и ему везде противостоит противоположный ток в его сосед.

Если несколько проводников параллельны и имеют одинаковое направление тока, как в катушке или в жиле, очевидно, что статически проводник можно рассматривать как заменяемый одним проводником с такими же внешними размерами и одинаковым общим током. в занимаемой области магнитные силы или линии, окружающие их, имеют одинаковую интенсивность. Но с изменением силы тока распределение тока в проводнике оказывает мощное влияние и на энергию, поглощаемую или отдаваемую в соответствии с возникающим магнетизмом. Следовательно, самоиндукция жилы, катушки или проводника одного и того же сечения меняется в зависимости от скорости изменения тока из-за неравномерности проводимости.

Неравномерное распределение тока или его тенденция течь по внешним частям проводника при большой скорости изменения или чередования само по себе является следствием того факта, что в магнетизм в этом случае передается меньше энергии, чем при ток течет равномерно по сечению или концентрируется в центре. Другими словами, когда однородный ток проходит по проводнику того же сечения, круговой магнетизм или окружающие магнитные линии обнаруживаются не только снаружи проводника, но и под его внешней стороной. Поскольку при формировании этих линий при прохождении тока середина сечения будет окружена большим количеством линий, чем любая другая часть проводника, ток имеет тенденцию держаться подальше от этой части и в большей степени перемещаться ближе к внешней стороне. Следовательно, при быстропеременных токах сечение проводника практически уменьшается, ограничиваясь в основном внешним металлом проводника. Если бы круглый проводник (рис. 2) был сделан из железа, то магнетизм внутри него и создаваемый током в нем был бы намного больше, а секция проводника была бы заполнена магнитными цепями или линиями вокруг центра. Общий магнетизм, внешний и внутренний, в этом случае будет намного больше для данного тока, а энергия, поглощаемая и выделяемая при образовании и потере поля или самоиндукции, будет значительно увеличена. Однако это можно было бы значительно уменьшить, разрезав проводник радиально или сделав его из нескольких отдельных проводов, не имеющих бокового магнитного контакта друг с другом (рис. 3). В этих случаях сопротивление внутренних магнитных цепей увеличилось бы, так как вокруг центра проводника будет несколько разрывов непрерывности. Общий магнетизм, который может быть создан током, уменьшится, и, следовательно, уменьшится самоиндукция.

В тот момент, когда мы начинаем приближать железо к электрическому проводнику, передающему ток, мы обеспечиваем лучшую среду для течения или развития магнитных линий или цепей. Другими словами, линии могут быть длиннее, но одинаково интенсивными, или в секции этого металла может быть сосредоточено больше линий, чем в воздухе или пространстве. Рис. 4a, 4b, 4c показывают эффект, возникающий при поднесении к проводнику железа различной формы.

Другими словами, это показывает развитие обычного электромагнита подковообразной формы и концентрацию линий в лучшей среде. Линии также имеют тенденцию укорачиваться и уменьшать сопротивление своему прохождению, так что происходит притяжение железа к проводнику, а если кусков железа больше одного, они имеют тенденцию оплетаться вокруг проводника в магнитном контакте с одним еще один.

Когда медные стержни диаметром 1 дюйм пропускают токи силой от 40 000 до 60 000 ампер, как при их сварке, только что упомянутые магнитные силы становятся настолько огромными, что очень тяжелые массы железа, поднесенные к стержню, прочно удерживаются, даже несмотря на то, что ток носить попеременный характер, меняя направление много раз в секунду.

Когда проводник окружен чугунным кольцом, как показано на рис. 5, ток в таком проводнике окружен прекрасной магнитной средой. Затем при первом импульсе тока отводится большое количество энергии, которая идет на создание сильных и плотных магнитных линий через железное кольцо и через зазор в нем. При прекращении тока энергия возвращается в виде дополнительного тока, и его сила во много раз превышает силу, которую можно было бы обнаружить, если бы проводник окружал только воздух. Затем мы значительно увеличили самоиндукцию, накопление энергии и сопротивление потоку тока в начале, возврат энергии и помощь потоку тока при попытке удалить или остановить ток. Теперь завершим кольцо, сделав его бесконечным из железа (рис. 6) с проводником посередине.

Теперь мы обнаруживаем, что при прохождении тока через проводник он сталкивается с очень сильным противодействующим эффектом или противопотенциалом. Эволюция магнитных линий или раскрытие магнитных цепей происходит очень быстро. Каждая линия или магнитная цепь эволюционировала и, разрезая проводник, сразу же вылетает наружу и располагается в железном кольце. Это кольцо может нести бесчисленное количество линий, и они не теснят друг друга. Он позволяет линиям даже удлиняться, достигая его, и тем не менее, из-за низкого сопротивления их прохождению, это удлинение эквивалентно их укорочению в других средах. Предположим, что тока недостаточно, чтобы исчерпать эту особую емкость линий, которой обладает утюг. Равновесие достигнуто, проводник разомкнул бесчисленные замкнутые цепи и заставил их существовать в еще замкнутом кольце; но в железе, а не просто в пространстве или эфире. Проходящий ток продолжает свое действие и накапливает энергию до тех пор, пока испустить еще одну линию ввиду сопротивления, обнаруженного теперь в переполненном железном кольце, становится невозможным.

Теперь давайте отключим ток. Мы с удивлением обнаруживаем очень слабый дополнительный ток, практическое отсутствие самоиндукции при разрыве или, по крайней мере, выделение энергии, ни в чем не сравнимое с таковым при замыкании. Давайте поставим ток, как было раньше. Еще один любопытный результат. Но теперь небольшая самоиндукция позволяет энергии не поглощаться.

Теперь снова отключите ток. Тот же эффект, что и раньше. Теперь давайте подадим ток в обратном направлении. Мы сразу же обнаруживаем очень сильный противодействующий потенциал или противодействующую самоиндукцию.

Кольцо было поляризовано или сохранило свою магнитную энергию, и теперь мы удаляем один набор линий и вставляем обратно поляризованные силовые линии. Сделав это, мы разорвем обратный ток без особого эффекта самоиндукции. Кольцо остается поляризованным и инертным до тех пор, пока через него не пройдет противоположный поток тока. Железо тогда является средой, отличной от эфира.

Кольцо, однажды намагниченное, должно, потеряв свой магнетизм, обеспечить замыкание линий за счет укорочения. Это предполагает их прохождение от железа через пространство в центре ринга, несмотря на его большое сопротивление силовым линиям. Поскольку переход от железа к воздуху эквивалентен удлинению линий, то легко видеть, что такое удлинение может противодействовать большему эффекту, чем небольшое сокращение из-за выхода из железа, поскольку воздух или пространство могут спровоцировать замыкание и исчезновение линий. Если посмотреть с другой точки зрения, линиям на железе на самом деле может потребоваться небольшое количество начальной энергии, чтобы вытеснить их оттуда, так что после смещения они могут сжаться и отдать ту энергию, которую они представляют.

Я должен отложить дальнейшее рассмотрение железного кольца на будущее, но, размышляя по этому поводу, я прихожу к мысли, что образование магнитной линии в железном кольце вокруг проводника может представлять собой своего рода волну энергии, поглощение энергия при выходе линии из проводника и небольшая потеря энергии в линии, достигающей положения близости к железному кольцу, так что ее переход к нему можно назвать процессом сокращения или уменьшением ее сопротивления.

Магнетизм воздуха, газов и немагнитных тел, если принять за магнетизм эфира, эта среда не проявляет таких эффектов, как те, которые мы получаем с кольцом. Оно не становится перманентно поляризованным, как это делает даже мягкое железо в условиях замкнутого кольца. Железо обладает коэрцитивной силой, или магнитной жесткостью, и стальное кольцо покажет ее в большей степени. Молекулы железа или стали принимают набор. Если бы мы разрезали кольцо из мягкого железа или каким-либо образом отделили его, это введение сопротивления воздуха для эфира в магнитной цепи привело бы к разрушению линий и возникновению тока в проводнике. Последнему была бы восстановлена ​​энергия кольца. Любопытно то, что физически поляризованное кольцо не имеет никакого внешнего вида или обычных свойств, отличных от свойств простого кольца, и не отклоняет стрелку компаса. Однако его состояние можно обнаружить путем проверки самоиндукции токов различного направления. В качестве практического соображения можно упомянуть в этой связи, что катушка самоиндукции для токов одного направления должна быть сконструирована иначе, чем катушка, используемая для переменного тока. Первый должен иметь в своей магнитной цепи участок воздуха или что-то в этом роде или представлять собой как бы несовершенно замкнутую цепь. Последний должен иметь настолько идеально замкнутую магнитную цепь, насколько это возможно. Мы видим здесь также бесполезность построения катушки с сердечником Румкорфа по схеме замкнутой железной магнитной цепи, поскольку токи в первичной обмотке прерываются, а не реверсируются.

Соображения, только что выдвинутые в отношении замкнутого железного кольца и его пассивного характера в условиях поляризации, более важны, чем кажется на первый взгляд. Было обнаружено, что вторичная волна тока индукционной катушки или трансформатора с замкнутой железной цепью, первичная цепь которой получает переменный ток, отстает от своего теоретического положения в 90 градусов от первичной волны еще на 90 градусов, так что фазы два течения прямо противоположны; или вторичный ток рабочей лампы только в ее цепи отстает от первичной на половину длины волны, а не на четверть волны, как можно было бы ожидать.

Но если понять, что железный сердечник, поляризованный в одном направлении первичным импульсом, не начинает терять свой магнетизм, когда этот импульс просто ослабевает, а ждет, пока не произойдет фактическое изменение направления тока, то станет видно, что вторичный ток , который может возникнуть только тогда, когда магнитные линии покидают сердечник и разрезают вторичную катушку, или когда линии развиваются и переходят в сердечник из первичной катушки, будет иметь начало в момент реверса первичной обмотки, будет продолжаться в течение поток этого импульса и закончится практически одновременно с первичным импульсом, при условии, что работа вторичного тока не будет затрачена на преодоление самоиндукции, что привело бы к дальнейшему запаздыванию. Более того, направление вторичного тока будет противоположно направлению первичного, потому что магнитные цепи, которые размыкаются первичным током при намагничивании сердечника или замыкаются или сжимаются им при размагничивании сердечника, всегда будут разрывать вторичную катушку в направлении, соответствующем этому результату. Трансформаторы с прямым сердечником с очень мягким железом в сердечниках и не слишком высокими скоростями чередования должны более приближаться к теоретическому соотношению первичной и вторичной волн, поскольку магнитные изменения в сердечнике способны происходить почти одновременно с изменениями силы первичного тока. Этот факт имеет и другие важные практические и теоретические значения.

Давайте предположим, что простой железный сердечник (рис. 7) намагничен, как указано, так что его полюса N, S замыкают свои магнитные цепи так называемым свободным полем или линиями в пространстве вокруг него. Намотайте на него моток проволоки, как указано. Теперь предположим, что магнетизм должен исчезнуть или прекратиться внезапно или медленно. В катушке будет создан электрический потенциал, и, если она имеет цепь, работа или энергия будет производиться или отдаваться в этой цепи и в любой другой цепи, индуктивно связанной с ней. Следовательно, магнитное поле представляет собой работу или потенциальную энергию. Но чтобы раскрыть потенциал провода, линии должны его перерезать. Это они могут сделать, рухнув или замкнувшись в себе. Таким образом, кажется, что стержень теряет свой магнетизм, приобретая весь его, и при этом все внешние силовые линии, движущиеся внутрь, перерезают проволоку. Магнитные цепи укорачиваются и замыкаются в стержне, возможно, так же, как бесчисленные молекулярные магнитные цепи внутри железной среды. Чтобы перемагнитить стержень, мы можем пропустить через катушку электрический ток. Маленькие замкнутые цепи снова растягиваются, появляется свободное поле, и линии, движущиеся наружу, пересекают проволочную катушку, противоположную прежнему направлению, и создают в проводе противопотенциал и, как следствие, поглощение энергии, представленной в создаваемом свободном поле. Как было изучено ранее, магнетизм не может исчезнуть, не выдав энергию, которую он представляет, даже если проволочная катушка находится в разомкнутой цепи и, следовательно, не может разрядить эту энергию. Разомкнутая катушка является статической, а не динамической. В таком предполагаемом случае закрывающиеся линии разрезают сердечник и нагревают его. Давайте, однако, ламинируем ядро ​​или разделим его на части, насколько это возможно, и мы, по-видимому, отрезаем этот путь выхода энергии. Однако на самом деле это не так. Мы просто увеличили возможную скорость замыкания или движения линий и тем увеличили для разделенного сердечника интенсивность действия магнитного трения и местных токов в сердечнике, при этом последний по-прежнему получает энергию магнитного поля. схема. Это рассуждение основано на возможности в этом случае отключить ток в катушке намагничивания и сохранить магнитное поле. Это само по себе, вероятно, невозможно с мягким железом. То, что сердечник получает энергию, когда катушка не может, показывает тот хорошо известный факт, что в некоторых динамо-машинах с якорями из бобин на железных сердечниках работа катушек якоря в разомкнутой цепи приводит к опасному нагреву сердечников, и что при нормальная работа, нагрев меньше. В первом случае ядро ​​накапливает энергию, представленную в магнитных изменениях. В последнем случае внешняя цепь машины и ее проволочные витки принимают на себя большую часть энергии, затрачиваемой на совершение работы в цепи. И в этом случае ток в катушках вызывает замедление скорости изменения и степени изменения магнетизма в железных сердечниках, что снижает интенсивность магнитной реакции. Фактически, это замедление или запаздывание и уменьшение диапазона изменения магнитного поля в некоторых машинах может быть настолько значительным путем замыкания цепи самих катушек якоря или их короткого замыкания, что общее количество тепла, выделяемого в сердечниках, будет намного меньше, чем при нормальных условиях. нагрузка.

Теперь, в заключение, я хочу кратко коснуться феномена движущихся силовых линий и эффектов скорости движения. Чтобы создать заданный потенциал на длине проводника, необходимо выбрать определенные условия. Мы можем изменять силу поля и скорость. Мы можем использовать сильное поле и медленное движение проводника, а можем использовать слабое поле и быстрое движение проводника. Но мы также обнаруживаем, что там, где проводник имеет большое сечение, он склонен нагреваться от вихревых токов, вызванных тем, что одна часть его сечения одновременно находится в более сильном поле, чем другая. Одна часть разрезает линии там, где они плотные, а другая — там, где они не плотные, в результате чего возникает разница потенциалов и местных токов, которые тратят энергию на тепло. Мы не можем заставить проводник двигаться в поле однородной плотности, потому что он должен входить в поле и выходить из него. Только что изложенные условия присутствуют в динамо-машинах для работы с сильным током, где скорость разрезания линий низкая, а проводник якоря имеет большое сечение.

Но мы обнаружили, что во вторичной обмотке трансформатора мы можем использовать очень большое сечение проводника, даже (как в сварочных аппаратах) из цельной меди размером от 12 до 15 квадратных дюймов, не сталкиваясь с заметными трудностями, связанными с вихревыми токами в нем. Магнитные линии, безусловно, разрезают тяжелый проводник и генерируют необходимый сильный ток и потенциал. Какая разница, если таковая имеется? В трансформаторе токи генерируются магнитным полем очень низкой плотности, в котором линии движутся по проводнику с чрезвычайной скоростью. Скорость излучения линий вокруг первичной катушки, вероятно, близка к скорости света, и каждая линия проходит через вторичный проводник секции практически за незаметное время. Тогда нет причин для различий потенциалов в разных частях тяжелой вторичной секции. Тогда, чтобы избежать вихревых токов в больших проводниках и генерировать в них полезные токи, мы можем заставить проводник либо перемещаться в поле низкой плотности и выходить из него с очень большой скоростью, либо, что еще лучше, мы должны вызвать линии очень низкой или очень низкой плотности. рассеянное поле, позволяющее пересекать или пересекать проводник с очень высокой скоростью.

Известно, что в динамо-машинах с якорными проводниками большого сечения вихревые токи возникают в меньших количествах, когда они снабжены железными сердечниками или намотаны на железные сердечники, чем когда проводники выполнены в виде плоских катушек, перемещаемых перед полем. столбы. Выступы, существующие на якоре, между которыми помещены проводники, оказывают аналогичный эффект и позволяют нам без особых затруднений использовать тяжелые стержни или пучки проводов от местных токов. Причина проста. В якорях с катушками без железа в них или без выступов, простирающихся между витками, проводник движется в очень плотное поле и выходит из него со сравнительно небольшой скоростью, так что любые различия потенциалов, возникающие в частях сечения проводника, имеют полный эффект и достаточное время для действий по созданию вредных местных течений. В тех случаях, когда железо проходит через катушку или проводник, реальное действие заключается в том, что линии магнитных цепей движутся по проводнику с большой скоростью, и проводник все время находится в поле очень низкой плотности. Рис. 8 и 9 прояснят это. На рис. 8 мы показали гладкую поверхность якоря с уложенным на нее тяжелым проводником, которая в точке a только что входит в плотное поле на краю полюса, N, и в точке . b покидаем такое поле. Можно увидеть, что в таком положении проводник, если он широкий, подвергается воздействию изменяющейся напряженности поля и движется с низкой скоростью для создания рабочего потенциала при прохождении через поле, что приводит к возникновению вихревых токов в поле. дирижер.

На рис. 9 проводники расположены между выступами, при этом как якорь, так и полюса возбуждения ламинированы или разделены. Когда каждый выступ покидает край полюса поля N, линии, на которых он сосредоточился и проходят через него, отскакивают назад с огромной скоростью и пересекают зазор до следующего последующего выступа на якоре, разрезая всю секцию тяжелого якоря. проводник практически в тот же момент. Этот быстрый перенос линий происходит от каждой проекции к последующей перед полюсом поля, оставляя очень низкую плотность поля в любое время между проекциями. Наилучшие результаты будут получены, когда проводник якоря не выступает за пределы канавки между выступами или полностью заполняет ее. Конечно, существуют и другие способы решения проблемы, связанной с вихревыми токами, в частности, скручивание и скручивание проводника на якорях, чтобы усреднить положение частей составного проводника.

Возможно, самым крайним случаем того, что можно назвать разбавлением поля выступами и замкнутыми магнитными цепями в трансформаторах, является случай железного блока B, рис. 10, перемещаемого между полюсами N и S и имеющего отверстие через него, в которое и через которое проводится проводник. Путь через железо настолько хорош, что мы едва можем представить, чтобы какие-либо линии пересекали отверстие от N до S; тем не менее, когда B движется вперед, происходит постоянный резкий перенос линий с правой передней стороны отверстия на левую или заднюю сторону, разрезая проводник, когда они летят поперек, и развивая в нем электродвижущую силу. Я описал это действие более подробно, потому что в нем мы имеем все различия в способе разрезания линий поля, которые можно найти между проволокой на гладких якорях и на выступающих якорях и их модификациях; а также между плоскими открытыми катушками, проходящими через поле, и бобинами с железными сердечниками. Выдвинутые соображения также выявляют связь, которая существует между трансформаторами с замкнутой железной цепью и динамо-машинами с замкнутой железной цепью (проекционными), как мы можем их назвать.

В начале этой статьи я намеревался в некоторой степени рассмотреть распространение магнитных линий, претерпевающих запаздывание, применительно к устройствам с двигателями переменного тока, трансформаторам с ограниченным вторичным током или постоянным средним током, двигателем переменного тока, работающим с тем, что я могу термин «лаг перевода» и т. д.; но вскоре выяснилось, что эти вопросы следует оставить в стороне для продолжения этой статьи когда-нибудь в будущем. В настоящей статье я стремился рассмотреть теории силовых линий так, как если бы они были символом реальности, но признаюсь, что это сделано со многими опасениями, что я, возможно, зашел слишком далеко. Тем не менее, если мы вообще собираемся использовать эту идею, то кажется правильным применять ее везде, где она может пролить свет на предмет или помочь нам понять явления.

Доклад, прочитанный в Американском институте инженеров-электриков, Нью-Йорк, 22 мая 1889 года.

О книжной серии HackerNoon: мы предлагаем вам наиболее важные технические, научные и познавательные книги, являющиеся общественным достоянием.

Эта книга является общественным достоянием. Разное (2004). Приложение к Scientific American, № 711, 17 августа 1889 г. Урбана, Иллинойс: Проект Гутенберг. Получено https://www.gutenberg.org/cache/epub/16972/pg16972-images.html.

Эта электронная книга предназначена для использования кем угодно и где угодно, бесплатно и практически без каких-либо ограничений. Вы можете скопировать ее, отдать или повторно использовать в соответствии с условиями лицензии Project Gutenberg, включенной в данную электронную книгу или на сайте www.gutenberg.org< /a>, расположенный по адресу https://www.gutenberg.org/policy/license.html.. эм>