Трансформатор Тесла, теория получения высокого понтециала

Л. В. Мысовский, Ленинград, 1930г

В последнее время технические трансформаторы на напряжение до одного миллиона вольт и больше уже не являются особенной редкостью. Такие трансформаторы имеются не только заграницей, но и у нас в СССР. Нужно сказать, однако, что эти трансформаторы слишком громоздки, требуют для своего питания большого количества энергии и поэтому почти не могут быть использованы при тонких лабораторных работах. Для большинства научных и научно-технических работ с высоким потенциалом вовсе не нужно большой мощности. Наоборот, громадные искры, испускаемые мощными трансформаторами) не позволяют даже поднести к ним физические приборы и роль этих трансформаторов в технике ограничивается главным образом испытанием изоляторов. Кроме величины и мощности искр, немалой помехой в лабораторной работе служат и самые размеры технических трансформаторов. Для высоковольтных установок приходится отводить особые залы, во много раз превосходящие размерами обычные комнаты для научных работ. Часто такие установки помещаются даже в отдельных, специально приспособленных зданиях.

Между тем, в природе мы имеем примеры — ядра атомов,— когда потенциалы в несколько миллионов вольт сосредоточены в чрезвычайно малом объеме. Неудивительно поэтому, что физики стремились различными способами получить высокое напряжение от небольшого и маломощного источника. Построить обычный трансформатор с коэффициентом связи, близким к единице, небольших размеров, но дающий высокое напряжение, не представляется возможным, ибо отдельные витки трансформатора должны быть очень хорошо изолированы друг от друга и от корпуса трансформатора для того, чтобы напряжение в один, два миллиона вольт не вызывало разряда внутри самого трансформатора.

Этого затруднения пытались избежать или, по крайней мере, уменьшить его, путем последовательного (каскадного) соединения нескольких отдельных трансформаторов. Но даже и при каскадном соединении размеры высоковольтной установки продолжают оставаться грандиозными. Кроме того высокие напряжения на выводах трансформатора при разрядах вызывают настолько сильные токи даже во вторичной обмотке трансформатора, что мощность, подаваемая в первичную обмотку, должна быть очень значительной. По этой причине приходится брать для первичной обмотки проволоку большего сечения. Все это вместе взятое заставило физиков искать других путей для получения высоких потенциалов. Цель этих исканий —создать маломощный источник потенциала в несколько миллионов вольт и затем применить его для искусственного расщепления элементов. Конечно, получение потенциала в несколько миллионов вольт представляет интерес и с других точек зрения. Получение только градиента потенциала в миллион вольт уже позволило наблюдать Милликэну так называемое холодное испускание электронов металлами. Несомненно, что высокий потенциал, когда им удасться овладеть, позволит сделать целый ряд интересных наблюдений в самых различных областях физики.

Какие же пути намечаются в настоящее время для получения высокого потенциала, пригодного для лабораторных целей? Одним из таких путей является переключение конденсаторов с параллельного на последовательное. Практического применения этот способ в чистом виде не получил, хотя им и удавалось достигать напряжений до одного миллиона вольт. Лишь в комбинации с трансформаторами и кенотронами этот метод позволяет увеличивать предельное напряжение трансформатора в два-три раза. Как пример такого устройства, получившего большое распространение на практике, можно указать на стабиливольт фирмы Сименс и Гальске, в основу которого положена схема, предложенная впервые Грейнахером. Другой метод получения высокого потенциала, требующий сравнительно небольшой мощности, предложен был Тесла.

Трансформатор Тесла настолько известен, что нет необходимости описывать его устройство. Долгое время этим трансформатором пользовались лишь, как эффектным прибором для демонстрации резонанса электрических колебаний высокой частоты. Длинные и мощные искры, которые молено было извлечь из вторичной катушки Тесла, давно обращали на себя внимание физиков и вызывали вопрос о том, какие потенциалы здесь возникают? Теорией Тесла-трансформатора занимался еще Д ρ у д е, а затем и целый ряд других исследователей. Однако, полной теории этого трансформатора мы не имеем еще и до настоящего времени. Вопрос о величине потенциала также оставался открытым до самого последнего времени. Лишь недавно удалось экспериментальным путем определить величину этого потенциала и проверить, таким образом, некоторые теоретические выводы. В дальнейшем мы остановимся главным образом на изложении двух работ, касающихся трансформатора Тесла. Одна из этих работ была сделана в Государственном радиевом институте в Ленинграде аспирантом Физического отдела, инженер-электриком В. Н. Рукавишниковым. Другая работа была произведена в Институте Карнеги в Вашингтоне.Хотя эта работа была полностью напечатана лишь в январе I930 г., но о сущности этой работы и о тех потенциалах, которые удалось получить, было известно уже раньше из предварительного сообщения в «Naturе», опубликованного в 1928 г. Уже предварительное сообщение вызвало большой интерес в научных кругах и оно неоднократно цитировалось в научной литературе.

Далее: Элементарная теория Тесла-трансформатора с ударным возбуждением