Как мальчик Хюг сам построил радиостанцию

Он взял перо в правую руку, кончиком наружу. Затем повернул кисть руки, направив к носу кончик пера, держа на нем большой палец.

— Ты замечаешь, что направление пальцев от кончиков к ладони такое же, как то, по которому движется часовая стрелка. Существует правило для определения направления индуктивного тока и движения проводника, когда магнитное поле неподвижно. Но пока не надо загромождать этим твою голову.

Запомни правила, которые я тебе объяснил, и посмотрим, что же случилось с обручем и с бруском. — Он опять взял спичку с булавкой и стал двигать их в маленьком кружке между двумя пальцами левой руки.

— Пусть северный полюс бруска будет вверху обруча. Он вращается влево, т. е. против часовой стрелки. Следовательно, северный полюс бруска направляет вправо по обручу электрический ток. Южный полюс — внизу обруча — дает ток влево. Так как обруч круглый, то то, что внизу влево, будет наверху вправо; иными словами, ток будет направлен по часовой стрелке. Брусок продолжает вращаться всегда под прямым углом к обручу. Когда он делает полоборота, северный полюс оказывается внизу, а южный вверху. Линии магнетической силы переменили свое направление, хотя движение бруска осталось тем же, и обруч продолжает оставаться неподвижным. Это изменяет направление электродвижущей силы, и теперь ток идет по обручу влево наверху и вправо внизу, т.-е. против часовой стрелки. — Он передал Хюгу спички и булавку и велел ему самому проделать опыт.

— Ток, который меняет направление, — продолжал он, — называется переменным током, тогда как ток от Вольтова элемента, идущий всегда в одном и том же направлении, называется постоянным. Ты сам видишь, что в переменном токе можно различить четыре части: момент покоя, когда брусок подходит вверх, прежде чем начинается ток, идущий по направлению часовой стрелки, толчок по направлению стрелки, еще один момент покоя, когда брусок идет вниз, и, наконец, толчок в направлении против часовой стрелки. Каждый момент покоя и толчок называются «переменой», а все четыре части вместе, до момента, когда вращающийся брусок приходит вновь к своему первоначальному положению, называются «периодом».

Это простейший вид генератора переменного тока или альтернатора (тип с вращающимся полем). Твои пальцы дали механическую энергию, а пересечения линий магнитного поля, как результат этой энергии, дали индуктивный переменный электрический ток. Ты мог бы это сделать, вращая проволочную петлю между полюсами подковообразного постоянного магнита или электромагнита. Если включить коммутатор (прибор, состоящий из двух полуцилиндров, соединенных с вращающейся проволочной петлей и касающихся при каждом полуобороте неподвижных металлических щеток), генератор с переменным током превращается в генератор с постоянным током. Когда-нибудь я тебе покажу, как это делается.

Теперь возьми то же самое наоборот. Если ток Вольтова элемента включить в цепь через проволочную петлю, лежащую в сильном магнитном поле, свойственная линиям магнитного поля сила толчка заставит вращаться петлю — и вот тебе электрический мотор. Просто, не правда ли?

— Для вас, но не для меня, — сказал Хюг, — глаза которого готовы были выскочить из орбит.

— Если ты это сам сделаешь, ты найдешь это нетрудным. Электрические приборы кажутся сложными только, когда о них слышишь или читаешь. Сделай только сам маленький электрический прибор, и после этого тебе самый большой покажется пустяком.

Заметь, что все эти приспособления действуют под влиянием магнитного поля или магнитной индукции. Почти все электрические машины электромагнитные Запомни только, что магнитная индукция может существовать и существует и без постоянного магнита или электромагнита.

— Час от часу не легче, — воскликнул Хюг, которому казалось, что он тонет в море науки.

— Ничего — сказал телеграфист, который понимал, в какое напряженное состояние он привел бедного мальчика-горца. — Самое трудное уже позади.

— Но то, что я скажу сейчас, особенно важно. Вот в чем дело.

Вокруг электрического тока всегда есть магнитное поле. Если две цепи находятся близко одна от другой и параллельны друг другу, включение и выключение тока в одной послужит причиной возникновения тока в другой.

Когда возбуждающий ток устанавливается, индуктивный ток ослабевает. Таким образом, если имеется в одной цепи переменный ток, который возникает, прекращается, снова возникает и т. п. тысячу раз в секунду, что делает его близким к постоянному, в другой цепи, не имеющей собственного источника, может получиться ток, который можно считать постоянным. Если в цепи, не имеющей собственного возбудителя. есть слабый переменный ток этот ток может быть передан одинаково настроенной цепи с сильным местным током и увеличен во сколько угодно раз.

Он нагнулся и положил руку на плечо Хюга.

— Так работает радио.

Телеграфист помолчал и продолжал.

— Это принципы. Теперь о практике. Электромагнитные машины большей частью работают с большой скоростью. Вернемся к простому альтернатору, с которого мы начали. Я уже говорил, что в каждом периоде ток получает два толчка. Если внутри проводника вращается магнит или проводник вращается между двумя полюсами магнита — все равно — со скоростью 120 оборотов в минуту, он делает в секунду два периода и даст четыре толчка цепи в одно и другое направление.

— Это ясно, — сказал Хюг, довольный, что хоть тут он чувствует твердую почву под ногами.

— Теперь представь себе, что тебе нужно больше периодов в секунду, большая «частота», как это принято называть, как это сделать?

— Я бы увеличил число оборотов.

— Если бы тебе нужно было 60 периодов в секунду — обыкновенная промышленная «частота»?

— Мне бы нужно было 3.600 оборотов в минуту, — сказал мальчик, подумав.

— Это слишком большая скорость для большой машины. Она бы разлетелась на куски. А если нужно 500 периодов в секунду, — обычная цифра для телефона?

— То-есть 30.000 оборотов в минуту? Не думаю, чтобы этого можно было достигнуть.

— Все же это сделано.

— Но как?

— Не можешь ли ты сообразить?

Хюг подумал немного, но отказался.

— Ну, ты не родился механиком, — сказал телеграфист с упреком. — Я покажу тебе. Представь себе, что в твоем обруче вращается не один брусок, а два, — он воткнул в спичку еще одну булавку так, чтобы она пересекала первую, — тогда, не увеличивая числа оборотов, будет вдвое больше периодов, правда?

— Конечно, как же я не подумал об этом!

— Представь, что у тебя десять магнитов, даже сто. Тогда было бы в сто раз больше периодов. При скорости в сто двадцать оборотов в минуту многополюсный альтернатор (полюсы северный и южный чередуются в каждом магните) даст двести периодов в секунду, это не шутка! До сих пор мы говорили только об увеличении числа магнитов, где бы они ни находились, в неподвижной части (статор) или вращающейся (ротор).

Но можно увеличить число проводников в машине так, чтобы от магнитов в каждом обороте проходили бы мимо 100 проводников. Эго даст 20.000 периодов в секунду при 120 оборотах в минуту. Это все теория, только для того, чтобы ты понял. При конструкции такой машины встретились бы большие трудности. Гораздо легче увеличить число оборотов и уменьшить сложность магнитов и проводников [7]. Но я слышал, что бывают большие радиоальтернаторы высокой частоты, с 300 магнитными полями и 300 проводниками. Чтобы сделать такую машину, надо величайшее искусство, и я думаю, что не наберется на свете и сотни инженеров-электриков, которые могли бы спроектировать или сделать такую машину.

— Но для таких машин нужна громадная механическая энергия?

— Да, большая. Но в электрических машинах интересно, что их силу можно сколько угодно увеличить, если знать, как это сделать.

Можно начать работать с очень малыми средствами и понемногу увеличивать работу. Можно взять генератор и мотор и опять генератор, применить симметрию, резонанс [8],—я знаю только их названия, — и сделать почти все.