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[特斯拉] 科罗拉多温泉日记(原著 特斯拉)中文翻译

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发表于 2012-5-1 13:12:49 | 显示全部楼层 |阅读模式
注意:任何组织和个人不得将此译文的片段或全部用于商业用途,如需转载,请注明出处!
[twow_coverpic][/twow_coverpic]

Springs是地名斯普林斯,这里翻译为温泉比较有诗意,大家也比较熟悉这个名字;
前言和1899年6月15日之前先不翻译,到时候会把这部分在这楼补上;从1899年6月15日特斯拉到科罗拉多做的第一个实验开始翻译,这样安排是因为大家正在实验中,急需参考一些实验数据,我也要做这类实验,也要参考这些数据,希望能提高大家的实验进度;

  

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 楼主| 发表于 2012-5-1 17:01:59 | 显示全部楼层
[twow_volume:第一卷:6月15至6月30日]
[twow_chaptitle:1899 六月十五日]
         
         今天在这个工作站做了第一个实验,供电变压器的电压仅200V,圆盘通断器由克拉克怀勒电机驱动,
每秒800—1200转,ω(译者注:单位:rad/s( 弧度/) 转速)大约等于800 。
         在这样的条件下,从纽约带来的高压变压器次级仅仅能给3到4个罐(译者注:用锌罐做的电容)充电,
不可能获得超过振荡器次级振荡频率的一倍的谐波,所以需要更多的罐。
         次级绕在圆锥骨架上,14圈,平均每圈长度大概是130英尺(39.624米,直径12.61米)(译者注:1英尺=12英寸=30.48厘米)。
         初级由一圈电缆构成,在纽约实验室曾经为同样的目的用过,由37根包着绝缘皮的9号线(译者注:No9线径为2.906mm)组成,构建细节详见下文。
         注意:火花会到避雷器而不是到地,所以需要改变接地连接,把次级的地线和避雷器的地线分开。把次级连接到水管上,避雷器的地不变,放电停止了。这表示避雷器接地不好,后者工作相当好。这样做了接地连接,把一根气体管道,埋入地下12英尺(3.66)深,管子周围绑扎焦炭。这是在这儿比较老练普通的做法。
        第一个实验使用的电源功率是很小的,仅 1/2—3/4 H. P.(294—551),次级的放电长度5英寸长(12.7厘米),火花很粗,噪音很大,表示次级有相当大的功率。在旋转火花间隙断开期间,放电长度没有发生很大的变化。天气状况是暴风雨,冰雹闪电。
 楼主| 发表于 2012-5-1 19:59:09 | 显示全部楼层
[twow_chaptitle:1899 六月十六日]
        今天实验继续进行。做了新的地线连接:在地上挖一个12英尺(3.66)深的洞,底下埋一块20"x20"0.5X0.5)的铜板,铜板上面象通常的做法放上焦炭。地面一直保持有水流动以使洞和周围潮湿,增加连接性,但尽管如此,这个地线连接还是糟糕到相当的程度。显而易见的原因是这儿是多岩石地质结构,环境干燥,所以我想这儿许多被雷电破坏的案例是由于地质环境严重的接地不良。保持水一直流动,地下的铜板和水管之间的电阻最后降到了14欧姆。再把铜板和水管连上,次级的底端线连接水管,放电再一次飞过避雷器。断开与水管的连接,放电又停止了。
        通过一个灵敏的设备(后文描述)测试了波通过地传播的行为。在实验室内和周围有通过地传过来的强烈的振动。把设备灵敏度调低,在这个方向与前面的测试做比较。断开与地和电容的连接,距离振荡器很近的时候没有反应,但设备一端接地,在离振荡器200英尺(61)的地方却有反应。沿着整个水管抵达之处也有反应,尽管水管接地相当好。对于波的研究,这很好的说明波驻留在地上。这可推断出接地电阻还是相当大,可能是地影响了初级和次级,超过了用感应电流公式的估算。
                                                                                                 有待观察。
 楼主| 发表于 2012-5-1 21:52:04 | 显示全部楼层
[twow_chaptitle:1899 六月十七日]
       测量地线和主水管之间的电阻,阻值很惊人,2960欧姆,甚至灌了一个半小时水后,电阻还有2400欧姆,但继续灌水,阻值下降很快。显然,土壤使水容易渗透,在非常干燥的地上做良好的地线连接是很困难的。这很伤脑筋。水必须连续不断的流。高电阻能解释几天前的实验得到次级正确的振荡是很困难的。
       首选的良好地线是进实验室的水管,它连接在地下粗大的主管道上,长几百英尺。这将延长次级线的长度,远远超过了计算的四分之一波长的长度。次级到地最近的连接测量也有260英尺(79),甚至这个也是有疑问的。
       初级 次级 和互感的测量。
       初级2匝串联的读数:



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 楼主| 发表于 2012-5-2 00:03:33 | 显示全部楼层
[twow_chaptitle:1899 六月十八日]
       继续进行实验,结果显示正确的振荡没有发生,显然一些原因还有待解释。为了知道是不是因为初级电感太小所造成,我用26号线(线径 0.4038mm)在直径30英寸(78.2cm)长10英寸(25.4cm)的圆柱上绕了约500匝,曾经在纽约的一些实验中用过——连接在次级的悬空端,用这个线圈能得到巨大的升压,甚至次级微小的振荡都能使该线圈悬空端产生12英寸长的流光
       麻烦好像是由于内部电容,线圈长度是波长的四分之一,2400英尺(731.52,由此推算谐振频率为:102.4553khz),匹配初级电路计算的频率。对这个线圈的测试显示出额外线圈(我这样叫它)显著的优点,这在纽约的多次实验里已经注意到了;就是,一个线圈实际不是感应连接,只是仅仅用来提升施加的电压。
       测量这样一个次级线圈的电感,绕制方法:在一个从中心到中心1 1/4英寸(3.175cm)分开的渐细骨架上绕12圈;


       和第一个线圈(14匝匝距很大)比较,第二个线圈是比较好的,因为它自感较高,互感系数较大。
电容组容量的测量:
       今天,拿电容器和标准的0.5uf电容作比较,根据麦克斯韦的方法,用桥式线路和电话接收器。在这个电容器里有80个单元,每边40个,用销钉按希望的方式连接,它们是l+2,+22+5+10+10+20+30=80 今天是L.先生测的,每个电容器容量是0.153uf
       有待核实。

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 楼主| 发表于 2012-5-3 10:52:10 | 显示全部楼层
[twow_chaptitle:1899 六月十九日]
       灵敏自动的设备用于电报通过自然媒介接收的电路,调谐,等。这个设备的简单形式如下图所示。


          在一个小玻璃管t里固定两根由软铁或钢材质组成的细线 w w, 线顶端焊上白金触点c c,一个绕好线的线轴S包围着玻璃管 t 。接触点被弄成能完全断开但分离又不是很大的形状。当电流通过线圈S时,两根铁线w w被分开,接触点c c 距离增加。玻璃管适度抽真空。两触点间的电介质(比如敏感的粉末)受到张力的作用,非常接近被电瓶和电路的干扰断开的触点,随着力的增加,触点断开,电瓶的电流流过线圈S把触点分开,触点分开后,电流停止。在这个例子里,假定触点c c 线圈S 电瓶 是串联,但实际的连接方式有好多种能得到同样的效果——即 接收到信号后自动打断电流。触点必须非常紧密的在一起而且是点接触。制动机构 p p p 用于限制铁线w w 的动作,防止每个动作后的振荡出现。在线圈S上也可以附加一个线圈,用于调节铁线间距,使触点处在一个需要的精密距离,通过调整附加线圈的电流强度,使触点很容易被影响,也许需要在电路里用任何方便的方式连接一个独立的继电器来记录信号。玻璃管的真空度也可以弄成可调的。第一个这样的设备的参数:线圈S有24层,每层94圈,共2256圈,21号线(线径0.724mm)绕制,线圈电阻 14.7欧姆。

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 楼主| 发表于 2012-5-3 11:08:40 | 显示全部楼层
[twow_chaptitle:1899 六月二十日]
          一些特殊设备参数的大概估算。用新的罐做的电容容量大约0.174uf,这是两个电容象往常一样串联的值。假定供电变压器提供20000伏电压,每个脉冲的能量是:(粗略估算)

          假定每秒通过初级放电1600次,电容要提供34.8X1600=55680瓦,或取小点,超过74马力(54.42kw)。把电压降到10000伏,它们也还要提供74/4=18.5马力(13.6kw)。现在近似计算初级的振荡频率:

          由此得出n=45500 每秒(频率45.5khz,初级电感量70uH,估算初级直径为31.6米),这个是初级只有一圈的结果。
          从上面得到的数值计算波长约为4英里或21120英尺(6437.4米),四分之一波长就是5280英尺(1609.3米)(注:根据线长计算频率大约是:46.57khz)。设次级每圈平均长度130英尺(39.6米,估算次级直径为:12.8米),我们想使线长等于波长的四分之一大约需绕5280/130=40圈。或,假如两个初级线圈串联,电容不变,此时波长加倍,次级需要绕80圈。假设绕80圈,次级的自感差不多是165X10^6cm,次级的振荡周期是:

          假设次级没有内部电容或由于合适的结构而忽略,只有一个直径30英寸(76.2cm)或半径38cm的球在次级悬空端。我们得到:

频率 61khz
          但是这个振荡频率和初级的不协调,为了和初级协调,我们用下式估算次级的自感:

        上式中,Ls是次级需要的自感量。
        由上式得出Ls=10/32 亨利 Ls=312500000 cm。假设线绕在同样的线管或骨架上线长不变,所需圈数大概是(165X10^6)/(312X10^6)=6400/N^2 ,由此得出N^2=12102   N=110圈。
        另外,线已经买了价值250美元,但如果用80圈的话仅需100美元。要使和初级的频率一样,必须增加次级悬空端的电容量。用C表示所需电容量,我们得到:

        没有这种尺寸的球,假如我们用个圆盘,我们得到 2r/π=67.3r=56cm。圆盘几乎不能用,除非是很小的电压,否则有很大的泄漏。
        所有这些都是大概估算的,当然,次级的分布电容用某些方法克服了,比如串联电容。十分肯定的是,次级的频率被大大降低。



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 楼主| 发表于 2012-5-3 21:38:53 | 显示全部楼层
[twow_chaptitle:1899 六月二十一日]
        继续考虑所用设备的各种参数:
        目前的电源变压器能提供 26马力(19.39kw)。
        假定这个能量都消耗了,即 26X750=19500瓦,打断次数1600次或者说电容每秒充1600次电。由此得出每次打断消耗大概是19500/1600=12瓦。进一步假设用更多的能量,使初级每一次放电次级末端能得到净12瓦,这就是说次级末端的电容每秒充1600次电,充到电压p 。用C表示次级悬空端电容量,我们得到 12=(p^2/2)C ,由此得出,p^2=24/C。假定C是半径38cm圆球的电容量,我们得到

        由此得出

        初级电压满足上面输出的粗略估算。
        要得到最低的电动势,初级的两套电容需要并联,这将得到0.174X4=0.696uf。用p1表示满足这个输出的初级电动势,我们得到:

        由此得出,p1^2=10^9/29   p1=6000 近似值。(消耗26 H.P.( 19.39kw),每秒打断1600次。)
        在这样的电压下,假设电弧(译者注:相当于我们的火花间隙打火)的电阻是4欧姆,进入初级线圈的初始电流将是1500安培。根据这些假设,可以计算初级损耗。


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 楼主| 发表于 2012-5-4 00:38:24 | 显示全部楼层
[twow_chaptitle:1899 六月二十二日]
        重绕次级用的线是从Habirshaw公司订购的10号(线径 2.588mm)橡胶绝缘线,共需要11000英尺(3352.8)(精确点是10500英尺(3200)),绕80圈,每圈平均长度是131英尺(40)。
        10号线 美国线规 截面积 5.26平方毫米 (5.26/645)平方英寸。
        100英尺线的体积:(5.26/645*1200=9.8立方英寸
        取每立方英寸重5.13盎司,线的重量:(5.13/16)*9.8=3.14磅(1.424公斤
        因此,11000英尺(3352.8)线重345.4磅(156.67公斤)。相对于绕2圈的初级,次级的用铜量还是少了。次级双线绕制是40圈,4股并绕(为了快速振荡)是20圈,需要用一些10号软线绕制底端开始的圈数才能使用铜量与初级相等。
        尝试了一些配置,主要目的是在打断后延长初级的振荡,其中之一如下图:

        电容C1与初级线圈P并联,因为在这样的电路中没有火花间隙,放大系数是很大的,阻抗很小,每次断开后会振荡很长时间,象通常的连接一样。这样配置的一个不同寻常的特点是调节的锐利度。这好像是由于是两个电路或两个必须精确匹配的独立振荡。次级的放电总是在C=aC1的情况下很强烈,a是一个整数(没有小数),尤其是在a=2或4的时候。
        在纽约的后期一些振荡器之一也用过同样配置,观察到同样的结果。
        这样的配置在电路p里有损耗,因为这部分电路没有参与初级P与次级的互相感应。在电路p里做一个改动——初级P的一圈或多圈或独立线圈与次级感应。
        为同样目的的替代配置被尝试。它由两个初级构成,其中一个独立于断路器,仅仅并联一个电容。见下图:

        这个配置在纽约也实验过,而且发现在打断次数很小的时候工作挺好,和打断器快速转动时基本没差别。调节时,先把C’P’CP的振荡调节匹配,然后再调节次级。
                                               
                                                   明天继续


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 楼主| 发表于 2012-5-4 23:02:17 | 显示全部楼层
[twow_chaptitle:1899 六月二十三日]
      从纽约带来的用于初级的电感调节箱的自感大概计算。
        尺寸规格:圆筒直径 12’’=30.48cm
                          圆筒长度 18’’=45.72cm
                                圈数        =24
        一圈包围的面积 (π/4*d^2=730平方厘米,由此得出:
                  

        由以上大概估算,我们得到每圈的自感量是 115600/24=4800cm,这显得太多了,当圈与圈远远分开和紧绕的时候。用Langevin的公式
            计算,
表示线的总长,在这儿近似等于30.5*3.1416*24=2300cm  这将算出
        L’=2300^2/45.72=5290000/45.72=115700cm,两种算法相当接近。
        次级是36.5圈的振荡器的实验继续进行。用辅助电容做了一些改动,——其中之一见下面的草图——这个配置做了实验。所做的这些改动都是为了延长每次打断后初级的振荡时间和使电路能有效灵敏的调节。通过运用辅助电容使电路去掉了火花间隙,衰减系数非常小,放大系数很大。

在上图的安排中,必须满足才能得到最好的效果,或:
           
        初级6圈,电路每边连接15个罐(译者注:锌罐做的电容)能获得共振。如果初级是4圈,就大概需要15*36/16=34个罐。对于粗大的电缆大概需68个罐(仅供参考)。
        注意:用这种配置实验了几个不同的振荡频率。不同寻常的是调节非常灵敏,一圈的调整量可以完全摧毁共振或者产生非常巨大的电压升幅。当调整线圈时,由于突然的电压升高,电容经常损坏。


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