X. FEJEZET.
INDUCTIO-GÉPEK.
1. A galvánelektromos inductio-gépek.
A GERJESZTÉS tüneményeinek fölfedezésével csaknem egyidejűleg megszületett a gondolat afféle készülékeket és gépeket szerkeszteni, melyekkel az áramok és a mágnesek vagy elektromágnesek kölcsönös hatásából eredő gerjesztett áramokat összegyűjteni, s így a galván-oszlopok vagy az elektromos sűrítők összes mechanikai, fizikai vagy fiziológiai hatásait megkapni lehessen. És valóban PIXII, fizikai eszközgyáros, már 1832-ben feltalálta a nevét viselő gépet, melyet nemsokára számos más ugyanazon az elven alapuló gép követett.
A mai napság használt inductio-gépek, melyek közől a legnevezetesebbeket majd le fogjuk írni, az általok szolgáltatott elektromosságfejlesztés módja szerint három fő csoportba sorolhatók. Az első csoportban a galván-oszlop árama; vagyis chemiai folyamat az, mely a saját vezetékében, vagy pedig egy szomszédos vezetékben gyakorol gerjesztést; ezeket a gépeket galvánelektromos, vagy mint LE ROUX javaslá: rheoelektromos inductiogépeknek nevezhetjük. Az e fajta készülékek tipusa a RUHMKORFF-féle inductió-gép. A második csoportba azokat a gépeket soroljuk, melyekben a gerjesztett áram fejlesztése egy állandó mágnessel szemben végzendő mechanikai munkát kíván, mely áram azután vagy saját vezetékére, vagy pedig egy szomszédságában levő vezetékre hat gerjesztőleg; és minthogy ez esetben a gerjesztés egy vezeték és egy mágnes relativ mozgásából veszi eredetét, az ezen második csoportba tartozó gépeket mágnes-elektromos gépek néven nevezik. A harmadik csoport oly gépeket foglal magába, melyek a gerjesztett áramok létesítésére csupán csak mechanikai erőt alkalmaznak, s melyek fölgerjesztésére csakis az a csekély maradandó mágnesezés szükséges, mely az elektromágnesek puhavasában mindig található. Ez okból ezek a dinamo-elektromos gépek nevet viselik.
327
Kezdjük leírásunkat a gerjesztő-tekercsen, a rheo-elektromos gépen, melynek első eszméje MASSON-nak 1842-ben végzett vizsgálataira vihető vissza, s mely ma annak a hírneves eszközkészítőnek nevét viseli, ki a gépet mai alakjába öntve, erejét jelentékenyen növelte; a RUHMKORFF-féle tekercset értjük.
A RUHMKORFF inductio-gépe a 257-ik ábrában van előtüntetve. Két tekercsből áll. Az egyik a belső tekercs, mely jó vastag (2–3 millim.), de nem hosszú (50–60 méter) vörösréz-drótból van készítve; ez a gerjesztő-tekercs, melynek két vége, mint látjuk, két sárgaréz drótcsiptetőben f és f'-ben végződik. A gerjesztett tekercs az elsőt, mely belső üregébé van tolva, úgy veszi körül, hogy mindkettejök tengelye egybeessék; menetei rendkívül vékony (1/4 milliméternyi) drótból vannak, melynek hossza egész 120 kilométerig terjedhet. A gerjesztett drót végei kívül, szigetelő üveglábak tetején álló A és B fémcsiptetőkbe vannak vezetve. Végre a gerjesztő-tekercs tengelyébe vastag puhavas vesszőkből kötött nyaláb van tolva, melyek végeit ugyancsak vaskorongok foglalják össze.
257. ábra. – Ruhmkorff inductio-gépe.
Valahányszor valamely elektromotornak, pl. a galván-oszlopnak árama a gerjesztő-tekercsbe vezettetik s f-nél be-, f'-nél pedig kilépve, a drótján végig halad, a külső tekercs drótjában a gerjesztő-tekercs gerjesztése és a puhavas nyaláb mágneseződésének együttes megosztó hatása következtében gerjesztett áram keletkezik. S mindannyiszor, midőn a gerjesztő áram megszakíttatik, a gerjesztett tekercsben újból áram keletkezik, mely az előbbivel ellentett irányú. Az áram átvezetéseinek és megszakításainak számát szaporítva, a pillanatig tartó áramok oly szaporán
328
következnek egymásra s oly erősek, hogy hatásuk a leghatalmasabb telepekét is fölülmúlja. Csak azt kell még megmondanunk, hogy mily szerkezettel lehet eme szapora megszakításokat eszközölni.
L-nél fémoszlopra erősített kétkarú fémemeltyűt látunk, az emeltyűnek az egyik karja fémcsúcsot tart; és az M edényben foglalt higany felületét érinti; a másik kar puhavas tömegben végződik, mely a gerjesztő tekercs vasdrót nyalábja előtt csekély távolságban van. Midőn a csúcs a higany felületét érinti, a másik kar vastömege nem érintkezik a nyalábbal és viszont, ha ez utóbbi érintkezés jön létre, akkor meg a csúcs nem érinti a higanyt. Induljunk ki az első esetből és nézzük, mi történik ekkor a készülékben. A galván-telep árama az üvegedényt tartó oszlopba, innét a higanyba, azután a vele érintkező csúcsba, az emeltyű L karjába lép, s a tartó oszlopon végig haladva, fémszalag útján a gerjesztő tekercs f' drótjához érkezik. Az áram itt a tekercsbe átmegy és f-nél visszatérve, a másik áramvezetőn a telepbe érkezik vissza. E szerint a csúcsnak a higany-felülethez való érintkezése a gerjesztő áram keringését vonja maga után. Ámde, abban a pillanatban, midőn ez az áram kezdetet veszi, a puhavas-nyaláb megmágneseződik, az emeltyű kis vas tömegét magához vonzza, mx a csúcsot tartó karnak fölemelkedését okozza: ez a higanyfelületet elhagyja, s az áram meg van szakítva. Most a nyaláb mágnesezése megszünik, s a kis vastömeg vonzatása véget ér; a csúcs újból a higanyba merül. S e játék ugyanily módon ismétlődik mindaddig, míg a gerjesztő tekercs a galván-teleppel közlekedésben marad.
A most leírt higanyos áramszakítót – interruptort – LÉON FOUCAULT eszelte ki. Kivált az igen erős gerjesztő-tekercseknél van alkalmazásban, hol is többnyire külön kis telep tartja mozgásban.
258. ábra. – A gerjesztő-tekercs kalapács alakú interruptora.
A gerjesztő áram önmüködő zárását és megszakítását még a kalapács alakú megszakítóval is lehet eszközölni, melynek szerkezetét a 258-ik ábra mutatja. A gerjesztő tekercs L drótja HG szigetelt fémoszlopban vegződik, mely a KD kalapácsot hordja, s ennek D feje I platina-peczket tart. Mielőtt az áram keringene, a kalapács az üllő gyanánt szolgáló B darabon nyugszik, mely felső lapján szintén platinával van bevonva. A mint az L-ből jövő áram a HG oszlopon, a kalapácson és BA-n végig menve keringeni kezd, a gerjesztő tekercs M puhavas magva mágneseződik, a kalapácsot vonzza és fölemeli, s az áram ismét meg van szakítva: a magnesezés megszűnik, a kalapács az üllőre visszaesik és az áram ismét helyre áll. Az áram ezen egymást követő zárásainak és megszakításainak, mint már fönnebb láttuk, a külső tekercsben gerjesztett áramok felelnek meg, s a gép ekként működésben marad.
329
Különféle áramszakítókat gondoltak ki, melyek közül SPOTTIS-WOODE kerékszerkezetű interruptorát, s ez utóbbi fizikusnak és GORDON-nak gyors megszakítóját említjük csupán. Az utóbbiak nem kevesebb mint 6000 megszakítást adnak másodperczenként.
|
A C kommutátorról – áramfordítóról, áramváltóról – eddig mit sem mondtunk. Egy készüléket neveznek
így, melynek az a czélja, hogy a gerjesztő C áram irányát megfordítsa, vagy pedig az áramot megszakítsa. RUHMKORFF kommutátora (259. ábra) tetszés szerint bármelyik műveletet végrehajtja; egyszerre a rheotom – áramszakító – és a rheotrop – áramfordító – szerepét játszsza. Ez egy üveg- vagy puszpángfa-henger, melynek görbült felületét egy darabján a CC' vörösréz-lemezek borítják; ezek középen vastagok, végeik felé pedig vékonyodnak. E lemezek a szigetelő hengeren két részt befödetlenül hagynak. Két oldalról f és f' rugók támaszkodnak a hengerhez, midőn ez úgy van fordulva, hogy a rézlemezek vastag része fordul a rugók felé. Ha a hengert egy gomb segélyével, mely tengelyéhez van erősítve, 90 fokkal megfordítjuk, a rugók lapja üveggel áll szemben, melyet különben nem is érintenek. Az első állásban az áram áthaladhat, az utóbbiban ellenben meg van szakítva. Ugyanis az áram az oszlopból A drótcsiptetőhöz van vezetve; innét f rugón keresztül a
|
259. ábra. – A Ruhmkorff-féle gép kommutátora. Kereszt- és hossz-átmetszete.
|
330
C vörösréz-lemezhez érkezik. Ez utóbbi g csavar közvetítésével a henger egyik csapjával, azután a D gombbal közlekedik, s erre a vezetéken átfut, melynek egyik vége az utóbb említett ponthoz van erősítve. A másik végén keresztül D' gombhoz jő, azután a henger második csapján és g' csavaron keresztül C' lemezhez, s végül f' rugó útján A drót csiptetőhöz, honnét a galván-oszlopba visszatér. Ne érintsék az ff' rugók a CC' lemezeket: az áram nem keringhet többé. A készülék tehát csakugyan áramszakító, vagyis rheotom.
De ha az áram kering, a mint most elmondtuk, elég, ha a hengert 180 fokkal megfordítjuk, hogy iránya megfordíttassék. Ugyanis most a C' lemez érinti az f rugót, s az áram a helyett, hogy D-ből D'-be haladna, D'-től D felé tart. E szerint RUHMKORFF interruptora, ha akarjuk, kommutátorrá vagyis áramfordítóvá, rheotroppá válik. Az inductio-gép egyik alkatrészét képezi; noha világos, hogy mindenütt alkalmazható, a hol az áramot vagy megszakítani vagy ellenkező irányúvá kell tenni.
260. ábra. – Bertin kommutátora.
Ugyanez áll BERTIN kommutátoráról is, melyet a 260. ábra mutat. Rövid leírása a következő: Egy hengeres ebonit-korong kis nyél segélyével, melynek mozgását jobbról és balról c és c' czövekecskék korlátozzák, középpontja körül forgatható. Az a fémnyelecske a korong tengelyének közvetítésével P drótcsiptetővel közlekedik, mely az oszlop positiv sarkát fogadja magába. Egy másik fémdarab, mn, mely az elsőt U-alakban átöleli, ellenben N csiptetővel van közlekedésben, melynek drótja a galvánoszlop negativ sarkához vezet. Az ábrában jelzett állás mellett a nyelvecske r' rugót, a másik fémdarab m vége pedig r rugót érinti. E rugók maguk A és B drótcsiptetőkhöz vannak erősítve, melyek a belső vezeték végeit fogadják be. Ebből következik, hogy az áram P-ből a nyelvecskén keresz-
331
tül r'-be halad, és A r uton az U-alakú fémdarabba, s innét végre N csiptetőbe jön vissza. Az áram irányát az ábrában nyilak jelölik. Ha a korongot nyelénél fogva jobb felé fordítjuk, könnyű belátni, hogy az áram iránya megfordíttatott és P, a, r, A, B utat követve r' és n uton végig N csiptetőbe kerül vissza. Ha a nyelet a c és c' czövekektől egyenlő távolságban állítjuk meg, a rugók, a nyelvecske s az U-alakú fémdarab között nincs többé érintkezés: az áram meg van szakítva. A mozgó résznek puszta megtekintése megmutatja, milyen az áram iránya, vagy hogy meg van-e szakítva.
Midőn a RUHMKORFF-féle gép működésben van, a gerjesztett drótnak két végét eléggé közelítve, azt fogjuk tapasztalni, hogy a szikrák sorban követik egymást, még pedig oly sebességgel, hogy a fénysugár folytonosnak tünik fel. Nevezetes, hogy a két ellenkező irányú gerjesztett áram közől, melyek a gerjesztett áram egymást követő zárása és megszakítása folytán keletkeznek, csakis az egyirányú – a megszakítás idejében – gerjesztett áram hoz létre szikrákat; az ellenirányú, az áramzárás pillanatában gerjesztett áram feszültsége nem elég nagy arra, hogy a levegőben utat törhessen magának.
Az első gerjesztő tekercsek szikrái legfölebb 8 milliméter hosszat értek el. A tökéletesítések, melyek közől a FIZEAU-ét kell kiemelnünk, mely abban áll, hogy a vezetékbe sűrítő, pl. leydeni palaczk iktattatik, lassanként 10, 20, 30 centiméter hosszaságú szikrákat engedtek elérni. A gerjesztett tekercs drótjának hosszát 120,000 méternek véve és a gerjesztő gépet mintegy 10 BUNSEN-féle elemmel hozva működésbe, RUHMKORFF 45 centiméter hosszaságú szikrákat volt képes kicsalni; a kisülés 1 deciméter vastagságú üvegdarabot volt képes teljesen átlyukasztani. A fizikai hatások, melyek ezen hatalmas géppel elérhetők, rendkívül meglepőek. Használhatók leydeni palaczkok, elektromos telepek töltésére. Igy JAMIN négy egymással összekötött s egyenkint két BUNSEN elemmel táplált gerjesztő-tekercscsel 120 leydeni palaczkot megtöltvén, egy méternél hosszabb vas-, ezüst- és vörösréz-drótot volt képes megömleszteni és elpárologtatni.
Angolországban nagy méretű és nagy hatályosságú gerjesztő-tekercseket készítettek. SPOTTISWOODE számára APPS olyan gerjesztő-tekercset készített, melynek súlya 762 kilogramm, hossza 1,22 méter, külső átmérője pedig 0,508 méter. A gerjesztő tekercs drótja 546 méter s átmérője 25 milliméter; a gerjesztett tekercs drótja 450300 méter hosszaságú. 5 GROVE-féle elemmel ez a tekercs 71 centiméternyi szikrákat ad; 10 elemmel a hossz 0,89 méter, 30-czal pedig 1,08 méter.
332
A londoni politechnikumi intézetnek van a legnagyobb inductio-gépe mit eddig szerkesztettek. Hossza 3 méter; a vas vesszőkből képezett mag 46 kilogrammot nyom s a gerjesztő drót hossza 3450 méter; súlya 55 kilogramm. A gerjesztett drót keresztmetszetének átmérője csak 4/10 milliméter; hossza 241000 métert tesz. Ez a gép 40 BUNSEN-féle elemmel hajtva, 74 centiméternyi szikrákat ad, melyek 127 milliméter vastagságú üvegdarabokat is át bírnak fúrni.
2. Mágnes-elektromos inductio-gépek.
A legrégebben szerkesztett inductio-készülék, már említők, a PIXII gépe. Csakis ez okból érdemel említést, mert már rég kijött a használatból.
|
261. ábra. Pixii gépe.
|
A (261. ábra) egy erős patkó alakú állandó mágnes, mely C függélyes tengelyre van erősítve és e körül R és P fogaskerekek közvetítésével forgattyú segélyével hajtható. A mágnes fölött szigetelt vörösréz-dróttal körültekert két puhavas magból álló gerjesztő-tekercs van megerősítve, melynek végei vagy sarkai az A mágnes sarkaitól csekély távolságban vannak. Ennek forgása közben a sarkok minden körülforgás alatt váltakozva közelednek és távolodnak a BB' elektromágnes sarkaitól. Ez utóbbinak szigetelt drótjában tehát gerjesztett áramok keletkeznek, melyek iránya minden forgás alatt megváltozik. Egy kommutátor, mely a tengelyhez erősített hengeren forog, a gerjesztett áramokat mind egy irányba tereli úgy hogy az a b drótok, jóllehet váltakozó irányú áramokat vezetnek, a kommutátor után bekapcsolt f és f' drótokban állandó irányú, folytonos elektromos áramot adnak.
|
A PIXII-féle gépnek rossz oldala az, hogy kezelése a mágnes nagy
333
súlya miatt igen nehézkes. Csakhamar felismerték, hogy czélszerű, ha az állandó mágnes tömegét nagyobbítják, s hogy az elektromágnes kisebb tömegű lehet. Az ebből eredő alkalmatlanság arra a gondolatra vezetett, hogy az utóbbi hozassék forgásba, a mágnes ellenben állva maradjon. Ez volt az első módosítás, mely SAXTON-tól ered, ki azonkívül a mágnest vízszintes irányban erősítette meg s a tekercset ugyan e síkban fekvő tengely körül forgatta.
262. ábra. – Clarke mágnes-elektromos gépe.
CLARKE módosításában az állandó mágnes ismét függőlegesen áll, s a tekercsek a mágnes sarkai előtt oly módon forognak, amint azonnal látni fogjuk.
A CLARKE-féle gép a 262. ábrában látható. Több patkóalakba görbített lemezből álló mágnes egy függőleges fatartóhoz van erősítve, úgy hogy sarkai két tekercscsel álljanak szemközt, melyek mindegyike puha-vas maggal van ellátva. A két vas mag a mágnes felől vörösréz-lemezzel –, az ellentett oldalon pedig tt' vaslappal van egymáshoz kapcsolva. A két tekercs, ily berendezés mellett, mint látható, elektromágnest alkot; különben a vízszintes tengely körül együtt foroghatnak, s e tengely az elektro-
334
mágnes ágai között áthatolva, a függélyes deszka mögött egy összefutó lánczba fogódzik, a mely viszont egy forgattyúval ellátott fogaskerék kerületén fut végig. Midőn a kerék mozgásba hozatik, a tekercsek közös tengelyök körül forogni kezdenek. Mindegyikök elhalad minden körülforgás alatt a helyt álló AB mágnes egyik és másik sarka előtt; mivel a drótok, melyekből készültek, ellenkező irányban vannak felcsavarva, egyikök jobbra csavarodó, a másik pedig balra csavarodó. Ebből az következik, hogy az áramok, melyek bennök az álló mágnes ellenkező sarkaihoz való közeledésök közben gerjesztetnek, ugyanazon iránynak. Ez áramok iránya megváltozik, ha a tekercsek a sarkoktól távolodnak; ámde az irány mindkettőben egyszerre-változik, úgy hogy a gerjesztett áramok minden pillanatban mindkét tekercsben egyidejűleg egyirányúak, vagy pedig mindkettőben ellenirányuak. Azonkívül a puha-vas magok mágnesezése miatt oly gerjesztett áramok keletkeznek, melyek a gerjesztő hatás erélyességét fokozzák. A tekercsek két drótja egy különös készülékben végződik, mely kommutátornak neveztetik, s mely mint már láttuk, arra szolgál, hogy az áramot, a mozgás egész tartama alatt, tetszésünk szerint vagy ugyanabban az irányban megtartsuk, vagy hogy irányát minden félkörülforgás alatt megváltoztassuk.
|
263. ábra. – A Clarke-féle gép áramváltója (kommutátora.)
|
264. ábra. – A Clarke kommutátora, tengelyében metszve.
|
A 263. ábra ezt a kommutátort nagyított méretekben tünteti elő. A tekercsek forgástengelyének meghosszabbítására szigetelő anyagból készült dob van tolva, melynek felületén félhenger alakú EE' fém-lemezek vannak megerősítve. Az ezen lemezeket elválasztó közök a két tekercs tengelyeinek síkjában egymással diametrálisan szemben esnek. Az egyik lemez, E', g nyelvecske útján c gyűrűvel és az elektromágnes drótjának dd' végével közlekedik (264. ábra); a másik, E lemez pedig egy belül futó fémtengely, továbbá a szigetelő tokon átmenő fémcsavar útján a másik véggel. Két rúgó, r és r' a két félhengerhez állandóan hozzá támaszkodik és a külső vezetékkel közlekedésben van. Minden félkörülforgás alatt és pedig éppen abban a pillanatban, midőn a gerjesztett áram iránya ellenkezőre fordul, a drótok közlekedése felváltatik, mivel az r rúgó, mely pl. az E' félhengert érinté, most E félhengerhez támaszkodik, az r' rúgó pedig E'-re.
335
A megfordítás tehát a gerjesztett áramok irányváltozásával egybeesik s ennek folytán a külső zárlatba küldött áram irányát változatlanul megőrzi.
A CLARKE-féle géppel a közönséges elektromotorok valamennyi hatását elő lehet idézni, még pedig jóval nagyobb feszültségben, mint pl. a közönséges galvánoszlopokkal. Speciális berendezések segélyével majd heves rázkódásokat, majd szikrákat vagy melegítő hatásokat, majd pedig vegybontásokat lehet vele előidézni. Ez utóbbi esetben úgy állítjuk be a készüléket, hogy az áram iránya változatlan legyen; a többi esetekben ellenben az áramoknak felváltva záratniok és megszakíttatniok kell.
Fiziológiai hatásokat, melyekre nagy feszültségű áramok szükségesek s a melyeknél vékony és hosszú drótból font tekercset kell alkalmazni, a gerjesztett áramok megszakítása és extra-áramok létesítése útján lehet előidézni. A kommutátor különös berendezése ezen eredmény elérését lehetővé teszi. E végett csak egy harmadik rúgót kell még hozzáadni, mely a q lemezkét érintse (263. ábra). Az az egyén, a ki a galvánáram okozta rázkódásoknak aláveti magát, az N és N'-ből kiinduló drótok fémfogantyúit kezeibe fogja. Amint ez a rúgó a lemezkét érinti, az áram megszakad s a kisérletezőnek testében, mely nagy ellenállást fejt ki, megszűnik tovább áramlani. Ezen megszakítás, mely minden körülforgással ismétlődik, rázkódást okoz, a mit az extra-áram még fokoz.
336
Midőn melegítő vagy fényhatásokat kivánunk előidézni, vastag rövid drótból készített kettős tekercs alkalmazandó, mint a 265. ábra mutatja.
265. ábra. – A Clarke-féle gép vastag dróttekercse.
1849 táján a brüsszeli katonai iskola fizika-tanára: NOLLET, a CLARKE-féle gép elve alapján egy inductiogéphez tervet készített, melynek czélja az elektromosság iparszerű előállítása volt. Ámde, mielőtt tervét valósíthatta volna, meghalt s a feltalálónak munkatársa VAN MALDEREN, akkor munkás, ma pedig mérnök, volt az, ki a NOLLET gépet összeállította, melyet az "Alliance" czimű társulat elektromos fény előállítására használ. Lényeges alkotó részei a következők:
Egy bronzkerék kerületére 16 tekercs van szabályos elrendezésben megerősítve; a kerék vízszintes tengely körül forgatható, melyet szíjas-kerekek útján valamiféle mozgató gép hoz mozgásba. A kerék két sor patkó-alakú állandó mágnes között forog; minden sorban 8 darab mágnes van, melyek egy köralakú állványon oly módon vannak elrendezve, hogy a 8 mágnes szabályosan állított sarka a 16 tekercs sarkával egyidejűleg álljon szemben, melyek feléjök egyszerre közelednek vagy távolodnak.
A kerekek, a tekercsek és a mágnesek számát egy és ugyanazon gepen rendesen szaporítani szokás, a mikor is ez utóbbiakat közös állványba párhuzamosan foglalják be s ugyanakkor a kerekeket tekercseikkel együtt
337
közös tengely tartja. A tekercsek drótjának végei a kerekekhez erősített fa-lapokon vannak megerősítve s egymással nagy feszültségre vagy nagy árambőségre összekapcsolva. A gép működése közben, valahányszor a mozgás a tekercseket a mágnessarkok előtt elviszi, a gerjesztett áramok megszűnnek és irányt változtatnak; s ez áramok egyik irányban megindulnak, midőn a tekercsek pl. az északi sarkok előtt elhaladnak, s ellenkező irányban, ha a sarkok déliek. Egy és ugyanazon mágnes két sarka között a gerjesztett áram megtartja irányát; intenzitása a sarkokkal szemben, tehát éppen abban a pillanatban midőn ellenkező irányba csap át, a legnagyobb; a két sark között a legkisebbbb. Kommutátor segélyével elérhető, hogy az összes áram megtartsa irányát.
266. ábra. – A Nollet és Van Malderen-féle mágnes-elektromos gerjesztő-gép.
A 266-ik ábra egy NOLLET és VAN MALDEREN-féle gépet mutat, mely hat kerékből áll; ezek összesen 112 tekercset hordanak, s így a gépen 56 álló mágnes van. Egy gőzgép oly sebességgel hajtja, hogy perczenként 300–400 fordulatot tesz; oly sebesség ez, mely mellett a gerjesztett áram iránya 80–100-szor változik meg.
267. ábra. – A Méritens-féle mágneselektromos gép.
A MÉRITENS gépe csekély különbséggel ugyanazt az alakot és berendezést tünteti elő, mint az "Alliance" gépei, miként az a 267-ik ábrából is látható. 5 mozgó kerék mellett – mindegyiken 16 tekercscsel – csak
338
40 álló mágnes van rajta, melyek közöl mindegyik 8 aczéllemezből van összeállítva. A világító-tornyok kivilágítását tárgyalván, lesz még alkalmunk a NOLLET- és a MÉRITENS-féle gépeket megbeszélni.
269. ábra. – Siemens tekercse.
|
268. ábra. – Siemens mágneselektromos gépe.
|
A SIEMENS tekercse is mágneselektromos inductio-gép, mely ugyanazon az elven alapul, mint a CLARKE gépe; mégis az a lényeges tökéletesítés, melyet a tekercsen föltalálója eszközölt, az eszköz hatályosságát tetemesen fokozta, a nélkül hogy térfogata nagyon növekedett volna. A 268. és 269-ik ábrák közől az első a gép külső alakját, a második a tekercset magában tünteti elő; egyúttal mutatják, miben áll a SIEMENS-től kigondolt módosítás. A drót egy hosszú s egész hossza mentén mélyen kivájt ab vashengerre vagy vasmagra van föltekergetve, úgy hogy a menetek a henger tengelyével párhuzamosak. A tekercs MN (270. ábra) fémfoglalványba van beillesztve és tengelye körül sebesen foroghat; minden félmegfordulása alatt sarkait (melyek a vashengernek szabadon maradt részei), oldalt A és D puha vasdarabok felé fordítja; ezek az állandó mág-
|
339
270. ábra. – A Siemens-féle tekercs keresztmetszete.
nesnek fegyverzetei (melyeket M és N nem mágneses fémbetétek választanak el egymástól). Ez maga egy csomó patkóalakú mágnesből áll, melyeknek sarkvégei a vashengert egész hosszában átfogják. Ennek a berendezésnek köszönhető, hogy a mágnesek sarkainak hatása a helyett, hogy igen szűk térre szorítkoznék, sokkal nagyobb mezőre terjed s a gerjesztett áramok intenzitása jelentékeny mértékben növesztetik. Azonkívül a készüléknek alakja és berendezése miatt oly biztos állása van, hogy a henger nagy sebességgel hajtható.
271. ábra. – A Siemens-féle gép áramváltója.
A 271-ik ábra a kommutátort mutatja, mely az áram irányát tetszés szerint engedi változtatni, mely irány, épen úgy mint a CLARKE vagy NOLLET gépénél minden félmegfordulás alatt ellenkezőre fordul. A tekercs teljes rajzán (268. ábra) e kommutátor kissé eltérő alakúnak tűnik fel; ámde az egyik és másik is ugyanazon elvek szerint van készítve, mint a CLARKE-féle gép kommutátora, melyet már leírtunk, s itt csak az előbbi leírást kellene ismételnünk.
A WILDE-féle gép (272. ábra) nem egyéb, mint két SIEMENS-féle tekercs, melyek egymás fölé vannak kapcsolva.
272. ábra. – Wilde mágnes-elektromos gépe.
A kisebbik tekercs, melyet felül látunk, oly gerjesztett áramokat ad, melyek a helyett, hogy közvetlenül felhasználtatnának, AB elektromágnes tekercsébe vezettetnek, mely a második SIEMENS-féle tekercs állandó mágnesnyalábját helyettesíti. M az első tekercs állandó mágnese, m és n pedig két sarkának puhavas-fegyverzetei. A kommutátor által egy irányba terelt gerjesztett áramok p és q drótcsiptetőknél az AB elektromágnes drótjába vannak vezetve. A puhavas-lapok, melyek ez utóbbit alkotják, felső végeiken ugyancsak puhavas-táblával vannak egymással összekötve, mely egyúttal a kis tekercs alapjául is szolgál, s alul TT fegyverzeteikre támaszkodnak; ezek a nagy tekercset fogják közbe. Ez a tekercs, – átmé-
340
rője mintegy háromszorosa a felső tekercs átmérőjének, – az elektromágnes gerjesztője alatt áll, melynek mágnesezése tetemesen erélyesebb az állandó mágnesénél, s az ennek hatása alatt keletkező áram az, mely, ha kell, egy irányba terelve, külső rendeltetésre fölhasználtatik. A WILDE-féle gépnek előnye tehát abban van, hogy az elektromágnes az első gép gerjesztett áramai miatt, az állandó gerjesztő mágnesénél erélyesebb mágnesezésre tesz szert. Mindamellett, hogy hatályosságát teljes mértékben elérje, jelentékeny forgássebességet kíván, mely a nagy tekercsnél másodperczenkint 25, a kis tekeresnél pedig 40 körülforgásig emelkedhetik.
A gép föltalálója, WILDE, hármas gépet is szerkesztett, vagyis olyant, melynek második tekercse egy második elektromágnest gerjesztett, ez
341
pedig egy harmadik tekercset. Mozgatására 15 lóerejű gőzgép volt szükséges, s oly hatalmas volt, hogy 6 milliméter átmérőjű és 64 centiméter hosszaságú platina-rudat képes volt megolvasztani.
GRAMME, franczia eszközkészítő és fizikus, l870-ben oly mágneselektromos gépet gondolt ki, mely az állandó irányú gerjesztett áramok fejlesztésének problémáját megoldotta. Lássuk, mily zseniális berendezéssel sikerült e czélt elérnie; különben nem sokára látni fogjuk, hogy es a berendezés az ugyanazon föltaláló által szerkesztett dinamo-elektromos gépekre is alkalmazható.
273. ábra. – A Gramme-féle mágneselektromos gép vázlata.
S és N a gerjesztő mágnes sarkai. E két sark közé eső térben egy összefüggő puhavas-gyűrű, középpontja körül, a saját síkjában forgó mozgásba hozatik. Különböző részeinek a mágnes sarkaihoz való viszonyos fekvése folytán, a gyűrű északi sarka, megosztás útján, – S-sel szemben keletkezik, továbbá N ponttal szemben a déli sarka, míg a mágnes ágaival párhuzamos átmérő végein semleges vonalai fejlődnek. A gyűrű körül tekercsek vannak fölsodorva, s ezek drótjai mind oly módon vannak egymáshoz kapcsolva, hogy folytonos zárlatot képezzenek, úgy, mintha a tekercsek "feszültségre" lennének egymással összekötve. Vegyünk közőlük egyet szemügyre és keressük, mi történik a körben való mozgása következtében? Midőn a középső pontból kiindul, hol a semleges vonal van, s E' oldalról S sarokhoz közeledik, vezetékében gerjesztett áram keletkezik, melynek intenzitása változatlan irány mellett mindaddig növekedik, míg az S pont felé halad; e pillanattól kezdve, E-ben az áram intenzitása fogy, de iránya még mindig ugyanaz marad, mivel a tekercs a sark felé épen az ellentett oldalával fordul. Midőn ez a két sarktól egyenlő távolságba jut, a gerjesztett áram irányát megváltoztatja. A körút második felében a dolgok egészen így mennek végbe, azon
342
különbséggel, hogy most a gerjesztett áram iránya épen ellentett a mozgás első felében gerjesztett áram irányával. Ha most egy tekercs helyett valamennyit együttvéve vesszük tekintetbe, könnyű belátni, hogy azok, melyek a gyűrű felső félkerületén fekszenek, kezdetben növekedő, azután fogyó intenzitású áramok vezetéke gyanánt szolgálnak; azonban az áramok mind összeadódnak, mivel irányuk ugyanaz, s a tekercsek egymásután vannak kapcsolva.
Ellenben az alsó félgyűrű tekercseiben az előbbiekkel ellentett irányú gerjesztett áramok sora kering, melyek szintén összegeződnek.
E két eredő áramot fölszedve s egy közös vezetékben egyesítve, folytonos galván-áramot kapunk, s a gép javában működhetik. Ez az eredmény a következő módon éretik el. A gyűrű forgástengelye körül annyi fémdarab sugárzik szét, a hány a tekercs; e darabok egymástól el vannak szigetelve, de mindegyikök az egyik tekercsből kilépő, s az erre következő tekercsbe belépő drótvéggel össze van kötve.
|
274. ábra. – A Gramme gyűrűjének részletei.
|
Látjuk, hogy ezután a gyűrű tengelyével párhuzamosan derékszögbe vannak meghajlítva (274. ábra), s a gyűrű síkjából kilépve, hengerhez hasonló alakot képeznek, de egymástól mégis szigetelve maradnak. Az áramok ezeken az RR részeken gyűjtetnek össze. Az áramszedők fémseprükből vagy ecsetekből állanak, melyek rugókat képezve az E részekhez támaszkodnak abban a pillanatban, midőn a semleges vonalak síkjába kerülnek.
|
Ebből látható, hogy a két félgyűrű gerjesztett áramai a külső vezetékben egyesíttetnek, épen úgy, mint két galván-elem áramai, melyek nagy felületre, vagy "nagy bőségű áramokra" vannak összekapcsolva. Ez az eredmény oly módon van elérve, hogy a gerjesztett áramok irányát kommutátor segélyével nem szükséges megfordítani, s az áramfolytonosság úgy van létesítve, hogy az ezen mellékszerkezet hozzákapcsolásából eredő alkalmatlanságok kikerültetnek.
A 275-ik ábra a GRAMME-féle mágneselektromos gépet oly mintában mutatja, melyben JAMIN-nek aczéllemezes mágnesei vannak elfogadva. Előadásoknál nagy előnynyel használható, mivel kézzel könnyen hajtható s számos kísérletre azonnal készen áll, mindazon előkészületek nélkül,
343
melyekkel pl. a galván-elemek alkalmazása jár.* A galvanoplasztikában valamint az orvosi gyakorlatban is előnynyel alkalmazható.
A GRAMME-féle gép áramának intenzitása a forgás sebességével változik, s perczenkénti 700–800 körülforgás maximumig vele növekedik: ugyanoly forgássebesség mellett a tekercsek drótjának hosszától és vastagságától függ; nagy bőségű áramot követelő hatások előidézésére rövid és vastag drót szükséges; ha pedig nagyfeszültségű hatásokat akarunk elérni, a drótnak hosszúnak és vékonynak kell lennie.
275. ábra. – Gramme-féle gép Jamin-féle mágnesekkel.
* Lássuk, mily szavakban méltatja ez előnyöket a tudós NIAUDET-BRÉGUET, ki e téren hivatott birálónak tekinthető:
"Közép nagyságú, kézzel hajtott Gramme-féle gépeket szerkesztenek, melyek segélyével a legtöbb fizikai előadási kisérlet végrehajtható; hasznos szolgálatot tesz ez a készülék még a fizikai és chemiai laboratoriumokban is minden olyan kisérletben, mely rövid időt kíván; megkímél attól a kellemetlenségtől, melylyel a Bunsen-féle oszlopnak összeállítása jár, mert ez egy olyan művelet, mely elég hosszú időt vesz igénybe, hogy gyakran habozunk, vajjon hozzáfogjunk-e, kivált ha a végzendő kisérlet csak egy-két perczig vagy másodperczekig tart. Magától értetődik, hogy a Gramme-féle gépnek alkalmazása ez esetben jelentékeny sav- és czinkmeggazdálkodással is jár, a segédek vagy előkészítők idejét nem is számítva. Azonkívül nagy számú kisérletben érdekes, ha egész szabatosan tudjuk, mekkora a galvánáram ereje abban a pillanatban, midőn egy bizonyos tüneményt előidéz; a kérdéses eszköznél elégséges, ha a kellő pillanatban a forgás sebessége pontosan meghatároztatik, mi egy hangvilla segélyével, melynek rezgései a gyűrűvel együtt forgó korongra leiródnak, igen könnyen eszközölhető." (La Nature, 1873. november szám.)
A Jamin-féle mágnesekkel fölszerelt Gramme-gépnek még az az előnye is van, hogy ereje ép ezen mágnesek alkalmazása következtében fokozódik, mihez még az is járul, hogy e lemezek igen könnyen szétszedhetők, összeállíthatók, vagy újakkal helyettesíthetők.
344
3. Dinamo-elektromos gépek.
Minden eddig leírt inductio-gépben gerjesztőül vagy a galván-oszlop árama, mint a RUHMKORFF-féle tekercsnél, vagy pedig állandó mágnesek mágnesereje szolgál, a mint ezt a CLARKE, GRAMME s mások mágnes-elektromos gépeinél láttuk. A jelen czikkben megismertetendő gépek arra a gerjesztésre vannak alapítva, mely csupán csak a puha-vas megmaradó mágnessége, vagy a Föld mágnessége következtében fejlődik. Egy szóval, a gerjesztő áramot magát is az elektromágnes fogja szolgáltatni. Az eszme, hogy növekvő erejű mágneselektromos áramok mechanikai erő fölhasználása által annak a csekély mágnességnek segélyével fejlesztessenek, mely a közönséges puhavasmagvakban mindig megvan, az 1867. év kezdetén WHEATSTONE-nak és SIEMENS-nek agyában egyidejűleg támadt. Ennek a fölfedezésnek fontosságát könnyen megértjük, ha meggondoljuk, hogy az elektromágnes gerjesztő ereje ugyanazon súly mellett sokkal nagyobb, mint az állandó mágnesé.
Ezen elvnek első alkalmazása ugyanabból az időből származik; LADD angol eszköz-készítőtől ered, kinek nevét az első dinamo-elektromos gép viseli.
276. ábra. – Ladd dinamo-elektromos gépe.
Az alkotórészek elrendezését nem tekintve, a LADD gépe nem egyéb, mint két SIEMENS-féle tekercscsel ellátott WILDE-féle gép, melyben a kisebbik tekercs állandó mágnesei el vannak hagyva. BB' elektromágnes (276. ábra) két széles vastáblából van képezve, melyek szigetelt dróttal vannak körülvéve, s így két egyenes párhuzamos elektromágnest alkotnak. A puha-vas M és N sarktömegek – fegyverzetek – a baloldalt látható a' SIEMENS-féle tekercset átfogják, mely gerjesztőnek lévén rendelve, gerjesztett áramait az elektromágnesbe küldi, mágnességét fokozza és fentartja. Ezeknek sarkai jobboldalra esnek és szintén MN sarktömegekkel vannak fölfegyverezve, melyek egy második, az elsőnél nagyobb SIEMENS-féle a
345
tekercset fognak körül. Ez utóbbinak gerjesztett áramai vezettetnek a külső vezetékbe, s szolgáltatják a felhasználandó elektromosságot. Az a és a' tekercsek oly módon vannak igazítva, hogy az első akkor forduljon telt részeivel az elektromágnes sarktömegei felé, midőn a másik tekercs ettől a helyzettől derékszögnyivel van elfordulva, tehát a mikor a reája hatott sark-tömegeket elhagyja. A két tekercset közös dobon futó két hajtó szíj tartja mozgásban.
A gép gerjesztésére SIEMENS kezdetben galván-oszlopokat alkalmazott: azonban csakhamar kiderült, hogy ez fölösleges, s hogy a puhavas-magvaknak állandó mágnessel való egyszerű megérintése vagy akár csak a Föld megosztása által ébresztett mágnesezés is elegendő.
A LADD-féle gépen RUHMKORFF, GAIFFE többféle tökéletesítést eszközöltek; azonban az új dinamo-elektromos gépek föltalálása, mely a föltaláló czéljának: az elektromos fény előállításának szempontjából jobban voltak szerkesztve, ezt a gépet háttérbe szorította.
E készülékek közől a GRAMME elektromágnesekkel ellátott gépei mindjárt kezdetben (1870) s még mai nap is őket jogosan megillető sikert arattak; egyik alakjukat a 277-ik ábra tünteti elő. Alapelvök ugyanaz, mint a GRAMME mágneselektromos gépeé, melyet fönnebb már leírtunk; a gyűrű alkalmazása állandó áramok fejlesztését teszi lehetővé, s az állandó mág-
346
neseknek elektromágnesekkel való helyettesítése, melyet már WILDE és LADD gépeinél láttunk, erélyességök hatalmas fokozását szüli.
277. ábra. – Gramme dinamo-elektromos gépe. (Műhely-minta.)
A 277-ik ábrában előtüntetett mintában a GRAMME-féle gyűrű vízszintes tengely körül forog, melyet mozgás-áttevő szíjjal hajtott dob hoz mozgásbá. A tekercsekkel körülvett gyűrű két puhavas-rész között forog, melyek a gerjesztő elektromágnes fegyverzeteit alkotják s a gyűrűt kerületének háromnegyed részén fedik, azért, hogy a mágnesmező jobb elosztódása éressék el, s hogy a gerjesztés hatásai növeltessenek. Az elektromágnesek közöl az egyik a gyűrűtől jobbra, a másik pedig balra esik, s mindegyiköknek tekercsei ugyanabban függőlegesen vannak. Ha egy és ugyanazon áram kering bennök, egynevű sarkokkal néznek egymásra. A gyűrűben a forgás következtében gerjesztett áram először a két elektromágnes tekercsein halad át, melyeknek mágneserejét emeli; azután az áramszedőseprűk útján, melyeket előbb már leírtunk, a külső vezetékbe lép, hogy a gép rendeltetésének megfelelően fölhasználtassék.
A most leírt minta: a műhely-minta – type d'atelier – számos iparágban a legkülönfélébb czélokra használható fel. Kiválik szerkezetének egyszerűségével, takarékos munkájával, – a hajtására fordított munkának 85–90 százalékát adja vissza elektromosság alakjában, – erejéhez képest csekély súlyával, s ennélfogva aránylag mérsékelt árával.
347
Ez idő szerint sokféle dinamo-elektromos gép van használatban, melyek ugyanazon elvek alapján készültek, mint a GRAMME gépe. Egy-kettőt közülök, mi mellett azonban fentartjuk magunknak, hogy [leírunk] (*) a legfontosabbakra még visszatérjünk, midőn az elektromágnesség sokféle alkalmazásait kellend majd leírnunk.
278. ábra. – Hefner-Alteneck-Siemens-féle dinamo-elektromos gép.
A HEFNER-ALTENECK-féle gép (278. ábra), mely föltalálójától vevé nevét, ki a berlini SIEMENS-czégnek mérnöke, a GRAMME-féle géptől hengerszerű fegyverzetével s a gerjesztett tekercs drótjának fölcsavarásmódjával különbözik. Ez t. i. a gyűrűt helyettesítő hengernek csak külső felületét borítja; az elektromágnes ágai vaslemezekből vannak, melyeknek széles-
(*) A "leírunk" szó fölösleges. [NF]
348
sége nagyobb a hosszuknál s fegyverzeteik a gerjesztett tekercset fölülről és alulról beburkolják. A seprűszedők a GRAMME-féle géptől vannak kölcsön véve.
279. ábra. – Brush-féle gép.
A BRUSH gépe oly GRAMME-féle gyűrű, melynek csak nyolcz vagy tizenkét tekercse van; ezek meglehetősen széles közökkel vannak egymástól elkülönítve s kettőnként összekapcsolva, s két patkóalakú elektromágnes sarkai között forognak. Az elektromágnesek hosszúkás alakúak és úgy vannak elhelyezve, hogy egynevű sarkaik szemben álljanak. Ebből az elrendezésből az következik, hogy a mágnessarkok közé oldalról közbefogott gyűrűnek két felében gerjesztett áramok ellenkező irányúak, mi azt vonja maga után, hogy kommutátort és négy seprűt kell alkalmazni.
280. ábra. – Lontin dinamo-elektromos gépe.
A 280-ik ábra LONTIN dinamo-elektromos gépét tünteti elő. Vasalapzaton nyugvó közönséges elektromágnes AA ágai között egy vasmag forog, melyet a feltaláló mágnes-orsónak nevez. Erre a vasmagra vasfogak vannak illesztve és a henger alkotó-vonalai vagy csavarvonal mentében ren-
349
dezve; minden fog szigetelt dróttekrecscsel van körülvéve. Az összes DDD... tekercsek – számuk negyven – úgy, mint a GRAMME-féle gépen, egymással össze vannak kötve, s azon kívül egy kollektorral – gyűjtővel – is közlekednek, mely a gerjesztett henger két felén gerjesztett áramokat összegyűjti.
Ez a gép leginkább azon gép gerjesztésére használtatik, melyet az elektromos fény elosztására szintén LONTIN talált föl, s melyet majd az elektromos világításnak szánt fejezetben fogunk leírni.
