关于转换的装置和方法
本帖最后由 能量海 于 2017-4-15 08:39 编辑
可取的是发电机有可能具有这样的高压，以便能够穿透微小的空气间隙。如果情况不是这样，则不得不诉诸辅助手段，其中一些将随后标示。电容器充电到一定电位，空气、或绝缘空间——让位并击穿：发生。
然后有一个突然的电流涌动，而且通常大部分积聚的电能都自我消耗了。电容于是快速充电，而同样的过程以或多或少的快速演替重复。为产生这种突然的电流涌动，有必要观察某些条件。如果电容器放电的速率与充电的速率相同，那么显然，在假定的情况下，电容器不起作用。如果放电速率小于充电速率，则再次，电容器不能起重要作用。但是，如果相反，放电速率大于充电速率，则获得了一连串的电流的涌动。显然，如果能量通过放电消耗的速率远大于供应给电容器的速率，突然涌动将相对较少，其间有长时间的间隔。这总是在相当大容量的电容器由相对较小的机器充电时发生。如果供给和耗散的速率没有很大的不同，则电涌将更快地演替，并且这越多，再者速率越接近相等，直到出现对每种情况的限制事件，并取决于多种成因的达到。因此，我们能够从直流发电机获得我们想要的一连串快速放电。当然，发电机电压越高，需要的电容器容量越小，并为此，主要地，用具有非常高电压的发电机是有优势的。
此外，这种发电机允许获得更大的振荡速率。
这种转换方法极其有趣，而我第一次构想它时，它的美给我以极深的印象。它在某些方面是理想的。它涉及到任何类型的机械装置的运用，并且允许从普通电路——直流或交流——获得任何所需频率的电流。基本放电频率取决于相对供电和耗散速率可以容易地在宽范围内变化——通过简单地调节这些量，以及通过确定容量、自感和电路的电阻的叠加振荡的频率。再次，电流的电势可以升高到任何绝缘能够通过组合容量和自感、或通过次级中的感应、安全地承受的能力，这需要有——但相对较少的匝数。
由于条件常常使得间断或振荡不容易自己建立，特别是采用直流电源时，这对结合弧的方式来灭弧是有利的——正如我前一段时间所指出的，用一个鼓风或磁铁——或其它容易放在后面的装置。用磁铁在转换直流电流方面特别有利，因为它是非常有效的。如果初级源是交流发电机，希望——正如我在另一个场合所说的那样，频率应该很低，而那个电流形成的电弧很大，以使磁体更有效。
这种有一个磁铁的放电器的构成已经发现是适宜的，并在一些试验之后采用，特别以直流电转换，如图.166所示。N S是由线圈c激发的非常强的磁体的极片。极片开槽用于调节，并可通过螺丝s s1拧紧在任何位置。放电杆d d1在两端减薄，为了让磁极片更靠近，穿过黄铜柱b b1，并通过螺丝s2 s2拧紧就位。弹簧r r1和辊环c c1在杆上滑动，后者用于设置杆的点在一定的适当距离通过螺钉s3 s3和前者将点拉开。当需要启动电弧时，用手快速轻叩大胶柄h h1中的一个，藉以给杆点带来接触，但立即被弹簧r r1分开。已经发现这种配置通常是必要的，即当电动势不够大到足以使放电突破间隙的情况下，以及当希望它避免发电机由于杆的金属接触短路时。具有一个磁体的电流中断的快速性取决于磁场的强度和在电弧尾端上的电位差。中断通常是快速连续的。接着产生音乐声。多年前观察到，当一个强大的感应线圈在强磁体极间放电时，放电发出响亮的声音，不像一把小手枪的射击声。有人含糊地说，磁场的存在加剧了火花。现在清楚的是，流动一段时间的放电电流被磁铁中断多次，从而产生声音。当大磁铁的磁场电路或直流发电机在强大的磁场中断时，这种现象尤其明显。
放电器的另一种形式如图.167所示，在某些情况下具有利用优势。以这种形式，如粗实线所示，放电杆d d1穿过内部涂满云母的木盒B的齿孔。齿孔具有一定厚度的云母管m m1，最好不与杆d d1接触。盒子有一个略大的盖子c，在盒外盖下。火花隙由盒中的小灯 l 加热。灯上方的板p使得通风的气流仅通过灯的烟囱 a，空气通过盒底部或附近的孔o o，并沿着箭头所示的路径进入。放电器运行时，盒门关闭，使得电弧的光在外面看不见。希望尽可能完美地排除光，因为它干扰了某些实验。正确操作时，这种形式的放电器是简单的和非常有效的。空气加热到一定温度，绝缘能力受损；它变得绝缘薄弱，因此，其结果是，可以在更大得多的距离建立电弧。电弧当然应该是充分绝缘的，以使放电击穿通过间隙。在这种条件下形成的电弧，在长的时候，可能会非常敏感，而福利是：气流通过灯烟囱a相当足以产生快速的中断。调节是通过控制气流的温度和速度进行的。不用灯，而是以其它方法达到提供加热气流的目的。经过实践的非常简单的方法是将电弧封闭在一个长长的竖管中，用顶部和底部的板调节气流的温度和速度。必须做出一些条件来隔音。
空气也可能由于稀薄而介质变弱。我用于磁铁连接的方式同样也用了这种放电器。为此目的用了一个大管，拥有碳或金属的重型电极，在其间进行放电递送，管子被置于强大的磁场中。管子的排放被输送到放电容易突破的点，但压力应大于75毫米，在此会发生普通的线性放电。 在另一种形式的放电器中，结合上述特征，使放电在两个可调磁极片之间传递，它们之间的空间被保持在一个升高的温度下。
这里应该指出的是，当用这种——或任何类型的灭弧——设备时，电流通过击穿放电线圈的初级，照例，这无助于产生许多每秒电流的中断大于直流发电机供电电路的自振频率，它通常是很小的。这里还应该指出，尽管提到的击穿放电有关的装置在一定条件下有优势，但它们有时可能是麻烦的根源，因为它们在振动中产生间断和其它错误，这是非常需要克服的。
我很遗憾地说，在这种极好的转换方法中，有一个瑕疵，幸运的是它不是关键，而且我已经逐渐克服。我最好提请注意这个瑕疵，并通过电气过程与其机械模拟的比较来表明一个富有成效的工作。该过程可以用这种方式示出。想像一个槽罐，底部有宽敞的开口，由弹簧压力保持关闭，但罐中的液体达到一定的高度时，使它突然弹离。让流体在一定速率下以管道馈送的方式供给到罐中。当达到液体的临界高度时，弹簧让路，在罐底排出。液体瞬间落下流过宽敞的开口，而弹簧，重新自己起作用，再次关闭底部。罐子现在已经填满，经过一定的时间间隔，重复相同过程。很明显，如果管道比能够让流体通过的底部出口更快地输送流体，底部将保持关闭，而罐还会溢出。如果供应速度完全相同，则底盖将保持部分打开，则不会有同样的振荡，以及通常出现液柱，如果以某种方式启动，则有可能。但如果入口管输送流体给出口不够快，则常常会有振动。此外，在这种情况下，每次底部瓣阀向上或向下时，弹簧和液柱——如果适当选择了弹簧的柔韧性和活动部件的惯性——将做自主振动。在这种模拟中，流体可比作电或电能，容器到电容器，弹簧到电介质，以及管到导体——通过该管道向电容器供电。为了使这个模拟相当完整，有必要做这样的假设：那个底部——每次都会让路——被猛烈撞击到一个非弹性挡块上，这种冲击涉及到一些能量的损失；而此外，由于摩擦损失，产生一些能量耗散的后果。前面的模拟中，液体应该处于一个稳定的压力下。如果假设流体的出场有节奏地变化，这可视为对应于交流电流的情况。当时考虑这个过程不是那么简单，但原则上作用是一样的。
为了节省地维持振动，希望尽可能地减少冲击和摩擦损失。至于后者，这在电模拟中对应于由于电路的电阻的损失，是不可能完全避免的，但可以通过合理选择电路的尺寸和以股线形式采用细导线来减少到最低限度。但是电介质的首次击穿导致的能量损失——上面范例中相当于对非弹性挡块的底部猛烈撞击——将需要克服。击穿那一刻，空气空间具有非常高的电阻，当电流达到某种强度，以及空间被带来一个高温时，它可能降低到一个非常小的值。如果空间总是保持在非常高的温度，就会大大减少能量的损失，而另一方面又不会击穿。用灯或其它手段适度地加温空间，就电弧而言，节省明显增加。但是磁体或其它的灭弧装置不会减少电弧中的损耗。同样地，空气喷射流只是促进能量的传递。空气，或一般而言的气体，在这方面的表现是奇异的。当两个物体充电到非常高的电位时，会通过空气击穿性地放电，大量能量会被空气带走。这种能量显然被物质载体在分子的冲击和碰撞中浪费掉了。空间中分子的交换以不可思议的速度发生。两个电极之间发生强大的放电，它们可能依然完全是冷的，可是空气中的损失也许代表大量的能量。间隙中具有非常大的势差完全适用于在放电电弧中耗消若干马力，甚至无需注意到电极温度的小幅增加。所有摩擦损失于是实际上都发生在空气中。如果空气分子的交换被阻止，由于密闭地密封空气，即使是非常小的放电，容器内的气体也被很快带到一个高温。难以评估在强大的放电中有多少能量损失在听得到的和听不到的声波中。当间隙通过大电流时，电极被快速加热，但这不是对电弧浪费的能量的可靠测量，因为通过间隙本身的损失可能相对较小。至少空气或气体通常是常压的，显然不是发生击穿放电的最佳介质。在很大的压力下的空气或其它气体当然是更适合的间隙放电的介质。我在这个方向进行过长时间持续的实验，不幸的是由于大压力下的困难和费用，不太可行。但是，即使放电空间中的介质是固体或液体，仍然出现同样的损失，尽管它们通常较小，因为只要电弧一旦建立，固体或液体就会挥发。的确，这里没人知道另一个不会被电弧击穿，而这是科学界的一个悬而未决的问题，是否电弧放电根本就在空气本身发生，而无需撕去电极的粒子。当通过间隙的电流很小且电弧很长时，我相信在电极的裂变中占用了相当大量的热，这可能是保持相当冷的部分原因。
放电间隙的理想媒介应该只是爆裂，而理想的电极应该是某些不能击穿的材料。以小电流通过间距，最好用铝，当大电流时就不要这样。空气中的击穿——在任何普通媒介中或多或少——不是一种爆裂的性质，而是有几分相当于无数子弹刺穿通过一个向子弹的运动提供很大的摩擦阻力的物质，这涉及到相当大的能量损失。一种静电应变时爆裂的介质——而这可能是完全真空——即，纯以太的情况下——会在间隙中涉及一个非常小的损失，小到至少在理论上可以完全忽略不计，因为爆裂可以由无限小的位移导致。在耗尽一个具有两个铝端子的长方形灯泡中，以极度的小心，我已经成功地造成了这样的真空，使得击穿放电线圈的次级放电将以纤细火花流的形式击穿通过灯泡。奇怪的是，放电会完全不理会终端，并远在两个作为电极的铝板后面启动。这种特别的高真空只能维持片刻。为了回到理想的媒介；想想看——为了举例说明——对于夹在虎钳里的一块玻璃或类似的物体，而虎钳越收越紧。在某一点，极小的压力增加都会导致玻璃破裂。参与到破裂玻璃的能量损失也许几乎为无，因为虽然力是很大，但需要的位移极小。现在想象，压力略微降低时，玻璃将具有再次完美封闭裂缝的性质。这是放电空间中的电介质的表现。但由于间隙总会有一些损失，应该是连续的媒介，将会通过间隙急遽交换。在前述实例中，玻璃被完美封闭，这意味着放电空间中的电介质具有很大的绝缘能力；玻璃破裂，这意味着空间中的介质是一个良导体。放电空间两端的电动势的微小变化应该使电介质电阻变化巨大。这个条件已经达到，但是以一种极不完美的方式，通过加热空气空间到某个临界温度——取决于间隙两端的电动势——或另外通过减弱空气的绝缘能力。但事实上，如果严谨解释这个术语，空气从来不会击穿性破裂，因为在突然的电流涌动出现前，总有一个微弱的电流在它之前，它先是逐渐上升，然后才相对地突然。这就是为什么——例，如当玻璃被穿破，比当发生相等的电介质强度的空气空间被击穿的变动化率大得多的原因。从而，作为放电空间的介质，固体的、或甚至是液体的，将是更可取的。设想一个固体具有在破裂后立即关闭的特性有点困难。但是液体，特别是在巨大的压力下，实际表现得像一个固体，而它就具有关闭裂缝的性质。因此，有人认为，液体绝缘体可能比空气更适合作为电介质。按照这个想法，已经尝试了许多不同形式的放电器，当中用了多种这样的绝缘——有时在很大的压力下被使用——已经对它们做过实验。想来应该对实验形式之一说几句话。这些放电器中的一个显示在图.168a和图.168b中。
将中空金属皮带轮P（图.168a）系紧在心轴a上，通过适当的方式以相当高的速度旋转。在皮带轮内侧——但与其脱开——被支撑的一个硬胶薄盘h(为了清楚起见，它显得较厚)，其中嵌有两个金属瓣ss，以金属的延展部分ee进入到拧有导电端子、被厚胶管覆盖的t t。有着金属瓣ss的胶盘b是在车床上完成的，而其整个表面高度抛光，以便提供最小可接受的摩擦阻力去运动通过一个流体。中空皮带轮中，注入如稀油的绝缘液体，使得达到非常接近轮缘f左侧的开口，它被紧紧地拧在皮带轮的前侧。端子tt连接到电容器电池的相对的覆盖层，使得通过液体发生放电。皮带轮旋转时，液体被迫抵靠皮带轮缘，导致流体压力相当大。以这种简单的方式，放电间隙充满了实际表现类似于固体的介质，它具有在破裂发生时立即闭合的二重性，而此外还以急遽的速率通过间隙循环。通过这种具有液体灭弧的放电产生非常强大的效应，其中形成了许多不同的形式。有人发现，正如预期的那样，对于特定长度的导线以这种方式比用空气作为灭弧装置获得的火花长。通常速度——为此还有液压——由于流体摩擦的限制，以所述放电器的形式，但实际上可获得的速度高得足以产生许多击穿适合于普通应用的电路。在这种实例中，金属皮带轮P有几个向内的设有凸起，并有确定数量的击穿接着产生，它可从皮带轮的转速计算。为了减少电弧中的损失，实验也采用不同绝缘能力液体去做。当绝热液体适度加热时，电弧中的损失减小。
这样的各种放电实验中注意到某种重要的点。例如，而发现在这些形式中保持的条件对于产生大火花长度有利，所得到的电流不是最适合于光效的产生。经验明确表明，为此目的，最好是电位的谐和上升和下降。即使一个固体被赋予白炽或是磷光，或即使通过电容器板传递的能量穿过玻璃，相当肯定的是，谐和升降电势较少出现击穿作用，而真空维持得更持久。如果弄清耗尽的容器中进行的过程具有电解性，这会很容易解释。
在图.165的草图中已经提及，情况最有可能与实际吻合。人们可以使用电站的直流或交流电流。在一个单独的实验室中用能够给出两种电流的、像图示那样的机器G（例如图示），对实验人来说是方便的。这样，最好再用有多级电路的机器——如在许多实验中那样，利于和便于用以处理不同阶段的电流。图中，D代表直流电路而A代表交流电路。显示的三个分支电路的每一个都有双路开关s s s s s s。首先考虑直流电转换；la代表最简单的情形。如果发电机的电动势足够突破一个小的间隙，至少当后者被加热或相反所得到的绝缘不良时，通过对包含器件l l m的电路L的电容、自感和电阻的审慎调来维持一个有着衔接协调经济的振动并不难。磁体N、S在这种情况下可有利于与间隙结合。有磁体的放电器d d可以任一方式放置，如丰满型或虚线所示。具有连接点和装置的电路1a应具有的规格尺寸要适于维持振动。但通常在电路或分支la上的电动势将约为100伏左右, 而这样是不足以击穿间隙的。通过提高间隙两端的电动势，可以用许多不同的手段来弥补这一点。最简单的可能是插入一个大的自感线圈与电路L串联。通过如图.166所示的放电器建立电弧时，磁体在电弧形成的瞬间将它吹出。现在击穿的多余电流——为高电动势——击穿了间隙，并再次提供了发电机一个低阻的路径，当多余电流的弱化或下陷时, 发电机突然涌现电流。这个过程急遽连续重复，并以这种方式，我一直以低至50伏——或甚至更低——在间隙两端维持振荡。但由于通过间隙的电流太强以及随之而来的电极的加热，不推荐按照这一方案转换；此外，由于高自感必然与这个电路有关，以这种方式获得的频率低。最好让电动势尽可能高，首先是为了增加转换的经济性，其次是要获得高频。这种电振荡中的电位差无疑相当于弹簧的机械振动中的压力。为了在一定惯性的电路中获得极快的振动，需要巨大的压力或电位差。顺便提一句，电动势非常大时，通常需要用电容器与电路相连，但容量小，并得到许多其它好处。为了将电动势提高到比从普通配电电路可获得值大许多倍的目的，用了一个旋转变压器g，如图.1的IIa所示。或者，通过发电机G运行电动机的方式来驱动到一台单独的高电位机器。事实上，因为更容易改变，后一个方案更好。高压绕组的连接与支路1a中的那些非常相似——具有除了应该是可调的电容器C，被连接到高压电路。通常，这些实验中也采用可调自感线圈与电路串联。当电流的压力非常高时，通常磁体与放电器结合使用的值相对较小，因为它很容易调节电路的尺寸以维持振荡。高频转换中稳定电动势的运用在交流电动势的运用方面提供了一定优势，因为调整要简单得多，而且动作可以更容易控制。但不幸的是, 有一个限制是由可取得的势差造成的。当剧烈振荡发生时，由于电枢或转接器的截面之间形成火花的缘故，绕组也容易损坏。此外, 这些变压器造价昂贵。经验证明，最好按照会议上说明的方案。在这种配置中，采用旋转变压器g转换低压直流为低频交流，最好也是低压。于是电压在固定变压器T中升高。这个变压器的次级连接到可调电容器C，通过间隙或放电器dd放电，以所示的任一方式放置，通过击穿放电线圈的初级P，高频电流从这个线圈的次级s获得，如前所述。这无疑将成为转换直流电的最便宜和最方便的方式。
电路A的三个支路代表当交流电转换时通常在实践中遇到的情况。在图.165中，Ib电容器C一般是大容量的——被连接到带有装置l l、m m的电路L。猜想装置m m会具有较高的自感，可将电路的频率或多或少地发送给那台发电机。这种情况下，放电器d d应该最好每秒有许多等于发电机频率两倍产生和击穿。如果不是这样, 那么它应该至少有一个数等于发电机频率的倍数甚至分数。参照1b应当观察到——当放电器d d在草图中显示时是被省略了的——转换成高电位也是有效的。但电流产生的效应立即升高到一个很高的值——在击穿放电中——完全不同于那些由发电机电流谐调地升降所产生的。因此，例如，也许在特定的情况下，在dd的一些产生和击穿仅仅等于发电机频率的两倍，或者换句话说，可能有相同数量的基本振荡会产生而无需放电间隙，而甚至可能没有任何更快的叠加振荡；但电路各点的电位差、阻抗和其它现象依赖于变化率，在两种情况下都不会有相似之处。因此，当电流放电击穿时，主要要考虑的因素不是频率——作为一个学生可能容易相信, 而是每时间单位的变化率。以一定的措施用低频可以获得用高频相同的效果——只要变化率足够大。因此，如果低频电流升高到一个电位——比如说，75,000伏，而高压电流通过一系列高电阻灯丝，显然注意到灯丝周围的稀薄气体的重要了——正如将要在后面看到的；或者，如果数千安培的低频电流通过一根金属棒，可观察到阻抗的惊人现象，就像高频电流一样。但是，当然，明显对于低频电流来说是不可能像高频一样在每单位时间获得这样的变化率，因此由后者产生的效应更加突出。前而的评论被认为是可取的，因为许多最近描述的效应已经被不知不觉地用高频确认。现实中，单独的频率并不意味着什么，除非考虑到不受干扰的谐波振荡。
在支路IIIb中，与那类似的布置在Ib中被 画了出来，区别在于通过间隙dd放电的电流用于在变压器T的次级s中感应出电流。在这种情况下，次级为了使其适合初级的目的应提供一个可调电容器。
IIb说明了一个最频繁应用的交流电高频转换的方案，而发现这是最合适的。这个方案以前已经有详细的介绍了，这里就不用说了。
有些效果是通过使用高频交流发电机获得的。这种机器的描述将在先前我的美国电气工程师学会的原始论文中、以及在那个时期的期刊中，特别是1891年3月18日的“电机工程师”中找到。
以特殊的方式获得这些高频电流。大约两年前我在美国电气工程师学会的实验演讲中提出了所用的方法。有很多种方式，随着实验室的实践，获得这些电流即是连续的又或是低频交流的，如图165所示，这将在后面详细描述。总的方案是对电容器充电——从直流或交流电源——最好是高压，然后把它们击穿放电，同时观察维持电流振荡所需的熟悉条件。鉴于对高频电流和收其可产生的效应的普遍关注，似乎对我来说相当详尽地讨论这种转换方法是明智的。为了给你该功能的一个清晰概念，我会假设采用一台直流发电机，这通常是很方便的。
可取的是发电机有可能具有这样的高压，以便能够穿透微小的空气间隙。如果情况不是这样，则不得不诉诸辅助手段，其中一些将随后标示。电容器充电到一定电位，空气、或绝缘空间——让位并击穿：发生。
然后有一个突然的电流涌动，而且通常大部分积聚的电能都自我消耗了。电容于是快速充电，而同样的过程以或多或少的快速演替重复。为产生这种突然的电流涌动，有必要观察某些条件。如果电容器放电的速率与充电的速率相同，那么显然，在假定的情况下，电容器不起作用。如果放电速率小于充电速率，则再次，电容器不能起重要作用。但是，如果相反，放电速率大于充电速率，则获得了一连串的电流的涌动。显然，如果能量通过放电消耗的速率远大于供应给电容器的速率，突然涌动将相对较少，其间有长时间的间隔。这总是在相当大容量的电容器由相对较小的机器充电时发生。如果供给和耗散的速率没有很大的不同，则电涌将更快地演替，并且这越多，再者速率越接近相等，直到出现对每种情况的限制事件，并取决于多种成因的达到。因此，我们能够从直流发电机获得我们想要的一连串快速放电。当然，发电机电压越高，需要的电容器容量越小，并为此，主要地，用具有非常高电压的发电机是有优势的。
此外，这种发电机允许获得更大的振荡速率。
之前假定条件下电流的涌动方向可能是相同的方向，但最普遍地，在电流的基本振动上有一个叠加的振荡。当如此确定的条件为没有振荡时，电流脉冲是单向的，因此，提供了一种手段，将一个高压直流转化为一个低压直流，我认为这可能会在艺术中找到工作因此提供了将高压的连续电流变换成较低压力的直流的装置，我认为这可以在本行业中应用。
这种转换方法极其有趣，而我第一次构想它时，它的美给我以极深的印象。它在某些方面是理想的。它涉及到任何类型的机械装置的运用，并且允许从普通电路——直流或交流——获得任何所需频率的电流。基本放电频率取决于相对供电和耗散速率可以容易地在宽范围内变化——通过简单地调节这些量，以及通过确定容量、自感和电路的电阻的叠加振荡的频率。再次，电流的电势可以升高到任何绝缘能够通过组合容量和自感、或通过次级中的感应、安全地承受的能力，这需要有——但相对较少的匝数。
由于条件常常使得间断或振荡不容易自己建立，特别是采用直流电源时，这对结合弧的方式来灭弧是有利的——正如我前一段时间所指出的，用一个鼓风或磁铁——或其它容易放在后面的装置。用磁铁在转换直流电流方面特别有利，因为它是非常有效的。如果初级源是交流发电机，希望——正如我在另一个场合所说的那样，频率应该很低，而那个电流形成的电弧很大，以使磁体更有效。
这种有一个磁铁的放电器的构成已经发现是适宜的，并在一些试验之后采用，特别以直流电转换，如图.166所示。N S是由线圈c激发的非常强的磁体的极片。极片开槽用于调节，并可通过螺丝s s1拧紧在任何位置。放电杆d d1在两端减薄，为了让磁极片更靠近，穿过黄铜柱b b1，并通过螺丝s2 s2拧紧就位。弹簧r r1和辊环c c1在杆上滑动，后者用于设置杆的点在一定的适当距离通过螺钉s3 s3和前者将点拉开。当需要启动电弧时，用手快速轻叩大胶柄h h1中的一个，藉以给杆点带来接触，但立即被弹簧r r1分开。已经发现这种配置通常是必要的，即当电动势不够大到足以使放电突破间隙的情况下，以及当希望它避免发电机由于杆的金属接触短路时。具有一个磁体的电流中断的快速性取决于磁场的强度和在电弧尾端上的电位差。中断通常是快速连续的。接着产生音乐声。多年前观察到，当一个强大的感应线圈在强磁体极间放电时，放电发出响亮的声音，不像一把小手枪的射击声。有人含糊地说，磁场的存在加剧了火花。现在清楚的是，流动一段时间的放电电流被磁铁中断多次，从而产生声音。当大磁铁的磁场电路或直流发电机在强大的磁场中断时，这种现象尤其明显。
当电流通过较大间隙时，有利于在极硬碳的放电杆片的点上滑动，并使电弧在碳片之间发挥作用。这样保护棒，而且还有保持空隙间更热的优点，因为热量迅速通过碳片不被带走，而结果是电弧间隙需要一个较小的电动势维持一个系列的放电。
放电器的另一种形式如图.167所示，在某些情况下具有利用优势。以这种形式，如粗实线所示，放电杆d d1穿过内部涂满云母的木盒B的齿孔。齿孔具有一定厚度的云母管m m1，最好不与杆d d1接触。盒子有一个略大的盖子c，在盒外盖下。火花隙由盒中的小灯 l 加热。灯上方的板p使得通风的气流仅通过灯的烟囱 a，空气通过盒底部或附近的孔o o，并沿着箭头所示的路径进入。放电器运行时，盒门关闭，使得电弧的光在外面看不见。希望尽可能完美地排除光，因为它干扰了某些实验。正确操作时，这种形式的放电器是简单的和非常有效的。空气加热到一定温度，绝缘能力受损；它变得绝缘薄弱，因此，其结果是，可以在更大得多的距离建立电弧。电弧当然应该是充分绝缘的，以使放电击穿通过间隙。在这种条件下形成的电弧，在长的时候，可能会非常敏感，而福利是：气流通过灯烟囱a相当足以产生快速的中断。调节是通过控制气流的温度和速度进行的。不用灯，而是以其它方法达到提供加热气流的目的。经过实践的非常简单的方法是将电弧封闭在一个长长的竖管中，用顶部和底部的板调节气流的温度和速度。必须做出一些条件来隔音。
空气也可能由于稀薄而介质变弱。我用于磁铁连接的方式同样也用了这种放电器。为此目的用了一个大管，拥有碳或金属的重型电极，在其间进行放电递送，管子被置于强大的磁场中。管子的排放被输送到放电容易突破的点，但压力应大于75毫米，在此会发生普通的线性放电。 在另一种形式的放电器中，结合上述特征，使放电在两个可调磁极片之间传递，它们之间的空间被保持在一个升高的温度下。
这里应该指出的是，当用这种——或任何类型的灭弧——设备时，电流通过击穿放电线圈的初级，照例，这无助于产生许多每秒电流的中断大于直流发电机供电电路的自振频率，它通常是很小的。这里还应该指出，尽管提到的击穿放电有关的装置在一定条件下有优势，但它们有时可能是麻烦的根源，因为它们在振动中产生间断和其它错误，这是非常需要克服的。
我很遗憾地说，在这种极好的转换方法中，有一个瑕疵，幸运的是它不是关键，而且我已经逐渐克服。我最好提请注意这个瑕疵，并通过电气过程与其机械模拟的比较来表明一个富有成效的工作。该过程可以用这种方式示出。想像一个槽罐，底部有宽敞的开口，由弹簧压力保持关闭，但罐中的液体达到一定的高度时，使它突然弹离。让流体在一定速率下以管道馈送的方式供给到罐中。当达到液体的临界高度时，弹簧让路，在罐底排出。液体瞬间落下流过宽敞的开口，而弹簧，重新自己起作用，再次关闭底部。罐子现在已经填满，经过一定的时间间隔，重复相同过程。很明显，如果管道比能够让流体通过的底部出口更快地输送流体，底部将保持关闭，而罐还会溢出。如果供应速度完全相同，则底盖将保持部分打开，则不会有同样的振荡，以及通常出现液柱，如果以某种方式启动，则有可能。但如果入口管输送流体给出口不够快，则常常会有振动。此外，在这种情况下，每次底部瓣阀向上或向下时，弹簧和液柱——如果适当选择了弹簧的柔韧性和活动部件的惯性——将做自主振动。在这种模拟中，流体可比作电或电能，容器到电容器，弹簧到电介质，以及管到导体——通过该管道向电容器供电。为了使这个模拟相当完整，有必要做这样的假设：那个底部——每次都会让路——被猛烈撞击到一个非弹性挡块上，这种冲击涉及到一些能量的损失；而此外，由于摩擦损失，产生一些能量耗散的后果。前面的模拟中，液体应该处于一个稳定的压力下。如果假设流体的出场有节奏地变化，这可视为对应于交流电流的情况。当时考虑这个过程不是那么简单，但原则上作用是一样的。
为了节省地维持振动，希望尽可能地减少冲击和摩擦损失。至于后者，这在电模拟中对应于由于电路的电阻的损失，是不可能完全避免的，但可以通过合理选择电路的尺寸和以股线形式采用细导线来减少到最低限度。但是电介质的首次击穿导致的能量损失——上面范例中相当于对非弹性挡块的底部猛烈撞击——将需要克服。击穿那一刻，空气空间具有非常高的电阻，当电流达到某种强度，以及空间被带来一个高温时，它可能降低到一个非常小的值。如果空间总是保持在非常高的温度，就会大大减少能量的损失，而另一方面又不会击穿。用灯或其它手段适度地加温空间，就电弧而言，节省明显增加。但是磁体或其它的灭弧装置不会减少电弧中的损耗。同样地，空气喷射流只是促进能量的传递。空气，或一般而言的气体，在这方面的表现是奇异的。当两个物体充电到非常高的电位时，会通过空气击穿性地放电，大量能量会被空气带走。这种能量显然被物质载体在分子的冲击和碰撞中浪费掉了。空间中分子的交换以不可思议的速度发生。两个电极之间发生强大的放电，它们可能依然完全是冷的，可是空气中的损失也许代表大量的能量。间隙中具有非常大的势差完全适用于在放电电弧中耗消若干马力，甚至无需注意到电极温度的小幅增加。所有摩擦损失于是实际上都发生在空气中。如果空气分子的交换被阻止，由于密闭地密封空气，即使是非常小的放电，容器内的气体也被很快带到一个高温。难以评估在强大的放电中有多少能量损失在听得到的和听不到的声波中。当间隙通过大电流时，电极被快速加热，但这不是对电弧浪费的能量的可靠测量，因为通过间隙本身的损失可能相对较小。至少空气或气体通常是常压的，显然不是发生击穿放电的最佳介质。在很大的压力下的空气或其它气体当然是更适合的间隙放电的介质。我在这个方向进行过长时间持续的实验，不幸的是由于大压力下的困难和费用，不太可行。但是，即使放电空间中的介质是固体或液体，仍然出现同样的损失，尽管它们通常较小，因为只要电弧一旦建立，固体或液体就会挥发。的确，这里没人知道另一个不会被电弧击穿，而这是科学界的一个悬而未决的问题，是否电弧放电根本就在空气本身发生，而无需撕去电极的粒子。当通过间隙的电流很小且电弧很长时，我相信在电极的裂变中占用了相当大量的热，这可能是保持相当冷的部分原因。
放电间隙的理想媒介应该只是爆裂，而理想的电极应该是某些不能击穿的材料。以小电流通过间距，最好用铝，当大电流时就不要这样。空气中的击穿——在任何普通媒介中或多或少——不是一种爆裂的性质，而是有几分相当于无数子弹刺穿通过一个向子弹的运动提供很大的摩擦阻力的物质，这涉及到相当大的能量损失。一种静电应变时爆裂的介质——而这可能是完全真空——即，纯以太的情况下——会在间隙中涉及一个非常小的损失，小到至少在理论上可以完全忽略不计，因为爆裂可以由无限小的位移导致。在耗尽一个具有两个铝端子的长方形灯泡中，以极度的小心，我已经成功地造成了这样的真空，使得击穿放电线圈的次级放电将以纤细火花流的形式击穿通过灯泡。奇怪的是，放电会完全不理会终端，并远在两个作为电极的铝板后面启动。这种特别的高真空只能维持片刻。为了回到理想的媒介；想想看——为了举例说明——对于夹在虎钳里的一块玻璃或类似的物体，而虎钳越收越紧。在某一点，极小的压力增加都会导致玻璃破裂。参与到破裂玻璃的能量损失也许几乎为无，因为虽然力是很大，但需要的位移极小。现在想象，压力略微降低时，玻璃将具有再次完美封闭裂缝的性质。这是放电空间中的电介质的表现。但由于间隙总会有一些损失，应该是连续的媒介，将会通过间隙急遽交换。在前述实例中，玻璃被完美封闭，这意味着放电空间中的电介质具有很大的绝缘能力；玻璃破裂，这意味着空间中的介质是一个良导体。放电空间两端的电动势的微小变化应该使电介质电阻变化巨大。这个条件已经达到，但是以一种极不完美的方式，通过加热空气空间到某个临界温度——取决于间隙两端的电动势——或另外通过减弱空气的绝缘能力。但事实上，如果严谨解释这个术语，空气从来不会击穿性破裂，因为在突然的电流涌动出现前，总有一个微弱的电流在它之前，它先是逐渐上升，然后才相对地突然。这就是为什么——例，如当玻璃被穿破，比当发生相等的电介质强度的空气空间被击穿的变动化率大得多的原因。从而，作为放电空间的介质，固体的、或甚至是液体的，将是更可取的。设想一个固体具有在破裂后立即关闭的特性有点困难。但是液体，特别是在巨大的压力下，实际表现得像一个固体，而它就具有关闭裂缝的性质。因此，有人认为，液体绝缘体可能比空气更适合作为电介质。按照这个想法，已经尝试了许多不同形式的放电器，当中用了多种这样的绝缘——有时在很大的压力下被使用——已经对它们做过实验。想来应该对实验形式之一说几句话。这些放电器中的一个显示在图.168a和图.168b中。
将中空金属皮带轮P（图.168a）系紧在心轴a上，通过适当的方式以相当高的速度旋转。在皮带轮内侧——但与其脱开——被支撑的一个硬胶薄盘h(为了清楚起见，它显得较厚)，其中嵌有两个金属瓣ss，以金属的延展部分ee进入到拧有导电端子、被厚胶管覆盖的t t。有着金属瓣ss的胶盘b是在车床上完成的，而其整个表面高度抛光，以便提供最小可接受的摩擦阻力去运动通过一个流体。中空皮带轮中，注入如稀油的绝缘液体，使得达到非常接近轮缘f左侧的开口，它被紧紧地拧在皮带轮的前侧。端子tt连接到电容器电池的相对的覆盖层，使得通过液体发生放电。皮带轮旋转时，液体被迫抵靠皮带轮缘，导致流体压力相当大。以这种简单的方式，放电间隙充满了实际表现类似于固体的介质，它具有在破裂发生时立即闭合的二重性，而此外还以急遽的速率通过间隙循环。通过这种具有液体灭弧的放电产生非常强大的效应，其中形成了许多不同的形式。有人发现，正如预期的那样，对于特定长度的导线以这种方式比用空气作为灭弧装置获得的火花长。通常速度——为此还有液压——由于流体摩擦的限制，以所述放电器的形式，但实际上可获得的速度高得足以产生许多击穿适合于普通应用的电路。在这种实例中，金属皮带轮P有几个向内的设有凸起，并有确定数量的击穿接着产生，它可从皮带轮的转速计算。为了减少电弧中的损失，实验也采用不同绝缘能力液体去做。当绝热液体适度加热时，电弧中的损失减小。
这样的各种放电实验中注意到某种重要的点。例如，而发现在这些形式中保持的条件对于产生大火花长度有利，所得到的电流不是最适合于光效的产生。经验明确表明，为此目的，最好是电位的谐和上升和下降。即使一个固体被赋予白炽或是磷光，或即使通过电容器板传递的能量穿过玻璃，相当肯定的是，谐和升降电势较少出现击穿作用，而真空维持得更持久。如果弄清耗尽的容器中进行的过程具有电解性，这会很容易解释。
在图.165的草图中已经提及，情况最有可能与实际吻合。人们可以使用电站的直流或交流电流。在一个单独的实验室中用能够给出两种电流的、像图示那样的机器G（例如图示），对实验人来说是方便的。这样，最好再用有多级电路的机器——如在许多实验中那样，利于和便于用以处理不同阶段的电流。图中，D代表直流电路而A代表交流电路。显示的三个分支电路的每一个都有双路开关s s s s s s。首先考虑直流电转换；la代表最简单的情形。如果发电机的电动势足够突破一个小的间隙，至少当后者被加热或相反所得到的绝缘不良时，通过对包含器件l l m的电路L的电容、自感和电阻的审慎调来维持一个有着衔接协调经济的振动并不难。磁体N、S在这种情况下可有利于与间隙结合。有磁体的放电器d d可以任一方式放置，如丰满型或虚线所示。具有连接点和装置的电路1a应具有的规格尺寸要适于维持振动。但通常在电路或分支la上的电动势将约为100伏左右, 而这样是不足以击穿间隙的。通过提高间隙两端的电动势，可以用许多不同的手段来弥补这一点。最简单的可能是插入一个大的自感线圈与电路L串联。通过如图.166所示的放电器建立电弧时，磁体在电弧形成的瞬间将它吹出。现在击穿的多余电流——为高电动势——击穿了间隙，并再次提供了发电机一个低阻的路径，当多余电流的弱化或下陷时, 发电机突然涌现电流。这个过程急遽连续重复，并以这种方式，我一直以低至50伏——或甚至更低——在间隙两端维持振荡。但由于通过间隙的电流太强以及随之而来的电极的加热，不推荐按照这一方案转换；此外，由于高自感必然与这个电路有关，以这种方式获得的频率低。最好让电动势尽可能高，首先是为了增加转换的经济性，其次是要获得高频。这种电振荡中的电位差无疑相当于弹簧的机械振动中的压力。为了在一定惯性的电路中获得极快的振动，需要巨大的压力或电位差。顺便提一句，电动势非常大时，通常需要用电容器与电路相连，但容量小，并得到许多其它好处。为了将电动势提高到比从普通配电电路可获得值大许多倍的目的，用了一个旋转变压器g，如图.1的IIa所示。或者，通过发电机G运行电动机的方式来驱动到一台单独的高电位机器。事实上，因为更容易改变，后一个方案更好。高压绕组的连接与支路1a中的那些非常相似——具有除了应该是可调的电容器C，被连接到高压电路。通常，这些实验中也采用可调自感线圈与电路串联。当电流的压力非常高时，通常磁体与放电器结合使用的值相对较小，因为它很容易调节电路的尺寸以维持振荡。高频转换中稳定电动势的运用在交流电动势的运用方面提供了一定优势，因为调整要简单得多，而且动作可以更容易控制。但不幸的是, 有一个限制是由可取得的势差造成的。当剧烈振荡发生时，由于电枢或转接器的截面之间形成火花的缘故，绕组也容易损坏。此外, 这些变压器造价昂贵。经验证明，最好按照会议上说明的方案。在这种配置中，采用旋转变压器g转换低压直流为低频交流，最好也是低压。于是电压在固定变压器T中升高。这个变压器的次级连接到可调电容器C，通过间隙或放电器dd放电，以所示的任一方式放置，通过击穿放电线圈的初级P，高频电流从这个线圈的次级s获得，如前所述。这无疑将成为转换直流电的最便宜和最方便的方式。
电路A的三个支路代表当交流电转换时通常在实践中遇到的情况。在图.165中，Ib电容器C一般是大容量的——被连接到带有装置l l、m m的电路L。猜想装置m m会具有较高的自感，可将电路的频率或多或少地发送给那台发电机。这种情况下，放电器d d应该最好每秒有许多等于发电机频率两倍产生和击穿。如果不是这样, 那么它应该至少有一个数等于发电机频率的倍数甚至分数。参照1b应当观察到——当放电器d d在草图中显示时是被省略了的——转换成高电位也是有效的。但电流产生的效应立即升高到一个很高的值——在击穿放电中——完全不同于那些由发电机电流谐调地升降所产生的。因此，例如，也许在特定的情况下，在dd的一些产生和击穿仅仅等于发电机频率的两倍，或者换句话说，可能有相同数量的基本振荡会产生而无需放电间隙，而甚至可能没有任何更快的叠加振荡；但电路各点的电位差、阻抗和其它现象依赖于变化率，在两种情况下都不会有相似之处。因此，当电流放电击穿时，主要要考虑的因素不是频率——作为一个学生可能容易相信, 而是每时间单位的变化率。以一定的措施用低频可以获得用高频相同的效果——只要变化率足够大。因此，如果低频电流升高到一个电位——比如说，75,000伏，而高压电流通过一系列高电阻灯丝，显然注意到灯丝周围的稀薄气体的重要了——正如将要在后面看到的；或者，如果数千安培的低频电流通过一根金属棒，可观察到阻抗的惊人现象，就像高频电流一样。但是，当然，明显对于低频电流来说是不可能像高频一样在每单位时间获得这样的变化率，因此由后者产生的效应更加突出。前而的评论被认为是可取的，因为许多最近描述的效应已经被不知不觉地用高频确认。现实中，单独的频率并不意味着什么，除非考虑到不受干扰的谐波振荡。
在支路IIIb中，与那类似的布置在Ib中被 画了出来，区别在于通过间隙dd放电的电流用于在变压器T的次级s中感应出电流。在这种情况下，次级为了使其适合初级的目的应提供一个可调电容器。
IIb说明了一个最频繁应用的交流电高频转换的方案，而发现这是最合适的。这个方案以前已经有详细的介绍了，这里就不用说了。
有些效果是通过使用高频交流发电机获得的。这种机器的描述将在先前我的美国电气工程师学会的原始论文中、以及在那个时期的期刊中，特别是1891年3月18日的“电机工程师”中找到。
现在我将继续进行实验。
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