3-26. Электрифицированная математика
Сумма сил токов в разветвлении всегда равна току в главной цепи. На основании этого закона можно электрическим путем производить операцию сложения. Токи в ветвях задаются как отдельные слагаемые, а ток, который получился в главной цепи, будет суммой всех этих слагаемых. По этой же схеме производится и вычитание. Задается ток в главной цепи, из него вычитаются токи ответвлений, и в последнем из ответвлений остается искомая разность.
Можно также производить операции сложения и вычитания не по току, а по напряжению. Вольтметр будет отмечать сумму и разность задаваемых напряжений.
Существуют суммирующие приборы, в которых складываются не силы токов, а количества импульсов. В измерительной системе есть ряд датчиков, и каждый из них вырабатывает импульсы с частотой, пропорциональной измеряемой величине. Чем больше эта величина, тем больше импульсов в секунду посылает датчик. Простыми приспособлениями можно получить сумму или разность приходящих от многих датчиков импульсов.
Импульсные системы очень хороши для дальнеизмерения. Сила тока или напряжение могут ослабеть в пути, но число импульсов ни при каком состоянии линии связи не изменится. Во многих энергосистемах на главном диспетчерском пункте есть прибор, который показывает суммарную нагрузку всей системы. Это суммирующий ваттметр, к нему сходятся импульсы от суммирующих приборов отдельных электростанций.
3-27. Умножение и деление
Сила взаимодействия между двумя катушками пропорциональна произведению токов в этих катушках. Электроизмерительный прибор с двумя катушками является умножающим механизмом. Так сконструированы электродинамические ваттметры. По их неподвижной катушке идет ток, потребляемый нагрузкой, а к подвижной катушке подводится напряжение нагрузки. Отклонение подвижной катушки пропорционально произведению тока на напряжение.
Но иногда электрики производят операцию умножения по-иному. Есть приборы с квадратичной зависимостью, т. е. такие, что их отклонение пропорционально квадрату прилагаемой величины. Берут два таких прибора и подводят к одному сумму, а к другому разность тех величин, которые требуется перемножить.
Отклонение одного прибора будет квадрат суммы, а другого - квадрат разности. А разность этих квадратов дает величину, пропорциональную произведению исходных величин.
Квадратичную зависимость можно получить от электростатических, тепловых, ламповых, электродинамических приборов.
Деление одной величины на другую производится в электрических приборах, называемых логометрами. В них устроены две рамки, которые тянут указательную стрелку в разные стороны. Устанавливающей пружины в этих приборах нет. Положение стрелки на шкале определяется отношением двух величин, подведенных к рамкам, т. е. стрелка показывает частное. В этих приборах делается неравномерный воздушный зазор.
3-28. Дифференцирование и интегрирование
Несложно производить электрическим путем и операции высшей математики. Взять производную от какой- либо величины — это определить, как эта величина меняется в каждой данной точке. Если пропустить ток через катушку с малым активным сопротивлением и большой индуктивностью, то напряжение на этой катушке будет пропорционально не силе тока, а изменению во времени силы тока. Катушка производит операцию дифференцирования, берет производную от функции изменения тока. Если сила тока не меняется, то напряжение на катушке равно нулю, как то и следует из определения производной; для постоянной величины она равна нулю. А чем быстрее меняется ток, тем больше напряжение. Если ток через катушку меняется по закону синуса, то напряжение будет меняться, как косинус.
Можно подать полученный результат на вторую катушку и таким образом получить вторую производную. При желании можно взять третью, четвертую и т. д. Суммирование последовательных значений переменной величины можно производить при помощи конденсатора. Напряжение на конденсаторе пропорционально влитому в него заряду. А заряд — это ток, умноженный на время. Если к конденсатору подвести ток, изменяющийся во времени, то результирующее напряжение на конденсаторе явится суммой всех отдельных значений тока. Конденсатор проинтегрирует кривую изменений силы тока. Кривая изменения напряжения на конденсаторе — это интегральная кривая от кривой изменения силы тока. Получившееся на конденсаторе напряжение можно подать на следующий конденсатор и таким образом повторить операцию интегрирования.
При помощи емкостей и самоиндукций можно интегрировать и дифференцировать процессы, которые совершаются в короткие доли секунды. Для относительно медленно совершающихся процессов применяются и другие приспособления.
Очень распространенный электроинтегрирующий прибор — это обычный счетчик. Скорость вращения его якоря пропорциональна мощности, которая потребляется в контролируемой счетчиком цепи. А полное число оборотов, которое якорь счетчика сделает за какой-нибудь отрезок времени, пропорционально интегралу от этой мощности по времени за интересующее нас время. Этот интеграл, т. е. потребленную энергию, и показывают цифры за окошечком счетчика.
3-29. Разумные машины
Электрические измерительные приборы явились могучими помощниками человеческих органов чувств. Они позволили нам глубже проникнуть в окружающий мир, более тонко и точно познать его сложную структуру.
Электрическими методами удобно измерять и очень маленькие, и очень большие величины. С электронными усилителями можно «услышать», как растет трава. С помощью фотоэлементов и трансформаторов времени можно «увидеть» полет снаряда в канале орудия.
Точность и быстрота измерений все возрастают.
Электрическая же измерительная техника породила новый тип машин, помогающих не только органам чувств, но и мыслительным процессам. Это машины, способные анализировать явления природы, сопоставлять их, находить закономерности, управляющие этими явлениями.
В лабораториях Советского Союза разрабатывают и исследуют все новые электровычислительные машины. С помощью этих машин решаются сложнейшие задачи аэродинамики, баллистики, метеорологии. В несколько минут такая машина выполняет работу, которую группа вычислителей, вооруженных простыми арифмометрами, должна была бы делать много дней.
* * *
Чем больше работ выполняет машина, чем сложнее эти работы, тем квалифицированнее становится человек, тем больше простора для его высшей интеллектуальной деятельности в условиях социалистического общества.
3-30. Самоорганизующиеся системы
По-видимому, к концу века будут полностью реализованы самоорганизующиеся системы, т. е. системы, изменяющие свое поведение в соответствии с входными сигналами, содержащими информацию об окружающих условиях. Известны два способа построения самоорганизующихся систем: программирование вычислительных машин и моделирование живых организмов (например, нейронных сетей — моделирование нервной системы).
В настоящее время имеется ряд обучающихся систем. Одни из них способны вести некоторые игры (например, игру в шашки), вести простую беседу и выполнять в ограниченном объеме переводы с одного языка на другой.
Другие машины являются опознавательными (для опознавания буквенно-цифровых знаков и акустических характеристик речи). Кибертрон — обучающаяся машина для опознавания образа. В кибертроне используются обучающиеся элементы, состоящие из устройства памяти для запоминания сущности информации, принятой машиной, ассоциативного блока, в котором производится сравнение сигналов памяти и входных сигналов, и решающего элемента, который действует на основе результатов, полученных в ассоциативном блоке. Оператор, обучающий машину, вносит изменения в память машины посредством нажатия кнопки «наказание», если, по его мнению, решение, выданное машиной, является неправильным. При наказании машина пересматривает метод решения задачи и вносит изменения в память без дальнейшей помощи оператора. Если машина выдает правильный ответ, она получает сигнал «поощрение», разрешающий продолжать работу. Перспективы кибертрона охватывают решение проблемы контроля качества, считывания написанного от руки текста, селекции данных, анализа информации.
Весьма вероятно, что самоорганизующиеся системы произведут коренные изменения в конструировании и применении вычислительных машин. Не за горами появление ряда машин, моделирующих элементарные «умственные способности».
РУССКИЙ СВЕТ
Π. Н. Яблочков (1847—1894 гг.) — А. Н. Лодыгин (1841—1923 гг.)
Стремительное развитие промышленной электротехники во второй половине прошлого века было вызвано прежде всего электрическим освещением. Чтобы питать электрические осветительные установки, стали строиться центральные электростанции. Канализация электрической энергии, ее распределение — все это разрабатывалось первоначально для осветительных целей.
Два способа электрического освещения конкурируют между собой до наших дней: накаливание током твердого тугоплавкого проводника и электрический разряд через газ или пар. Оба эти способа внедрены впервые в жизнь русскими изобретателями.
Александр Николаевич Лодыгин работал над лампой накаливания. В 1873 г. в Петербурге на Одесской улице Лодыгин впервые заменил в уличном фонаре масляный светильник своей лампой. Тонкий угольный стержень накаливался током от магнитоэлектрической машины. Весной следующего года Лодыгин показывал свою лампу морякам Галерной Гавани. Электрический свет предлагалось применить для подводных работ.
Осенью 1874 г. Академия наук присудила Лодыгину премию Ломоносова в 1 000 руб.
«...Лодыгин своим открытием решил возможно простейшим способом важную задачу разделения электрического света и сообщил ему постоянство... Лодыгину удалось открыть путь к такому общему применению электрического света, которое по всей вероятности приведет к совершенному перевороту в системе освещения». Так писал в своем «донесении» о работах Лодыгина академик Вильд.
В 1887 г. лейтенант российского императорского флота А. Н. Хотинский был командирован в Америку. Он вез с собой техническую новинку — стеклянную колбу, внутри которой между двумя толстыми ^медными проволоками был укреплен угольный стерженек. В Америке Хотинский показывал лампу Лодыгина многим, в частности, ровеснику Яблочкова и Лодыгина — уже тогда известному изобретателю Томасу Альва Эдисону.
Лодыгин не остановился на угольной лампе. В 1890 г. он предложил вольфрамовую нить. Только в 1906 г. было осуществлено это изобретение.
Последние годы жизни Лодыгин занимался электрометаллургией. Им взяты пионерские патенты на индукционные нагреватели для электропроводящих материалов. Эти работы Лодыгина послужили основой для разработанных впоследствии в Советском Союзе высокочастотных нагревателей для плавки металлов и для поверхностной закалки.
Яблочков работал сначала над другим источником света — над электрической дугой. В 1876 г. он расположил угли параллельно один другому и разделил их изоляционной перегородкой. Дуговой разряд между концами углей по мере их обгорания равномерно испарял и перегородку между ними. Без всякого регулятора яркая дуга могла существовать несколько часов. Это была знаменитая свеча Яблочкова. Она быстро получила широкий успех, опередив на первое время тогда еще менее совершенную лампу накаливания.
В Петербурге свечами Яблочкова был освещен Литейный мост через Неву и площадь перед Александрийским театром (ныне театр им. Пушкина).
Газеты всего мира были полны сообщений об изобретении Яблочкова. Его свечами осветили ряд городов во Франции и Англии. «Свет приходит к нам с Севера — из России» — писали в Париже.
Дошли свечи Яблочкова и до Америки. В журнале Американского института инженеров-электриков в 1924 г. было напечатано: «Первое применение электрического освещения магазинов относится к 26 декабря 1878 г. в Филадельфии в магазине Ванемара... Электрический свет в магазине Ванемара давали свечи Яблочкова. Это был один из самых ранних типов дугового света».
Яблочков был неутомимый и продуктивный изобретатель. Он усовершенствовал конструкции электрических генераторов, разрабатывал новые системы распределения и передачи энергии. Им проделаны первые опыты по включению трансформаторов и конденсаторов в распределительные сети.
В Петербурге на Обводном канале Яблочков устроил первый в России электротехнический завод. Он изготовлял аккумуляторы, лампы накаливания, провода и кабели, разную аппаратуру и даже электроизмерительные приборы.
Вместе с В. Н. Чиколевым Яблочков создал первые научно разработанные проекты электрического освещения. В отчете об опытах по освещению Охтенского капсюльного завода Яблочков указывает, что электрическое освещение предпочтительнее, так как оно «...позволяет улучшить условия работы мастерской». Это, вероятно, первое указание влияния освещения на условия труда.
Яблочков заложил основы техники переменного тока. Эти работы были продолжены и развиты другим великим -русским изобретателем и ученым М. О. Доливо- Добровольским.
