9
Бора, и Зоммерфельд его порок». Я знал, что имеется пятотомный курс физики самого Зоммерфельда, и спросил, почему доктораны учат электродинамику не по Зоммерфельду, а по Френкелю. А потому, ответили они, что Зоммерфельд сказал, что он будет принимать экзамены только по курсу Френкеля, поскольку лучше курса в мире сейчас нет. Когда я сказал, что лично знаком с Френкелем, то почувствовал, что мой авторитет в их глазах резко возрос. А я испытыл чувство истинной гордости за наших советских физиков, заслуживших широкое признание в среде крупнейших теоретиков мира.
ПЕРВАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ПРЕМИЯ
Исак Константинович Кикопин был удостоен несколько Государственных премии. Некоторые работы, за которые ему присуждались премии, не были опublikованы в печати из-за секретности. Не всегда сообщалось о самом факте присуждания премии. В течение ряда лет — это были годы самой направленной работы — даже имя Н. К. Кикопина не упоминалось в печати, в научных журналах не появились его статьи.
Однако самую первую Государственную премию Н. К. Кикопин и его сотрудники С. В. Губарь и В. С. Обухов получили за работу, которая была опublikована, и о присуждании премии было сообщено в печати, по радио. Об этой работе расссказывает профессор А. К. Кикопин.
Это произошло в дальнейшем теперь 1942 году, в самый разгар Великой Отечественной войны.
Работа была опublikована в журнале «Вестник электропромышленности» под заглавием «Новая система электрозмертельной аппаратуры для измерения постоянных токов большой силы». Что это за новая система? Почему она понадобилась?
И почему измерительные приборы этой системы оказались столь важными, что работа была тогда же, в условиях войны, удостоена Государственной премии? Ведь измерительные приборы — это не танки, не пушки и не minны или бомбы!
Зачем нужны большие токи?
В современной техническе чаще всего используется переменный ток и притом сравнительно небольшой силы — обычно в несколько amпер, резке — в десяти amпер, еще резке — в сотни amпер. Есть, однако, отрасли технически, где требуется непреемно постоянный ток, причем очень большой силы. Это прежде всего металлургия цветных металлов. Такой важный металл как алюминий получают исключительно метод электролиза, и при этом через расплавленную смесьглинозема (Al₂O₃) и криолита (Na₃[AlF₆]) проходит постоянный электрический ток во много десятичной амперар (в настоящее время до 150 кА). Далее в то время, к которым относится описываемая работа, при электролизе алюминия используется ток до 70 кА.
Перед самой войной на Урале строился и вводился в эксплуатацию Уральский алюминийный завод, самый большой в стране. Были и два других завода — один в Ленинградской области, а второй на Украине. Именно на Уральском заводе электролитические ванны были рассчитаны на токи до 75 кА. Естественно, для управления процессом производства алюминия необходимо было иметь возможность измерять эти токи.
Как изменяют большие токи?
Всем известно, как изменяют величины, характеризующие электрический ток (силу тока, напряжение, мощность, энергия). В те времена использовались главным образом приборы магнитозлектрической системы; существовали и приборы, использующие нагрев проводки, по которой проходит изменяемый ток (телловые приборы). Во всех случаях токне-sуществие части приборов сделаны из тон-
10
ких проволок, по которым нельзя пропускать слишком большие точки. А если требуется изменять сильные точки, то приборы шунтируются — параллельно токонесущей части изменительного прибора включают сопротивление (шунт), в определенное число раз меньше сопротивления токонесущей части прибора. Если, например, в цепи течет ток в 100 А, а прибор расчитан на изменения тока не больше 1 А, то сопротивление шунта должно быть в 99 раз меньше, чем сопротивление катушки в приборе. Тогда через прибор будет идти ток 1 А, а через шунт — 99 А. Чем больше изменяемый ток, тем меньше должно быть сопротивление шунта. Добавляются этого увеличением площади поперечного сечения проводника-шунта.
Пока идет речь об изменении дескатков и даже немногих сoten amпера, проблем с шунтими не возникает. Однако, когда требуется изменять точки в тысячи ампера, шунт становится весом обременительной частью прибора. Так, шунт к прибору для изменения тока 10 000 А имел массу 35 кг. На практике с увеличением изменяемого тока масса шунтаросла пропорционально квадрату силы тока. Значит, если нужно изменять ток в 50 кА, масса шунта должна быть 875 кг, а при тоже в 100 кА — 3,5 тонны!
Добавим к этому, что изменительные приборы с шунтими для электролизных заводов у нас в стране не производились. Закупали их в Германии. Но даже зарубежом нельзя было купить необходимые для Уральского завода киломерметры на 75 кА. Положение особенно обострилось с началом войны. Два алюминевых завода в Европейской части СССР оказались на оккупированной территории. Остался единственный алюминевый завод на Уралье, пустить который нельзя было без изменений приборов.
Это и побудило И. Кикона заняться стол вжной проблемой. В ее решении был запитесован не только Уральский, но и другие электролизные заводы, например, Солина камский калийный комбинат. У автора этих строк хранится переписка с этим заводом, из которого видно, насколько важными для него были быстреяя разработка и изготовление новых приборов.
Какие же приборы были предложены взамен шунтовых?
Амператр, через которой не проходит ток
Идея изменений очень больших постоянных токов, предложенная И. К. Киконаным была исключительно проста. Вокруг всякого постоянного электрического тока существует постоянное же магнитное поля в точке, нахождения на заданном расстоянии от проводника с током, зависит только от силы тока. Эта зависимость хорошо известна для магнитного поля вокруг проводника цилиндрической формы. В этом случае индукция поля обратно пропорциональна расстоянию от проводника и прямого пропорциональна силе тока.
На электролизных заводах токонесущие провода — это медные шины прямогоolgного сечения, да еще сложенные вместе. И в этом случае индукция магнитного поля определяется током в шинах, но зависимость ее от силы тока несколько сложнее — она немного отклоняется от линейной. Это, однако, не мешает оценить силу тока по индукции магнитного поля. Саму индукцию предлагалось оценивать самим простым способом — по отклонению магнитной стрелки.
Как известно, на магнитную стрелку (намагниченный стержень) в одномородном магнитном поле действует пара сил, врашаюший момент которых отличается силе стрелка в конце концов установливается вдоль линей индукции магнитного поля. Но можно сделать так, чтобы стрелка не установливалась вдоль линей индукции, а поворачивалась на угол, пропорциональный току. Для этого на стрелку должна действовать сила, момент которой «разворачивается» стре-
11
lkу в противоположном направлении и растет с увеличением угла повората. Такой противодействующий момент может быть создан, например, подходящий пружиной.
Схема прибора, конструктивного И. К. Кикоиным и его сотрудниками, показана на рисунке.
На оси 1, установленный на агатовых подшипниках (для уменьшения трения), укреплен намагниченный стержень 2. Противодействующий момент создает спиральными пружинами 3. Ось со скрепленным с ней стержнем снабжения стрелкой, скользывающей по циферблату, на котором нанесено 100 делений. Прибор был переносным и просто установливался на токонесушей шине в любом месте. Расстояние от шины до намагниченного стержня всегда одно и то же (несколько сантиметров), так что угол повората стрелки зависит только от силы тока. Опыт показал, что небольшая нейненость зависит от силы тока наблюдается только при самых больших силах тока (начиная от 84-го деления шкал). Особую трудность представляла собой градиировка прибора. Ведь сравнивать его показания с эталонным прибором, как это обычно делается, было невозможно — таких приборов просто не существует. Поэтому специально разработали метод градиировки, основанный на явлении электромагнитной индукции.
Кроме переносного килоамперметра, для измерения тока на отдельных электропитическихваннах был разработан Staционный прибор для измерения тока в главной цепи с передачей его показаний на пульт управления. Для этого нужно было «преобразовать» угол повората в электрический сигнал, который и передавался на пульт.
Хотя погрешность измерения силы тока была довольно большой — 3 %, но для технических измерений она была вполне приемлением и удовлечениезаказчиков.
Кроме килоамперметров, И. К. Кикоиным и сотрудниками были разработаны приборы для измерения мощности (ваттметры), счетчики энергии и счетчики амператоров (электрического заряда), также необходимые электролизным заводам, — все расчитанные на токи порядка 70 кА. Следует отметить, что не только была предложена идея приборов и разработана их конструкция, но все эти приборы были изготовлены в мастерских института физики металлов в Свердловске, где в то время работал И. К. Кикоин, и поставлены в нужном количестве электролизным заводам на Урале и в соседних районах. Это и позволяет Уральскому алюминевому заводу начать выдачу продукции — важнейшего металла авнационной промышленности.
Таким образом, работа, начатая еще в 1939 году, оказалась в 1942 году как нельзя более кости для жизни важной отрасля оборонной промышленности. В день 25-й годовщины Великой Октябрьской социальностиской революции было объявлено о присуждении И. К. Кикоину, С. В. Губарю и В. С. Обухову Государственной премии. Это была первая Государственная премия, присужденная физиком Урала.