Райан Норт - Как изобрести все. Создай цивилизацию с нуля

Все эти изобретения работают, используя электричество для порождения движения в магнитном поле, но можно все перевернуть: вы можете использовать движение в магнитном поле, чтобы породить электрический ток. Это и есть базовый принцип работы генератора, который вы технически придумали в разделе 10.5.3, когда превратили эолипил в динамо-машину, сейчас мы только применили его для производства энергии.

Базовая механика в данном случае чрезвычайно проста: возьмите нечто вращающееся, накрутите на этот предмет несколько витков провода, расположите в центре магнит, и вы будете генерировать электроэнергию. Электричество, полученное таким образом, именуется «переменным током», поскольку электроны двигаются туда-сюда по проводам во время вращения. Противоположный вариант – постоянный ток, который вы получали из описанных выше батарей.

Вот и все, что нужно для изобретения генератора.

Очень удобно, что переменный ток подходит лучше постоянного для передачи на большие расстояния, но это не предотвратило Войну токов в истории США, когда разные корпорации поддерживали разные стандарты производства электричества и в конкурентной борьбе пытались убедить широкую публику, что другой стандарт несет смертельную опасность [116].

Вы можете передавать энергию от генератора по проводам, но столкне тесь с ограничением: любой проводник обладает некоторым сопротивлением, определяемым потерей электричества на нагревание. Это значит, что любой провод может передать лишь определенное количество энергии, затем он начнет греться, а в худшем случае – плавиться. Сопротивление можно использовать продуктивно для изобретения тостеров, печей, электронагревателей, фенов и ламп накаливания, которые мы уже упоминали [117].

Но для того чтобы посылать энергию на большие расстояния, вам предстоит вносить поправку с учетом сопротивления. И тут в дело вступают трансформаторы, изобретением которых мы сейчас и займемся!

Безопасный способ обращаться с электричеством для его транспортировки.

Передача электричества на большие расстояния была делом затратным и опасным, но, честно говоря, большинство цивилизаций изобрели трансформаторы почти сразу же за электричеством, так что и вам не стоит отставать.

1831 н. э. (открыты принципы магнитной индукции);

1836 н. э. (изобретен первый трансформатор).

Электричество, металл.

Мы рассказывали об электричестве, не используя единиц измерения его параметров (большей частью потому, что единицы измерения названы именами людей, с вашей точки зрения еще не родившихся, и кто сказал, что они должны забрать все лавры?). Но теперь нам придется ввести как минимум одну, а именно вольт, который показывает разность электрических потенциалов между двумя точками в цепи.

Если представить электричество в виде воды, то ваши провода станут трубами, ток – водой, что двигается по этим трубам, а вольтаж покажет давление, под которым эта вода находится. Если вам нужно больше воды из трубы, то вы должны увеличить либо ее диаметр, либо давление, либо оба этих параметра [118].

То же самое и с электричеством: энергия, которую вы получаете, является производной силы тока и вольтажа. Чем сильнее ток, тем сильнее нагревается провод и тем ближе вы к точке его плавления. Это оставляет вам, как и в случае с водяными трубами, две возможности: можно либо сделать трубы больше (утолстить провода, чтобы они могли пропускать ток большей силы), либо увеличить в них давление (то есть вольтаж). Высоковольтные провода более опасны, если болтаться с ними рядом [119], но если вы можете трансформировать электричество, поднимая вольтаж для передачи через целую страну – держа при этом подальше от людишек и их загребущих, все на свете хватающих ручонок, – а затем трансформировать обратно, опуская вольтаж для использования, то оно того стоит.

Трансформаторы очень просты, поскольку в них нет движущихся частей (исключая, конечно, несущиеся по проводам электроны). Изготовьте из железа большое кольцо квадратного сечения, с одной стороны намотайте на него изолированный провод, связанный с источником входящей энергии, а с другой – провод, по которому будет передаваться исходящая энергия.

Два витка провода не связаны друг с другом электрически, но когда ток идет по первичной обмотке, он создает электромагнитное поле (точно так же, как мы видели ранее), и оно побуждает электроны во вторичной обмотке двигаться тоже. В этот момент ваше новейшее изобретение не трансформирует электричество (пока), но использует магнитное поле, чтобы без провода передавать электричество на небольшое расстояние.

Настоящее волшебство начинается, когда мы меняем число витков во вторичной обмотке. Если обе обмотки имеют одно и то же число витков, то ток и вольтаж в обеих обмотках будут одинаковыми. Если во вторичной обмотке окажется больше витков, чем в первичной, тогда возникшему в ней заряду придется уменьшать ток и увеличивать вольтаж, придавая электричеству характеристики, идеальные для передачи на большие расстояния. Если во вторичной обмотке витков будет меньше, то вольтаж уменьшится, а ток увеличится, и энергия станет готовой для использования на месте.

Вольтаж прямо пропорционален количеству витков, так что соотношение 3 к 1 в первичной и вторичной обмотках произведет выходящий ток вольтажом в одну треть от входящего. Выходит так, что железо и некоторое количество витого провода – все, что необходимо для трансформации электричества, и все это возможно потому, что электричество и магнетизм – две стороны одной монеты!

Спасибо, электромагнетизм.

Так что при помощи других изобретений из данного раздела вы теперь можете производить, передавать, запасать и трансформировать электричество. Ничего не стоит изобрести батареи в любой момент земной истории, когда открыты базовые металлы, а за ними – электростанции и трансформаторы. Даже изобретя водяные и ветряные мельницы, люди почти два тысячелетия использовали их для получения некоторого количества движения – вращения колес, поднятия рычагов, и только потом кто-то догадался изобрести динамо-машину и добыть более многофункциональную и пригодную для передачи на расстояние форму энергии, а именно электрический ток.

Вы же со своими знаниями о паровом двигателе и динамо-машине имеете возможность произвести разом две индустриальные революции в обществе в любой момент, когда вам захочется.