Giải nhất Nhà nước

9

GIẢI THƯỞNG TIỂU BANG ĐẦU TIÊN

Isak Konstantinovich Kikopin đã được trao một số Giải thưởng Nhà nước. Một số tác phẩm mà ông được trao giải không được xuất bản vì lý do bí mật. Việc trao giải thực tế không phải lúc nào cũng được báo cáo. Trong nhiều năm - đó là những năm làm việc tập trung nhất - ngay cả cái tên N.K. Kikopin không được nhắc đến trên báo chí, các bài báo của ông cũng không xuất hiện trên các tạp chí khoa học.
Tuy nhiên, N. K. Kikopin và các nhân viên của ông S.V. Gubar và V.S. Obukhov đã nhận được Giải thưởng Nhà nước đầu tiên cho tác phẩm được xuất bản và giải thưởng được công bố trên báo chí và đài phát thanh. Giáo sư A.K. Kikopin nói về công việc này.

Điều này xảy ra sau đó vào năm 1942, vào thời điểm cao điểm của Chiến tranh Vệ quốc vĩ đại.

Công trình đã được công bố trên tạp chí “Bản tin Công nghiệp Điện” với tiêu đề “Hệ thống thiết bị đo điện mới để đo dòng điện một chiều công suất cao”. Hệ thống mới này là gì? Tại sao cô ấy lại cần thiết?
Và tại sao các dụng cụ đo lường của hệ thống này lại trở nên quan trọng đến mức công trình đó đã được trao Giải thưởng Nhà nước trong chiến tranh? Suy cho cùng, dụng cụ đo lường không phải là xe tăng, không phải súng, cũng không phải mìn hay bom!

Tại sao chúng ta cần dòng điện cao?

Trong công nghệ hiện đại, dòng điện xoay chiều thường được sử dụng nhiều nhất và hơn nữa, có cường độ tương đối thấp - thường là một vài ampe, cắt - mười ampe, thậm chí cắt - hàng trăm ampe. Tuy nhiên, có những ngành kỹ thuật yêu cầu dòng điện không đổi và công suất rất cao. Đây chủ yếu là luyện kim kim loại màu. Một kim loại quan trọng như nhôm chỉ thu được bằng điện phân, đồng thời dòng điện trực tiếp gồm nhiều ampe thập phân (hiện lên tới 150 kA) đi qua hỗn hợp nóng chảy của alumina (Al₂O₃) và cryolit (Na₃[AlF₆]). Hơn nữa, tại thời điểm liên quan đến công việc được mô tả, dòng điện lên tới 70 kA được sử dụng trong quá trình điện phân nhôm.

Ngay trước chiến tranh, Nhà máy Nhôm Ural, nhà máy lớn nhất cả nước, đã được xây dựng và đưa vào hoạt động ở Urals. Có hai nhà máy khác - một ở vùng Leningrad và thứ hai ở Ukraine. Chính tại nhà máy Ural, bể điện phân đã được thiết kế cho dòng điện lên tới 75 kA. Đương nhiên, để kiểm soát quá trình sản xuất nhôm cần phải có khả năng đo được các dòng điện này.

Dòng điện lớn thay đổi như thế nào?

Mọi người đều biết các đại lượng đặc trưng cho dòng điện thay đổi như thế nào (cường độ dòng điện, điện áp, công suất, năng lượng). Vào thời đó, người ta chủ yếu sử dụng các thiết bị của hệ thống điện từ; Ngoài ra còn có các thiết bị sử dụng hệ thống dây điện có dòng điện thay đổi đi qua (thiết bị điện thoại). Trong mọi trường hợp, sự không tồn tại của các bộ phận của thiết bị được làm bằng vật liệu mỏng

10

dây mỏng qua đó không được phép đi qua các điểm quá lớn. Và nếu cần thay đổi điểm mạnh thì các thiết bị sẽ được nối song song - một điện trở (shunt) được mắc song song với bộ phận mang dòng điện của thiết bị thay đổi, nhỏ hơn một số lần nhất định so với điện trở của bộ phận mang dòng điện của thiết bị. Ví dụ: nếu có dòng điện 100 A chạy trong mạch và thiết bị được thiết kế để thay đổi dòng điện không quá 1 A, thì điện trở shunt phải nhỏ hơn 99 lần so với điện trở của cuộn dây trong thiết bị. Sau đó, dòng điện 1 A sẽ chạy qua thiết bị và qua shunt - 99 A. Dòng điện thay đổi càng lớn thì điện trở shunt càng nhỏ. Điều này được bổ sung bằng việc tăng diện tích mặt cắt ngang của dây dẫn shunt.

Miễn là chúng ta đang nói về việc thay đổi descats và thậm chí một vài ampe soten, thì các vấn đề với shuntimi sẽ không phát sinh. Tuy nhiên, khi cần thay đổi điểm hàng nghìn ampe thì shunt trở thành bộ phận nặng nề và nặng nề của thiết bị. Như vậy, shunt dẫn đến thiết bị thay đổi dòng điện 10.000 A có khối lượng 35 kg. Trong thực tế, khi dòng điện thay đổi tăng thì khối lượng shunt tăng tỷ lệ với bình phương dòng điện. Điều này có nghĩa là nếu bạn cần thay đổi dòng điện 50 kA thì khối lượng của shunt phải là 875 kg, và nếu nó cũng là 100 kA - 3,5 tấn!

Hãy nói thêm rằng thiết bị thay thế bằng shuntimi cho các nhà máy điện phân không được sản xuất ở nước ta. Chúng tôi đã mua chúng ở Đức. Nhưng ngay cả ở nước ngoài cũng không thể mua được 75 kA km mét cần thiết cho nhà máy Ural. Tình hình trở nên đặc biệt trầm trọng hơn khi chiến tranh bùng nổ. Hai nhà máy nhôm ở khu vực châu Âu của Liên Xô nằm trong lãnh thổ bị chiếm đóng. Chỉ còn lại một nhà máy nhôm ở Urals, không thể khởi động nếu không thay đổi thiết bị.

Điều này đã thúc đẩy I. Kikon giải quyết vấn đề quan trọng này. lời giải của nó không chỉ bao gồm Ural mà còn bao gồm các nhà máy điện phân khác, chẳng hạn như Nhà máy Potash Solina Kama. Tác giả của những dòng này có thư từ trao đổi với nhà máy này, từ đó có thể thấy rõ tầm quan trọng của việc phát triển và sản xuất nhanh chóng các thiết bị mới đối với ông.

Những thiết bị nào được đề xuất để thay thế các thiết bị shunt?

Ampe không có dòng điện chạy qua

Ý tưởng về sự thay đổi dòng điện một chiều rất lớn do I.K. Kikonan, cực kỳ đơn giản. Xung quanh bất kỳ dòng điện không đổi nào đều có một từ trường không đổi tại một điểm nằm cách dây dẫn có dòng điện một khoảng nhất định, chỉ phụ thuộc vào cường độ dòng điện. Sự phụ thuộc này được biết rõ với từ trường xung quanh một dây dẫn hình trụ. Trong trường hợp này, cảm ứng trường tỷ lệ nghịch với khoảng cách từ dây dẫn và tỷ lệ thuận với cường độ dòng điện.

Ở các nhà máy điện phân, dây dẫn dòng điện là những thanh đồng có tiết diện thẳng, thậm chí có thể gấp lại với nhau. Và trong trường hợp này, cảm ứng từ trường được xác định bởi dòng điện trong lốp xe, nhưng sự phụ thuộc của nó vào cường độ dòng điện có phần phức tạp hơn - nó hơi lệch so với tuyến tính. Tuy nhiên, điều này không ngăn cản người ta ước tính cường độ dòng điện do cảm ứng từ trường. Người ta đề xuất đánh giá bản thân cảm ứng theo cách đơn giản nhất - bằng độ lệch của kim nam châm.

Như đã biết, một kim từ (thanh từ tính) trong từ trường đều chịu tác dụng của một cặp lực, mômen quay của lực này khác với cường độ của kim và cuối cùng được thiết lập dọc theo đường cảm ứng của từ trường. Nhưng bạn có thể chắc chắn rằng kim không được lắp dọc theo đường cảm ứng mà được quay một góc tỷ lệ với dòng điện. Để làm được điều này, một lực phải tác dụng lên mũi tên, thời điểm mũi tên “mở ra”.

11

lkу theo hướng ngược lại và tăng khi tăng góc quay. Ví dụ, một mômen phản tác dụng như vậy có thể được tạo ra bằng một lò xo thích hợp.

Sơ đồ của thiết bị được xây dựng bởi I.K. Kikoin và đồng nghiệp của anh ấy được hiển thị ở hình.

Trên trục 1, được gắn trên các ổ trục mã não (để giảm ma sát), một thanh từ hóa 2 được cố định. Mômen phản tác dụng được tạo ra bởi các lò xo xoắn ốc 3. Trục có gắn một thanh cung cấp một mũi tên trượt dọc theo mặt số, trên đó đánh dấu 100 vạch chia. Thiết bị này có thể mang theo được và có thể được lắp đặt đơn giản trên thanh cái mang dòng điện ở bất cứ đâu. Khoảng cách từ bus đến thanh từ hóa luôn bằng nhau (vài cm) nên góc quay của mũi tên chỉ phụ thuộc vào cường độ dòng điện. Kinh nghiệm cho thấy rằng có một chút thiếu chính xác phụ thuộc vào cường độ dòng điện, chỉ quan sát thấy ở cường độ dòng điện cao nhất (bắt đầu từ thang chia thứ 84). Một khó khăn đặc biệt là việc hiệu chuẩn thiết bị. Rốt cuộc, không thể so sánh số đọc của nó với một thiết bị tham chiếu, như thường lệ - những thiết bị như vậy đơn giản là không tồn tại. Vì vậy, một phương pháp hiệu chuẩn dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ đã được phát triển đặc biệt.

Ngoài kilôgam kế cầm tay, một thiết bị cố định đã được phát triển để đo dòng điện trong các bể điện riêng lẻ nhằm đo dòng điện trong mạch chính và truyền số đọc của nó đến bảng điều khiển. Để làm được điều này, cần phải “chuyển đổi” góc quay thành tín hiệu điện, tín hiệu này được truyền đến điều khiển từ xa.

Mặc dù sai số khi đo cường độ dòng điện khá lớn - 3% nhưng đối với các phép đo kỹ thuật thì khá chấp nhận được và làm hài lòng khách hàng.

Ngoài km, I.K. Kikoin và các đồng nghiệp của ông đã phát triển các dụng cụ đo công suất (oát kế), máy đo năng lượng và máy đo ampe (điện tích), cũng cần thiết cho các nhà máy điện phân - tất cả đều được thiết kế cho dòng điện khoảng 70 kA. Cần lưu ý rằng không chỉ ý tưởng về các thiết bị được đề xuất và thiết kế của chúng được phát triển mà tất cả các thiết bị này đều được sản xuất trong xưởng của Viện Vật lý Kim loại ở Sverdlovsk, nơi I.K. Kikoin làm việc vào thời điểm đó và cung cấp số lượng cần thiết cho các nhà máy điện phân ở Urals và các khu vực lân cận. Điều này cho phép Nhà máy Nhôm Ural bắt đầu sản xuất các sản phẩm - kim loại quan trọng nhất đối với ngành công nghiệp ô tô.

Vì vậy, công việc bắt đầu từ năm 1939 hóa ra vào năm 1942 chỉ là xương sống của một ngành quan trọng của ngành công nghiệp quốc phòng. Vào ngày kỷ niệm 25 năm Cách mạng xã hội chủ nghĩa Tháng Mười vĩ đại, có thông báo rằng I. K. Kikoin, S. V. Gubar và V. S. Obukhov đã được trao Giải thưởng Nhà nước. Đây là Giải thưởng Nhà nước đầu tiên được trao cho một nhà vật lý đến từ Urals.