НИКОЛА ТЕСЛА. ЛЕКЦИИ. СТАТЬИ.

Тесла Никола

Обычно процесс разрежения протекает следующим образом. В начале работы запорные краны С1 и С2 открыты, а все другие соединения закрыты. Резервуар R2 поднимается до тех пор, пока ртуть не заполнит резервуар R1, и часть U-образной трубки. Когда помпа начинает работать, ртуть должна быстро подниматься в трубке, и резервуар R2 опускается, а экспериментатор поддерживает уровень ртути на том же уровне. Резервуар R2 уравновешивается длинной пружиной, которая облегчает действие, а силы трения частей обычно в целом достаточно для того, чтобы удерживать его практически в любом положении. Когда помпа Спренгеля заканчивает свою работу, резервуар R2 опускается еще ниже, ртуть опускается в резервуар R j и заполняет резервуар R2 над которым закрывается запорный кран С2. Воздух, налипший на стенки резервуара R1 и абсорбированный ртутью, удаляется, и ртуть освобождается от всего воздуха в резервуаре R2, который он набрал за время долгой работы, перемещаясь вверх и вниз. Во время этого процесса некоторое количество воздуха, которое должно было собираться ниже запорного крана С2, удаляется из резервуара R2 в результате опускания его вниз и открывания крана, который позже перед подъемом резервуара

закрывается. Когда весь воздух из ртути удален и он больше не собирается в резервуаре R2 при его опускании, прибегают к действию каустического поташа. Теперь резервуар R2 вновь поднимается до тех пор, пока ртуть в резервуаре Rj не поднимется выше запорного крана С]. Каустический поташ расплавлен и находится в состоянии кипения. При этом влага частично удаляется помпой, а частично реабсорбируется. Этот процесс нагревания и охлаждения повторяется много раз, и каждый для абсорбирования и удаления влаги требуется все больше подъемов и опусканий резервуара R2. Таким образом, вся влага удаляется из ртути и оба резервуара приводят в состояние, пригодное для использования. Затем, резервуар R2 вновь поднимают в самое верхнее положение, а помпу оставляют в рабом режиме на длительный период времени. После получения максимально возможного вакуума при помощи помпы, лампу с поташем обычно заворачивают в хлопок, смоченный эфиром для того, чтобы сохранить низкую температуру поташа. Затем резервуар R2 опускают, а на опустошенный резервуар R j надевают приемный резервуар r, и быстро запаивают.

Когда приносят новую лампу, ртуть всегда должна быть выше запорного крана С], который закрыт для того, чтобы всегда сохранять ртуть и оба резервуара в наилучшем состоянии и ртуть никогда не выливается из резервуара Rj, за исключением случаев, когда помпа достигает наивысшей степени разрежения. Это правило необходимо соблюдать, если Вы желаете успешно пользоваться этим аппаратом.

Используя эти приспособления, я мог совершать процесс очень быстро, и когда прибор был в идеальном состоянии, то было возможно достичь стадии фосфоресценции в маленькой лампе менее чем за 15 минут. Это время определенно является очень быстрым для маленькой лабораторной установки, требующей всего около 100 фунтов ртути.

В обычной маленькой лампе соотношение емкости помпы, приемного резервуара и соединений к резервуару R составляет где-то 1 к 20. Степень достигаемого разрежения получается очень высокой, хотя я и не могу дать точное определение насколько оно велико.

Что больше всего производит впечатление на исследователя при проведении этих опытов, так это поведение газов, которые подвергаются воздействию очень быстро изменяющемуся электростатическому напряжению. Но исследователя не должно покидать сомнение: в наблюдаемых эффектах принимают участие только молекулы и атомы газа, которые нам хорошо известны по результатам химического анализа, или же в них принимает участие еще и другая газообразная среда, включающая в себя атомы и молекулы жидкости, заполняющей пространство. Такая среда, несомненно, должна существовать, и я убежден что, например, даже при отсутствии воздуха и непосредственно прилегающее к нему пространство, должны нагреваться из-за быстро меняющейся разности потенциалов тела. Но такое нагревание не может происходить, если все свободные атомы удалены и остались только атомы однородных, несжимающихся и упругих жидкостей, например, таких как эфир, которые не допускают никаких взаимодействий и столкновений. В этом случае, могут происходить только фрикционные потери и только в той степени, в которой это позволяет само тело.

Поразительно то, что с увеличением частоты импульсов, разряд проходит через газ все легче и легче. В этом плане его поведение прямо противоположно тому, что происходит в металлическом проводнике. В последнем случае полное сопротивление — импеданс — наступает при увеличении частоты. Но газ должен проявлять себя как несколько последовательно включенных конденсаторов: легкость, с которой проходит разряд, возможно, зависит от скорости изменения разности потенциалов. Если это так, тогда в вакуумной трубке даже очень большой длины и вне зависимости от силы тока, не могла бы возникнуть сколь-нибудь существенная самоиндукция. Таким образом, мы с Вами сейчас можем воочию убедиться, что через проводник в газовой среде могут проходить импульсы такой частоты, какую мы только; сможем получить. Если бы мы смогли увеличить частоту до необходимой величины, то смогли бы создать систему распределения электрической энергии, которой заинтересовались бы и газовые компании: металлические трубы, заполненные газом — где металл выступает как изолятор, а газ — как проводник, снабжающий энергией фосфоресцентные лампы и, возможно, устройства, которые еще не изобретены. Нет сомнений в том, что вполне возможно, взять полый медный стержень, создать в нем разрежение газа, и при помощи импульсов достаточно высокой частоты, проходящих по цепям вокруг него, довести газ внутри стержня до высокой степени накаливания. Но поскольку мы еще мало знаем о природе этих сил, то возникают сомнения: а будет ли с такими импульсами медный стержень вести себя как статичный экран? С такими парадоксами и причинами, обуславливающими явную невозможность осуществления тех, или иных проектов, мы сталкиваемся на каждом шагу этого направления работы, а в этом в основном и заключается обаяние исследовательской работы.

А сейчас, я беру короткую и широкую трубку, внутри которой имеется газ с высокой! степенью разреженности, и которая имеет прочное бронзовое покрытие, едва позволяющее свету проходить через него. Металлическая застежка, с крюком для подвешивания трубки, закреплена вокруг средней части последней. Зажим находится в контакте с бронзовым покрытием. Теперь я хочу, чтобы газ внутри трубки стал излучать свет, когда я подвешу трубку на провод, подсоединенный к катушке. Любому, кто захочет провести этот эксперимент в первый раз, не имея никакого предварительного опыта, следует позаботиться о том, чтобы в этот момент никого из посторонних в комнате не было. В противном случае, он может стать объектом насмешек со стороны своих помощников. Однако, несмотря на наличие металлического покрытия, лампа засветилась, и свет отчетливо проступает сквозь нее. Длинная трубка, покрытая алюминиевой бронзой, излучает яркий свет, когда я удерживаю ее в одной руке, а другой рукой касаюсь клеммы катушки. Можно было бы возразить, что покрытия обладают недостаточной степенью электропроводности, а поскольку они обладают высоким сопротивлением, то должны экранировать газ. Они, несомненно, служат хорошим экраном в состоянии покоя, но когда на покрытие воздействует разряд, то экранирующая способность существенно ослабевает. Однако внутри трубки, несмотря на наличие экрана, именно из-за наличия газа, происходит большая потеря.

Если бы мы взяли большую полую металлическую сферу и заполнили ее самым совершенным, несжимаемым жидким диэлектриком, даже несмотря на быстрое изменение потенциалов, внутри сферы у нас не было бы потерь энергии, и, следовательно, сферу можно было бы рассматривать как полностью экранированную. Если бы мы заполнили сферу маслом, то потери энергии были бы значительно меньше, нежели тогда, когда вместо жидкости используется газ, поскольку в последнем случае,

возникает сила, вызывающая перемещения, то есть взаимодействия и столкновения частиц внутри сферы.

Давление газа внутри сферы не имеет большого значения. Этот фактор приобретает значение при нагревании проводника, когда электрическая плотность становится огромной, а частота очень высокой. Таким образом, при нагревании проводников при помощи светящихся разрядов, воздух становится элементом исключительной важности. Этот факт можно рассматривать как совершенно точный, почти так, как если бы он был подтвержден экспериментально. Я могу проиллюстрировать действие воздуха в следующем эксперименте: я беру короткую трубку, заполненную вакуумом средней степени, и платиновую проволоку, протянутую через середину трубки от одного конца к другому. Затем пропускаю через проволоку постоянный или низкочастотный ток, и она равномерно нагревается по всей длине. Нагревание здесь произошло вследствие проводимости или фрикционных потерь, и газ вокруг проволоки, как мы можем убедиться воочию, не играет никакой роли. А теперь я пропускаю через проволоку резкие разряды, или ток высокой частоты. Проволока опять нагревается, но сильнее на концах и меньше в средней части, а если частота импульсов, или скорость изменения потенциалов достаточно высоки, то проволока может оборваться в середине, а может и не оборваться, поскольку практически все нагревание происходит благодаря разреженному газу. Здесь газ может выступать только как проводник с нулевым сопротивлением, по которому течет ток от провода, так как сопротивление последнего взросло до огромного значения, вследствие нагрева концов провода, произошедшего из-за сопротивления проходящему по ним разряду. Но совершенно нет необходимости в том, чтобы газ в трубке был электропроводным. Он может быть очень низкого давления, и тогда концы проволоки будут нагреваться. При этом, как было установлено экспериментально, эти концы могут и не иметь электрического контакта через газовую среду. Что теперь происходит с частотами и разностью потенциалов в разреженной трубке, подверженной воздействию светящихся разрядов при обычном давлении? Мы должны помнить один из фактов, полученных в результате данных исследований, а именно: по отношению к импульсам очень высокой частоты газ, находящийся под обычным давлением, ведет себя почти так же, как и газ, находящийся под умеренно низким давлением. Я думаю, что при частых разрядах, проволока или электропроводные объекты часто улетучиваются только потому, что вокруг них присутствует воздух. А вот если бы проводник был погружен в изолирующую жидкость, то остался бы цел, поскольку в этом случае энергии пришлось бы найти себе иной выход. Из поведения газа при скачкообразных импульсах высокого напряжения я сделал вывод, что не может быть никакого другого верного способа направить светящийся разряд, кроме как позволить ему пройти через некий объем газа, если подобное можно осуществить на практике.

Есть еще две особенности, связанные с этим экспериментом, на которых, я думаю, необходимо остановиться подробнее — это "лучистое состояние" и "не зажигающий вакуум".

Любой, кто изучал работы Крукса, должен прийти к выводу, что "лучистое состояние" является свойством газа, находящего в состоянии сверхвысокого разрежения. Но следует помнить, что явления, наблюдаемые в сосуде с разреженным газом, ограничены свойствами и возможностями используемого аппарата. Я думаю, что в лампе движение молекулы или атома происходит по прямой линии не потому, что он не встречает на своем пути преград, а потому, что скорость, приданная ему, достаточно высока для того, чтобы его движение происходило по прямой линии. Свободный для движения путь — это одно, а скорость, то есть энергия, связанная с движущимся телом, — это другое, и я думаю, что при обычных условиях она относится к разности потенциалов, или к скорости. При большой разности потенциалов и при сравнительно низкой степени разрежения газа, катушка пробойного разряда вызывает свечение и проецирует тени. В светящемся разряде, при обычном давлении, частицы движутся по прямым линиям тогда, когда усредненный свободный путь по протяженности очень мал, и часто изображение проволоки, или других металлических предметов, производятся частицами, направленными по прямым линиям.

Я подготовил лампу, чтобы экспериментально показать правильность этих утверждений. В шаре L (рис. 31) я поместил над нитью накаливания f кусочек извести l. Нить накаливания соединена с проволокой, которая идет внутрь лампы, конструкция которой приведена на Рис. 19 и описана выше. Лампа подвешена на проволоке, подсоединенной к клемме катушки. Когда катушка приводится в действие, то выступающую часть нити накаливания с кусочком извести подвергают бомбардировке. Степень разрежения в лампе такова, что напряжение катушки может вызвать свечение стекла, но при ослаблении вакуума оно исчезает. Известь содержит влагу, а при нагревании влага выделяется, поэтому свечение продолжается всего лишь несколько мгновений. Когда известь достаточно сильно нагревается, значительное количество выделившейся влаги существенно ухудшает качество вакуума в лампе. При бомбардировке одна часть куска извести нагревается больше, чем остальные, в конце концов, практически все разряды проходят через эту, интенсивно нагреваемую часть, и белый поток частиц извести (Рис. 31) вырывается вперед из этой точки. Этот поток состоит из "лучистого" вещества, хотя степень разрежения низкая. Но частицы движутся по прямым линиям, так как скорость, приданная частицам велика. Высокая скорость частиц обусловлена тремя причинами: высокой электрической плотностью, высокой температурой в малой области воздействия и тем фактом, что частицы извести легко отделяются и испускаются, гораздо легче, чем частицы углерода. При работе с частотами, которые мы способны получить, частицы целиком испускаются и выбрасываются на значительное расстояние, но при более высоких частотах этого не происходит. В этом случае только напряжение или колебания могут распространяться через лампу. Если бы атомы двигались со скоростью света, то мы никогда бы не смогли получить такую частоту. Я полагаю, что это невозможно, так как для этого требуется огромная разность потенциалов. С той разностью потенциалов, которую мы способны получить даже при помощи катушки пробойного разряда, скорость атомов должна быть совершенно незначительной.

Что касается "не зажигающего вакуума", то было замечено, что он может возникать только при низкочастотных импульсах. Это обусловлено невозможностью испускания достаточного количества энергии такими импульсами при сильном вакууме, так как некоторые атомы, находящиеся вокруг клеммы взаимодействуют с теми, которые отталкиваются и удерживаются на расстоянии сравнительно долгий период времени. При этом выполняется недостаточно работы для того, чтобы вызвать эффект, воспринимаемый глазом. Если разность потенциалов между клеммами увеличивается, то диэлектрик разрушается. Но при импульсах очень высокой частоты разрушения диэлектрика может и не быть, так как некоторое количество выполняется непрерывным возбуждением атомов в разреженном сосуде, при условии, что частота достаточно велика. Даже при частоте, получаемой от генератора переменного тока, использованного в данном эксперименте, можно легко достичь состояния, при котором разряд не проходит между двумя электродами в узкой трубке, где каждый из электродов подсоединен к одной из клемм катушки. Однако достичь состояния, при котором вокруг электродов светящийся разряд не мог бы возникать, совсем не просто.