Статьи

Тесла Никола

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 fкусочек 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.

При этом в отношении тока высокой

частоты возникает совершенно естественная мысль: а почему бы не использовать его как мощное средство электродинамического воздействия для производства световых эффектов в запаянном стеклянном сосуде. Наличие внутреннего провода является одним из недостатков существующих ламп накаливания. И если никаких других усовершенствований не будет привнесено в конструкцию ламп, то уж по крайней мере этот недостаток можно устранить. Следуя этой мысли, я продолжил эксперименты в различных направлениях, некоторые из которых изложил в моей предыдущей работе. А сейчас я бы хотел остановиться на двух других направлениях проводимых экспериментов.

На Рис. 32 представлены конструкции ламп, изготовленных в большом количестве. На Рис. 32 широкая трубка Тприпаяна к маленькой W-образной трубке Uиз фосфоресцирующего стекла. В трубку Тпомещена катушка С из алюминиевой проволоки, на концах которой имеются небольшие алюминиевые сферы tи tj,входящие внутрь трубки U.Трубка Твставлена в гнездо, содержащее первичную катушку, через которую обычно проходит разряд из лейденских банок. Под воздействием тока высокого напряжения, вызванного в катушке С, разреженный газ в маленькой трубке Uизлучает мощный свет. Когда для индуцирования тока в катушке Сиспользуется разряд лейденской банки, то необходимо плотно набить трубку Тизолирующим порошком, так как часто возникает разряд между витками катушки, особенно тогда, когда первичная катушка толстая, а воздушный зазор, через который происходит разряд банок — большой. Если принять эти меры, то никаких подобных осложнений в дальнейшем не возникнет.

На Рис. 33 представлена другая конструкция лампы. В этом случае трубка Тприпаяна к шару L.Трубка содержит катушку С,концы которой проходят через две маленьких стеклянные трубки tи tj,которые припаяны к трубке Т.Два тугоплавких электрода m и m 1размещены на нитях накаливания лампы, которые подсоединены к концам проводов, проходящих через стеклянные трубки t и t j.

Обычно в лампе, сделанной по этой, схеме шар Lсообщается с трубкой Т.Для этого концы маленьких трубок t u t1слегка нагреваются в пламени горелки, а затем просто прикладываются к проволоке, но так, чтобы не повредить соединение. Сначала подготавливается трубка Тс маленькими трубками, проводами внутри них и тугоплавкими электродами mи m 1,а затем припаивается к шару L,над которым устанавливается и подключается катушка С.Затем трубка Тзаполняется изолирующим порошком, который утрамбовывается как можно плотнее, и закрывается. В трубке оставляется только маленькое отверстие, через которое досыпаются остатки порошка, и в конце концов трубка запаивается совсем. Обычно в конструкциях ламп, изображенных на Рис. 33, алюминиевая трубка акрепится на верхней части Sкаждой из трубок tи t j.Это нужно для того, чтобы не допустить нагревания верхней части трубки. Электроды m и m1 можно доводить до любой степени накала, при помощи разрядов лейденской банки, проходящих через катушку С. В таких лампах с двумя электродами возникает очень красивый эффект, связанный с образованием теней от каждого из электродов.

Целью другого направления экспериментов, являлось индуцирование тока, или светящегося разряда в вакуумной трубке при помощи электродинамической индукции. Этот предмет настолько широко исследован и описан в трудах профессора Дж. Дж. Томсона, что я если мог бы что-либо добавить, то очень немногое, даже если бы это было отдельной темой данной лекции. Но поскольку эксперименты в этом направлении дали определенные результаты и сформировали у меня определенные взгляды, мне представляется необходимым сказать об этом несколько слов.

Не вызывает сомнения факт, и результаты многочисленных опытов это подтверждают, что по мере увеличения длины трубки (т. е в каждой последующей единице ее длины), постепенно уменьшается электродвижущая сила, необходимая для прохождения разряда. Поэтому, в разреженной трубке достаточной длины, можно получить светящийся разряд даже при низкой частоте, если замкнуть трубку на себя. Такую трубку можно разместить вокруг комнаты или на потолке, в результате получится простое устройство, способное дать значительное освещение. Но это устройство было бы сложным в производстве и совершенно нерегулируемым. Сделать трубку маленькой длины — тоже не самый лучший выход, поскольку при обычных частотах возникали бы большие потери энергии на покрытиях. Помимо этого, при использовании покрытий, лучше подавать ток непосредственно на трубку, подключая покрытия к трансформатору. Но, даже если устранить все подобное недостатки, то, как я уже отмечал ранее, на низких частотах преобразование света как таковое все же будет неэффективным. При использовании сверхвысоких частот длина вторичной обмотки или, другими словами, размер сосуда, может быть уменьшен до желаемой величины, а эффективность преобразования света возрастет, разумеется, при условии, что будут созданы средства для получения таких высоких частот. Таким образом, принимая во внимание как теоретически, так и практические данные, мы сможем использовать ток высокой частоты, а это означает, что мы получим мощную электродвижущую силу при слабом токе в первичной обмотке. Когда Томсон работал с зарядом конденсатора, а это единственное на сегодняшний день известное средство для получения тока высокой частоты, то он смог получить электродвижущую силу, мощностью в несколько тысяч вольт на каждый виток первичной обмотки. Однако Он не смог усилить эффект электродинамической индуктивности увеличением числа витков первичной обмотки и сделал вывод, что лучше всего работать с одним витком, хотя он и должен был иногда отступать от этого правила — он должен был справляться с тем индуктивным эффектом, который мог получить от одного витка. Но еще до начала экспериментов с токами высокой частоты, необходимыми для получения в маленькой лампе электродвижущей силы в несколько тысяч вольт, он создал несколько очень важных электростатических эффектов. С увеличением частоты увеличивается значение этих эффектов по отношению к электродинамическим.