Статьи
Шрифт:
Лампу с большим электродом можно взять в руку, когда электрод подключен к клемме катушки, и она не будет светиться. Но если вместо этого дотронуться до нее концом оголенного провода, лампа сразу же начнет светиться из-за высокой плотности в точки контакта. При низких частотах кажется, что газ с более высоким атомным весом производит более интенсивное свечение, чем газ с меньшим атомным весом как, например, водород. Результаты наблюдений за высокими частотами недостаточно достоверны, чтобы сделать вывод. Как известно, кислород вызывает чрезвычайно сильные эффекты, которые частично можно приписать его химическому действию. Кажется, что в лампе с водородом возбуждение происходит легче всего. Электроды, которые легче разрушаются, производят в лампе более интенсивное свечение, но при этом условия эксперимента непостоянны из-за ослабления вакуума и оседания электродного вещества на светящейся поверхности. Некоторые жидкости, такие как масло, вызывают великолепные эффекты свечения (или флуоресценции), но действие, происходит только в течение нескольких секунд. Так, если на лампу, которая имеет следы масла на стенках, подать ток, то свечение будет продолжается только несколько секунд, до тех пор, пока масло не испарится. Сульфид цинка кажется наиболее чувствительным к свечению среди всех испытанных веществ. Образцы вещества, полученные благодаря любезности профессора Генри из Парижа, применялись во многих из этих ламп. Одним из недостатков
Наиболее важным фактом, полученным при проведении исследований, оказалось то, что во всех случаях для возбуждения свечения с минимальными затратами энергии, необходимо создать определенные условия. А именно, не имеют значения: частота тока, степени разреженности и материал, из которого изготовлены предметы, находящиеся в лампе, величина потенциала в ситуации, когда происходит возбуждение лампы от одной клеммы, или разница потенциалов, в ситуации, когда происходит возбуждение лампы от двух клемм, который дает, наилучший экономический показатель. Если разность потенциалов возрастает, то может происходить значительный расход энергии без получения света, а если ее уменьшить, то производство света не будет таким экономичным. Точное условие, при котором будет получен наилучший результат, зависит от многих вещей, имеющих другую природу. Их еще предстоит исследовать в других экспериментах. Мы непременно найдем такие условия, которые обеспечат работу ламп накаливания наилучшим образом.
Теперь перейдем к наиболее интересному из этих явлений — накаливанию или свечению газов при низком или обычном атмосферном давлении. Мы должны найти объяснение этому явлению в условиях, когда происходят соударение, или взаимодействие атомов. Точно также как молекулы, или атомы ударяясь о твердое тело вызывают свечение, или заставляют его нагреваться, так и сталкиваясь между собой они производят похожий эффект. Но это очень слабое и грубое объяснение механизма явления. Свет вызывается колебаниями, которые происходят с невообразимой скоростью. Если мы посчитаем, количество энергии содержащейся в форме известных излучений в определенном пространстве, силу, которую необходимо приложить, чтобы получить такую скорость колебаний, то мы обнаружим, что несмотря на то, что плотность эфира намного меньше, чем в любом из известных нам тел, даже чем в водороде, его сила поражает воображение. Что же это за сила, которая при механических единицах измерения может исчисляться тысячами тонн на квадратный дюйм? С современной точки зрения — это электростатическая сила. Невозможно понять, как тело измеримых размеров могло бы зарядиться до такой высокой разности потенциалов, чтобы сила была достаточной для получения таких колебаний. Раньше, если бы такой заряд сообщили телу, то он разрушил бы его до атомов
Солнце излучает свет и тепло так же, как обычное пламя или нить накала. Но ни одно из этих явлений не объясняет силу, с которой Солнце объединяется в тело как целое. Объяснить это мы может только одним способом, а именно, сравнив его с атомом. Атом такой маленький, что если бы он заряжался, вступая в контакт с электрическим телом, и заряд передавался бы следующему атому по таким же правилам, как и тела, имеющие измеримые размеры, он должен был бы полностью сохранить количество электричества, которое было бы соизмеримо с этими силами и огромными скоростями колебаний. Но в этом плане атом стоит несколько особняком — он всегда сохраняет один и тот же "заряд".
Похоже, что резонирующие колебания играют важную роль во всех проявлениях энергии в природе. В пространстве вся материя колеблется и встречаются все скорости колебаний, от низких музыкальных звуков до наивысших тонов химических лучей. Следовательно, для атома или комплекса атомов, независимо от их периода, должны найтись колебания, с которыми они будут в резонансе. Когда мы обсуждаем высокую скорость световых колебаний, мы отдаем себе отчет в том, что невозможно получить такие колебания непосредственно при помощи какой- либо аппаратуры, имеющей измеримые величины. Эт о вынуждае т нас прибегнуть к единственно возможному средству производства световых волн — электричеству. То есть Воздействовать на молекулы и атомы газа так, чтобы заставить их сталкиваться и вибрировать. Затем мы должны задать себе вопрос: "Ка к можно воздействовать на молекулы, или атомы?"
Известно, что на них можно воздействовать электростатической силой, что подтверждается результатами многих экспериментов. Изменя я электростатическую силу, мы можем возбуж- дать атомы и заставлять их сталкиваться, что сопровождается выделением тепла и света. Это является бесспорным доказательством того, что мы можем воздействовать на них по-другому. Если световой разряд происходит в запаянной вакуумной трубке, выстраиваться ли атомы в определенном порядке по отношению к другими атомам, или же электростатическая сила действует по прямой линии от атома к атому? Только недавно я исследовал взаимное действие между двумя цепями, которые имеют очень высокие скорости колебаний. Кода батарея из не- скольких аккумуляторных банок (с С с С,Рис. 32) разряжается через первичную обмотку Рс низким сопротивлением (Рис. 19а, 19 b, 19 с), при частоте колебаний около миллиона раз в се- кунду, то возникает огромная разность потенциалов между двумя точками на первичной обмот- ке отстоящими друг от друга всего на несколько дюймов. Эт а разность потенциалов может составлять около 10,000 вольт на дюйм, если не больше, давая максимальную величину ЭДС. Таким образом, вторичная обмотка Sподвержена воздействию электростатической индукции, которая в таких экстремальных условиях приобретает большую значимость, нежели электроди- намическая индукция. Дл я таких внезапных импульсов первичная и вторичная обмотки являют — ся плохими проводниками, поэтому большая разность потенциалов может быть получена при возникновении электростатической индукции между смежными точками вторичной обмотки. Затем может проскочить искра между проводами и стримерами, которую видно в темноте, ес- ли постараться вызвать световой разряд через искровое пространство d d.Если теперь мы за- меним запаянную вакуумную трубку на металлический вторичную обмотку S, то разности потенциалов, получающейся в трубке в результате электростатической индукции от первичной обмотки, будет вполне достаточно для того, чтобы возбудить части этой обмотки. Но так как дочки с определенной разностью потенциалов на первичной обмотке не зафиксированы, и во- обще они постоянно меняют свое положение, то в трубке образуется светящаяся полоса, кото- рая, очевидно, не соприкасается со стеклом, как это и должно бы быть если бы точки максимальной и минимальной разности потенциалов были зафиксированы
Кроме того, как показывает мой опыт, я не думаю, что такой газовый разряд в закрытой трубке может колебаться как единая масса. Я убежден, что никакой разряд, проходя через не может вызвать в нем колебания. Поведение атомов газа очень странно в отношении непред- сказуемости электрических импульсов. Газ кажется не способным обладать какой-либо ощути- мой инертностью в отношении таких импульсов, поскольку чем больше частота импульсов, тем с свободнее разряд проходит через газ. Если газ не обладает никакой инертностью, то он не мо- жет колебаться. Для свободных колебаний необходимо наличие хотя бы небольшой инертности газа. Из этого я сделал вывод, что если разряд молнии происходит между двумя облаками, там не может быть никакой осцилляции, как этого можно было бы ожидать, принимая во внимание значительную электрическую емкость облаков. Но если разряд молнии попадает в землю, колебания появляются, но не в облаках, а в земле. В газовом разряде каждый атом колеблется со своей собственной скоростью, но нет колебаний электропроводной газовой массы как единого целого. Это важное соображение касается большой проблемы — экономичного получения све- та. Из этого следует, что для достижения этого результата мы должны использовать импульсы очень высокой частоты и, кроме того, необходима большая разность потенциалов. Известно, что кислород дает более интенсивный свет в трубке. Не потому ли, что атомы кислорода обла- дают некоторой инертностью, и колебания не затухают немедленно? Но тогда, были бы xopo- ши и азот, и хлор, и пары многих других веществ, значительно лучших, чем кислород, если бы в игру не вступали магнитные свойства последнего. Или же процессы в трубке имеют электро- литическую природу? Об этом определенно говорят многие наблюдения, наиболее важных из которых является то, что вещество всегда уносится от электрода, а вакуум в колбе не можёт поддерживаться постоянно. Если такой процесс происходит в действительности, тогда наобо- рот, мы должны прибегнуть к высоким частотам с тем, чтобы свести электролитическое воздей- ствие к минимуму, если уж его невозможно устранить полностью. Неоспоримо, что при очень высоких частотах с гармоническими колебаниями импульсов, подобных тем, что мы получали от генератора переменного тока, негативных проявлений меньше, и вакуум более постоянен. При использовании пробивной разрядной катушки происходят внезапные всплески потенциа- ла, вакуум ослабляется быстрее, электроды разрушаются за очень короткое время. Это наблю- далось в некоторых коротких трубках, которые были оснащены тяжелыми угольными блоками В В1, подсоединенными к платиновым проволокам W Wj(см. Рис. 33). Такие трубки приме- нялись в экспериментах с пробойным разрядом вместо обычного воздушного пространства. Под действием сильного магнитного поля, в которое помещалась трубка, частицы углерода осаждались тонкими сплошными линиями в середине трубки, как показано на рисунке. Появ- ление этих линий приписывалось отклонению или искажению заряда магнитным полем, но по- чему осадок получался больше там, где поле было наиболее интенсивным? Примечательно, что наличие сильного магнитного поля усиливает разрушение электродов, возможно, из-за быст- рых прерываний, которыми между электродами создается действительно высокая ЭДС.
Остается сказать о световых эффектах, получаемых в газовой среде при низком или обыч- ном давлении. Исходя из представленных выше экспериментов, мы не можем сказать, что до- статочно знаем природу этого великолепного явления. Но исследования в этом направлении продвигаются особенно рьяно. Каждое направление научных поисков имеет свою прелесть, но изучение электричества обладает особой притягательностью. Нет эксперимента или наблюде- ния любого типа в области этой замечательной науки, которые не имели бы для нас большой привлекательности. Тем не менее, мне кажется, что среди всех многочисленных изумительных вещей, которые мы наблюдаем, вакуумная трубка, возбуждаемая электрическим импульсом от отдаленного источника, разрывающая темноту и освещающая комнату своим красивым светом, является наиболее великолепным явлением, которое только может открыться нашему взгляду. Еще более интересно когда, уменьшая основной разряд при прохождении его через разрядное пространство до очень маленькой величины и двигая трубку, мы получаем все виды узоров из светящихся линий. Так, в качестве развлечения, я беру длинную прямую трубку, или квадрат- ную, либо квадратную, присоединенную к прямой, и вращая их в руке, имитирую движение спиц колеса, волны Грамма, повороты барабана, вращение двигателя переменного тока и т. д. (рис. 34). Наблюдаемый на расстоянии, эффект кажется слабым, и значительная часть его кра- соты теряется, но находясь рядом или удерживая трубку в руке, не можешь противостоять его очарованию.
При представлении этих незначимых результатов, я не пытался систематизировать и согласовывать их, как это должно быть в строгом научном исследовании, в котором каждый последующий результат должен быть логическим продолжением предыдущего, для того, чтобы усердный читатель или внимательный слушатель могли следовать за моей мыслью. Я предпочел сконцентрировать свои силы в основном на выдвижении новейших фактов и идей, которые могут послужить материалом для дальнейших исследований другими, и это может послужить извинением за отсутствие гармонии.
Объяснения этих явлений были даны с добрыми чувствами и с надеждой на то, что какой- нибудь студент сочтет, что изложенные факты нуждаются в лучшей интерпретации. Не будет никакого вреда от того, если студент воспримет неверную точку зрения, но когда ошибается множество умов, мир дорого платит за такие ошибки.
ВЫСОКОЧАСТОТНЫЕ ОСЦИЛЛЯТОРЫ ДЛЯ ЭЛЕКТРОТЕРАПИИ И ДРУГИХ ЦЕЛЕЙ*
Заняться систематическими исследованиями феномена высокой частоты в 1889 году меня побудили некоторые теоретические возможности токов очень высокой частоты, случайные наблюдения во время проведения экспериментов с переменным током, а также работа г-на Герца и смелые взгляды, выдвинутые Оливером Лоджем. Полученные вскоре результаты оказались таковы, что для дальнейших исследований в этой области, которые в дальнейшем оказались весьма плодотворными, потребовалось оснастить лабораторию по последнему слову. Поэтому были сделаны альтернаторы особой конструкции, и разработаны различные методы для преобразования обычных токов в токи высокой частоты. И то и другое уже было подробно описано, и теперь, я полагаю, хорошо известны.