Лекции

Тесла Никола

Есть и еще одна более удивительная особенность пучкового разряда, производимого высокочастотными токами. Для ее наблюдения лучше выполнить обычные выводы катушки в виде металлических штырей, хорошо изолированных эбонитом. Не лишним также будет, если вы изолируете воском или сургучом все трещины и надломы так, чтобы пучки не могли формироваться нигде, кроме вершин штырей. Если соблюдены все условия — а это мы, конечно, оставим на усмотрение экспериментатора — и потенциал вырос до огромного значения, то мы можем получить мощные пучки длиной несколько дюймов почти белые у основания, которые в темноте выглядят как две струи горящего под давлением газа (рисунок 14). Но они не только напоминают пламя, это и есть пламя, поскольку пучки горячие. Конечно, не настолько горячие, как газ, но они могут быть такими, если частота и потенциал будут достаточно высоки. При частоте, скажем, двадцать тысяч колебаний в секунду, тепло ощущается, даже если потенциал не очень велик. Теплота

выделяется, конечно, благодаря тому, что молекулы воздуха ударяются о выводы катушки и друг о друга. Так как при нормальном давлении средняя длина свободного движения крайне мала, то, возможно, несмотря на огромную начальную скорость, полученную каждой молекулой при столкновении с контактом, ее продвижение — вследствие столкновения с другими молекулами — затрудняется настолько, что она, не удаляясь от контакта, может ударяться о него много раз подряд. Чем больше частота, тем меньше у молекулы возможностей удалиться, тем более что для такого явления не нужен высокий потенциал; необходима частота — может быть, ее можно даже получить, — при которой одни и те же молекулы будут ударяться о контакт. При таких условиях молекулярный обмен замедляется, и тепло, выделяемое на контакте и возле него, будет сильным. Но если частота будет постоянно возрастать, то количество выделяемого тепла будет уменьшаться по очевидным причинам. В положительном пучке статической машины молекулярный обмен очень быстр, поток всегда движется в одном направлении, столкновений меньше, отсюда теплоотдача должна быть низкой. Всё, что тормозит молекулярный обмен, имеет тенденцию повышать теплоотдачу. Так, если к выводу катушки поднести лампочку, то воздух, содержащийся внутри нее, очень быстро и сильно нагревается. Если к выводу поднести стеклянную трубку так, чтобы поток воздуха поднимал пучок вверх, то из трубки будет вырываться обжигающе горячий воздух. Всё, что попадает в пучок, конечно, быстро нагревается, и появляется возможность использовать этот эффект нагревания для каких-либо целей.

Если поразмышлять над этим интересным явлением горячего пучка, то нельзя не убедиться в том, что подобные процессы происходят в обычном пламени, и кажется странным, что после столетий нашего знакомства с огнем, теперь, в эпоху электрического освещения и отопления, мы признаём, что с незапамятных времен у нас в распоряжении всегда были «электрический свет и тепло». Небезынтересно также поразмышлять о том, что у нас есть способ получить — нехимическим путем — настоящее пламя, которое даст свет и тепло, не уничтожая никаких материалов, безо всяких химических процессов, и чтобы добиться этого, нам нужна лишь методика получения сверхвысоких частот и потенциалов. У меня нет сомнений в том, что если бы потенциал имел достаточную мощность и менялся с достаточной скоростью, пучок, формирующийся на выводе катушки, потерял бы свои электрические свойства и уподобился пламени. Пламя возникает благодаря электростатическому молекулярному воздействию.

Это явление, несомненно, объясняет частые несчастные случаи во время шторма. Хорошо известно, что предметы часто возгораются даже тогда, когда в них не бьет молния. Рассмотрим, как это может происходить. На гвозде в крыше, например, или любом другом выступе, более или менее токопроводящем, или ставшем таковым под дождем, может образоваться мощный пучок. Если в округе ударит молния, образуется огромная разность потенциалов, которая может создать колебания или флуктуации с частотой, возможно, несколько миллионов в секунду. Молекулы воздуха с огромной силой отталкиваются и притягиваются и их удары создают такой нагрев, что возникает пламя. Ясно, что корабль в море таким образом может загореться сразу в нескольких местах. Если мы вспомним, что даже при сравнительно малых частотах, получаемых в динамо-машине, и при напряжении не более ста или двухсот тысяч вольт, тепловой эффект значителен, то можно себе представить, насколько он будет сильнее при частотах и напряжении в несколько раз выше; и высказанное предположение, чтобы не сказать больше, весьма вероятно. Подобные объяснения, возможно, предлагались, но я не уверен, что до настоящего времени тепловой эффект пучка, полученного при высоких частотах, демонстрировался экспериментально, во всяком случае, не так наглядно.

Полная блокировка молекулярного обмена может довести тепловой эффект до такой стадии, что тело начинает светиться. Так, например, если небольшой проводник, а лучше тонкий провод или нить накаливания поместить в сферу, где есть воздух, и соединить с выводом катушки, она может начать светиться. Это явление становится еще более интересным, когда кончик нити быстро крутится и похож на светящуюся воронку (рисунок 15), которая расширяется при увеличении напряжения. Когда потенциал небольшой, конец нити может совершать неправильные движения, быстро переходя от одного к другому, или может описывать эллипс; но если напряжение велико, он всегда вертится по кругу; так же ведет себя тонкий прямой провод, присоединенный свободно к выводу катушки. Эти движения, конечно, вызваны молекулярным воздействием и неравномерностью распределения напряжения вследствие неровности поверхности и асимметрии провода и нити. Если бы провод и нить были абсолютно симметричны и отшлифованы, то движений скорее всего не наблюдалось. То, что наличие

движений объясняется указанными причинами, очевидно, следует из того, что они происходят не в определенном направлении, и в сфере, где нет воздуха, они прекращаются и тело не светится, что, видимо, даст нам возможность получения световых эффектов, если мы усовершенствуем методику получения высоких частот.

При использовании катушек в коммерческих целях возникают значительные трудности, так как при использовании высоких частот и напряжения, не выдерживают изоляционные материалы. Обычно катушки достаточно изолированы, чтобы выдержать напряжение между колебаниями, поскольку два провода в двойной оплетке из хлопка и парафина выдерживают напряжение в несколько тысяч вольт; основная трудность заключается в том, чтобы не допустить пробоя вторичной обмотки на первичную обмотку, чему очень способствуют потоки, испускаемые последней. В катушке, конечно, напряжение наиболее велико между секциями, но обычно в больших катушках столько секций, что опасность внезапного пробоя невелика. В этом направлении обычно трудностей не возникает, и, кроме того, опасность внутреннего повреждения катушки сильно ослаблена, скорее всего произойдет постепенное нагревание, которое, достигнув значительной степени, не может остаться незамеченным. Основная задача тогда — препятствовать возникновению разрядов между первичной обмоткой и трубой не только из-за возможного нагрева и повреждения, но также из-за того, что разряды могут понизить напряжение на выводах катушки. Несколько советов по этому поводу будут очень полезны во время опытов с обычной индукционной катушкой.

Один из вариантов — сделать короткую первичную обмотку (рисунок 16а) так, чтобы разность потенциалов не была достаточной для прохождения потоков через изолирующую трубку. Длина первичной обмотки должна определяться опытным путем. Концы обмотки должны быть выведены на одну сторону катушки через изолированные выходы, как показано на рисунке. При такой конструкции один вывод вторичной обмотки присоединен к предмету, поверхность которого тщательно рассчитана, чтобы дать наибольший рост потенциала. На другом выводе появляется мощный пучок, с которым можно проводить опыты.

В описанном выше случае требуется использование сравнительно короткой первичной обмотки, которая может нагреваться, когда будут наблюдаться мощные явления в течение длительного времени. Тогда лучше использовать более длинную обмотку (рисунок 166) и постепенно вставлять ее с одной стороны трубки до тех пор, пока не начнут появляться разряды. В таком случае ближайший вывод вторичной обмотки может быть соединен с первичной обмоткой или заземлен, что, в принципе, одно и то же, если первичная обмотка соединена напрямую с машиной. В случае заземления лучше всего опытным путем определить частоту, наиболее подходящую для данных испытаний. Другой способ избежать разрядов — изготовить первичную обмотку из секций и питать их от отдельных, хорошо изолированных источников.

Во многих подобных опытах, когда требуется создать мощные явления на короткий срок, полезно использовать железный сердечник в первичной обмотке. В таком случае можно сделать очень большую первичную обмотку и поставить ее рядом со вторичной и, соединив ближайший вывод последней с первичной обмоткой, вставлять пластинчатый железный сердечник через первичную обмотку до вторичной настолько, насколько позволят разряды. При таких условиях может появиться очень мощный пучок на выводе вторичной обмотки, который можно назвать «пламенем Святого Эльма». Это очень мощный озонатор и ему достаточно всего нескольких минут, чтобы во всей комнате начал ощущаться сильный запах озона. И он, без сомнения, обладает свойствами возбуждать химические соединения.

Для производства озона, несомненно, подходят переменные токи высокой частоты, не только по причине преимуществ, которые они имеют при их преобразовании, но и потому, что озонирующее действие разряда зависит от частоты и потенциала, причем это подтверждено наблюдениями.

Во время подобных опытов, если используется железный сердечник, за ним надо внимательно наблюдать, так как он может очень быстро сильно нагреться. Чтобы дать вам представление о скорости нагрева, скажу, что достаточно одной секунды, чтобы нагреть тонкую железную проволоку примерно до 100 °C, вставленную внутрь катушки с большим числом витков, по которой пропускают ток большой силы.

Но этот быстрый нагрев не должен обескураживать нас, и нам следует использовать железные сердечники. Я уже давно убежден, что при промышленном распределении электричества при помощи трансформаторов можно придерживаться следующего плана: взять сравнительно маленький составной сердечник или несоставной, обернуть сердечник достаточно толстым слоем негорючего материала с низкой теплопроводностью и поверх всего этого намотать первичную и вторичную обмотки. При помощи высоких частот или сильного намагничивания мы можем за счет вихревых токов и гистерезиса нагреть железный сердечник почти до предела его проницаемости, которая, как продемонстрировал Хопкинсон, может быть в шестнадцать раз больше такого значения при нормальной температуре. Если сердечник надежно упакован, то нагрев ему не повредит, если упаковка достаточно толста, выделяться будет незначительное количество тепла, несмотря на высокую температуру. Я уже изготавливал трансформаторы по такому проекту, но из-за нехватки времени не проводил тщательных исследований.