Лекции

Тесла Никола

Мне кажется, что подобный процесс имеет место и в лампах с однородным электродом, и я полагаю, что это основная причина распада. Должны быть какие-нибудь неровности, даже если поверхность отшлифована, что, конечно, невозможно в случае большинства тугоплавких материалов, которые применяются в качестве электродов. Предположим, что кончик электрода нагревается, тут же основная часть разряда начинает проходить через эту точку и небольшой кусочек электрода плавится и испаряется. Теперь возможно, что вследствие этого быстрого разрушения в точке атаки падает температура или возникает контрсила, как в дуге; в любом случае местный распад сталкивается с ограничениями, характерными для опыта, и тот же процесс происходит в другом месте. Нам электрод кажется равномерно светящимся, но на нем есть точки, которые постоянно перемещаются, в которых температура гораздо выше средней, и это значительно усиливает процесс распада. То, что нечто подобное происходит, по крайней мере когда температура электрода немного ниже, можно подтвердить следующим опытом. Хорошенько откачаем воздух из колбы, так, чтобы при довольно высоком потенциале разряд не мог пройти, то есть не светящийся, ибо слабый, невидимый разряд происходит всегда, при любых условиях. Теперь

медленно увеличим потенциал, включая ток в первичной обмотке не более чем на мгновение. В какой-то момент в колбе появятся две, три или полдюжины светящихся точек. Эти места на стекле очевидно подвергаются более интенсивной бомбардировке, чем остальные, а это объясняется неравномерностью электрической плотности, что вызвано острыми выступами или, в общем, неровностями электрода. Но светящиеся участки постоянно перемещаются, что особенно хорошо видно, если удается их создать, а это говорит о том, что форма электрода постоянно меняется.

Из этих опытов я делаю вывод: для наибольшей износоустойчивости элемент накаливания в колбе должен иметь круглую форму и поверхность его должна быть хорошо отшлифована. Такой маленький шарик можно изготовить из алмаза или другого кристалла, но лучше всего оплавить при высокой температуре какой-либо оксид, например двуокись циркония, так, чтобы он принял вид капли, а затем поместить его в колбу при температуре ниже его точки плавления.

Интересные и полезные результаты можно без сомнения получить в направлении крайней степени нагрева. Как можно получить такие высокие температуры? Как они достигаются в природе? При столкновениях небесных тел, при высоких скоростях и ударах. При столкновении можно достичь любой степени нагрева. Во время химического процесса мы ограничены. При соединении кислорода и водорода, они, образно говоря, падают с определенной высоты. Мы не можем достичь высокой температура при помощи газовой горелки, так же, как и при помощи печи, но в вакуумной колбе мы можем сконцентрировать любое количество энергии на маленьком элементе. Оставим практичность воплощения в стороне, и станет понятно, что таким способом, я полагаю, мы можем получить самую высокую температуру. Но тут мы сталкиваемся с огромной проблемой, а именно: тело распадается прежде, чем оплавится и образует каплю. Эта проблема существует в основном применительно к оксидам, таким, как двуокись циркония, так как их нельзя сжать настолько, чтобы они быстро не распались. Я неоднократно пытался оплавить двуокись циркония, помещая его в чашку или в угольную дугу, как показано на рисунке 23. Он светился очень ярко, и частицы, испускавшиеся из угольной чашки были заметно белого цвета; но независимо от того, был ли он сжат слоями или растерт в порошок с углем, он улетучивался раньше, чем плавился. Угольная чашка с двуокисью циркония помещалась очень низко в горловине большой колбы, так как нагрев стекла испускаемыми частицами оксида бал настолько быстрым, что во время первой попытки колба треснула мгновенно, как только пустили ток, нагрев стекла испускаемыми частицами всегда был сильнее, когда в угольной чашке содержалось вещество, которое быстро улетучивалось, полагаю потому, что в таких случаях, при одинаковом потенциале, достигаются более высокие скорости, а также потому, что за единицу времени улетучивается большее количество вещества — то есть, большее количество частиц ударяется о стекло.

С указанной трудностью, однако, не столкнешься, если в угольную чашку поместить вещество, устойчивое к разрушению. Например, если оксид сперва расплавить в кислородной горелке, а затем поместить в колбу, он быстро плавился и принимал форму капли.

В целом во время плавки были замечены прекрасные световые эффекты, которые трудно описать. Рисунок 23 должен проиллюстрировать эффект, наблюдавшийся с рубиновой каплей. Сначала можно наблюдать узкий столб белого света, который проецировался на верхнюю часть колбы и образовывал неровное световое пятно. Когда кончик рубина оплавляется, свечение становится очень мощным; но по мере того, как всё больше атомов испускается с поверхности капли, стекло нагревается и «устает» и теперь светится только кромка пятна. Таким образом формируется очень яркая и четко очерченная линия, соответствующая внешним очертаниям капли, и начинает медленно распространяться по колбе по мере того, как капля растет. Когда эта масса начинает кипеть, образуются пузырьки и небольшие пустоты, дающие на поверхности колбы темные пятна. Колбу можно, не боясь, перевернуть вверх дном, так как капля обладает вязкостью.

Здесь я могу упомянуть еще одну интересную особенность, которую заметил в процессе проведения этих опытов, хотя это наблюдение и не переросло в уверенность. Мне показалось, что под воздействием ударов молекул, вызванных частыми колебаниями потенциала, элемент оплавился и оставался в таком состоянии в вакуумной колбе при температуре более низкой, чем была при нормальном давлении и нагреве в обычных условиях, по крайней мере, так мне показалось при том освещении. Один из опытов можно привести как иллюстрацию этого явления. Небольшой кусочек пемзы прикрепили к платиновому проводу и сперва приварили его газовой горелкой. Затем провод поместили между двух кусочков древесного угля и с помощью горелки создали интенсивный нагрев для того, чтобы расплавить кусочек пемзы до состояния стеклоподобной головки. Платиновый провод должен быть достаточно толстым, чтобы выдержать нагрев. При нагреве древесным углем и в пламени горелки пемза очень ярко светилась. Затем провод с головкой поместили в колбу и, откачав воздух, стали подавать ток, медленно наращивая его силу, чтобы не треснула головка. Головка нагрелась до точки плавления, и когда она расплавилась, она уже не светилась так ярко, как раньше, что говорит о более низкой температуре. Не беря в расчет возможную, и даже вероятную, ошибку наблюдателя, ставим вопрос, можно ли трансформировать предмет из твердого состояния в жидкое при меньшем количестве выделяемого света?

Когда потенциал предмета часто колеблется, его структура непременно вибрирует. Если потенциал очень высок, хотя вибрации могут быть нечастыми, скажем, 20 000 в секунду, воздействие на структуру может быть значительным. Предположим, что путем постоянного энергетического воздействия рубин плавится в каплю. Когда формируется капля, она испускает видимые и невидимые волны, которые находятся в четком взаимодействии, а глазу

будет видно, что капля обладает определенной яркостью. Предположим, что мы сократим до любого предела количество подаваемой энергии, а вместо этого будем подавать энергию, которая волнообразно изменяется в соответствии с определенным законом. Теперь, когда формируется капля, из нее будут испускаться три вида вибраций — обычные видимые и два вида невидимых волн, то есть обычные темные волны разных длин и вдобавок — волны вполне определенного характера. Последние не существуют при постоянной энергии, и всё же они помогают расшатать и ослабить структуру. Если бы было так, то рубиновая капля испускала бы сравнительно меньше видимых и больше невидимых волн, чем раньше. Так, кажется, когда платиновый провод плавится под воздействием переменного тока высокой частоты, он испускает в точке плавления меньше света и больше невидимого излучения, чем когда на него воздействует постоянный ток, хотя количество энергии, потребленное в процессе плавки, одинаково. Или другой пример, нить накаливания в лампе не способна работать так же долго при токах крайне высокой частоты, как при постоянных токах, при условии, что она одинаково ярко светится. Это означает, что при работе с переменным током, нить должна быть короче и толще. Чем выше частота, то есть чем больше разница между постоянным и переменным воздействием, тем хуже для нити. Но если бы требовалось продемонстрировать правдивость этого высказывания, то ошибочным был бы вывод о том, что такой элемент накаливания, какой используется в этих лампах, быстрее разрушается токами высокой частоты, чем низкой. По опыту могу сказать, что верно как раз обратное: головка лучше выдерживает бомбардировку токами высокой частоты. Это объясняется тем фактом, что высокочастотный разряд проходит сквозь разреженный газ гораздо свободнее, чем разряд низкочастотный или постоянного тока, и это говорит о том, что с первым мы можем работать при более низком потенциале, который производит более слабый удар. Таким образом, если газ для нас не имеет значения, постоянный или низкочастотный ток для нас предпочтительнее; но если действие газа желательно и важно, то требуются высокие частоты.

В процессе проведения этих опытов было сделано много попыток работы с углеродными головками. Электроды, изготовленные из обычных углеродных головок, были определенно более прочными, если их делали с применением высокого давления. Электроды, которые получались хорошо известными способами, не давали таких результатов: от их воздействия колбы вскоре чернели. По результатам многих опытов я могу судить, что нити накаливания, изготовленные такими методами, хороши при работе только с постоянным или низкочастотным переменным током. Некоторые типы углерода такие прочные, что для того, чтобы довести их до точки плавления, головки приходилось делать очень маленькими. В таком случае очень трудно вести наблюдение по причине интенсивного нагревания. Тем не менее нет никакого сомнения в том, что все типы углерода плавятся при молекулярной бомбардировке, но в жидком состоянии он очень нестабилен. Из всех опробованных элементов два доказали свою наивысшую прочность — алмаз и карборунд. Их характеристики примерно одинаковы, но последний более предпочтителен по многим причинам. Поскольку, скорее всего, этот материал широко не известен, я позволю себе привлечь к нему ваше внимание.

Его недавно изобрел г-н Е.-Г. Ачесон из города Мононгахила (штат Пенсильвания, США). Он предназначен для того, чтобы заменить алмазный порошок при шлифовке драгоценных камней и т. д. и мне сообщили, что он справляется с этой задачей вполне успешно. Я не знаю, почему его назвали «карборунд», может быть, есть что-то в процессе его изготовления. Благодаря любезности изобретателя, мне удалось недавно получить некоторое количество этого материала, который я намеревался испытать, изучив его способность к свечению и устойчивость к высоким температурам.

Карборунд бывает двух видов — в виде кристалла и виде порошка. Первый темный, но очень яркий; второй почти такого же цвета, как алмазный порошок, но более мелкий. При осмотре под микроскопом образцы переданных мне кристаллов вроде бы не имели определенной формы, скорее напоминали кусочки яичной скорлупы отличного качества. Большинство из них были матовыми, но некоторые были прозрачными и разноцветными. Кристаллы похожи на углерод с вкраплениями; они очень твердые и долгое время выдерживают даже пламя кислородной горелки. Когда на них направлено пламя горелки, они сначала образуют слоистую компактную структуру, по-видимому, вследствие вкраплений. Эта масса долгое время может выдерживать пламя без последующего плавления; но по мере дальнейшей обработки выделяется стекловидный осадок, который, как я полагаю, есть расплавленный глинозем. При сильном сжатии кристаллы показывают хорошие качества, по не такие, как настоящий углерод. Порошок, который каким-то образом получают из кристаллов, практически не проводит ток. Это превосходный материал для шлифовки камней.

У меня было слишком мало времени, чтобы провести удовлетворительные исследования свойств этого материала, но за несколько недель я получил достаточный опыт, чтобы сказать, что он обладает некоторыми замечательными свойствами. Он выдерживает крайне высокие температуры, слабо распадается при молекулярной бомбардировке и не пачкает колбу, как обычный углерод. Единственная сложность, с которой я столкнулся при его использовании во время опытов, — мне трудно было отыскать крепежный материал, который так же хорошо выдерживал бы нагрев и бомбардировку, как карборунд.

Здесь у меня несколько ламп, в которых головки из карборунда. Для того чтобы изготовить такие головки, я поступаю следующим образом: я беру обычную нить накаливания и обмакиваю ее конец в деготь или иную вязкую жидкость, которая быстро обугливается. Затем я продеваю нить через кристаллы и держу вертикально над горячей пластиной. Деготь размягчается и образует каплю на конце нити, а кристаллы прилипают к капле. Регулируя расстояние до пластины, я высушиваю деготь, и головка становится твердой. Затем я еще раз обмакиваю головку в деготь и снова держу над пластиной, пока деготь не испарится, оставляя после себя только твердую субстанцию, которая крепко связывает кристаллы. Если требуется головка побольше, я повторяю процедуру несколько раз, а также покрываю нить кристаллами пониже головки. Когда головка помещается в колбу, при хорошей степени вакуумирования, сначала слабый, а потом сильный разряд пропускается через колбу для обугливания дегтя и устранения всех газов, а затем головка сильно накаляется.