Лекции
Шрифт:
Есть еще два свойства, на которых, я считаю, необходимо остановиться в связи с данными опытами, — «лучистое состояние» и «неударный вакуум».
Каждый, кто изучал труды Крукса, должен находиться под впечатлением, что «лучистое состояние» — это свойство газа, неотделимое от высокой степени вакуума. Но следует помнить, что явления, наблюдаемые в вакуумном сосуде, ограничены характером и емкостью применяемого устройства. Я думаю, что в колбе молекулы или атомы двигаются по совершенно прямой линии не потому, что не встречают препятствия, а потому, что скорость, переданная им, достаточна для того, чтобы двигаться по прямой. Средняя длина прямого пути — это одно, а скорость — количество энергии, связанное с движущимся телом, — совсем другое, и при обычных обстоятельствах, я полагаю, это всего лишь вопрос потенциала или скорости. Катушка с разрядником, когда потенциал очень высок, вызывает флюоресценцию и отбрасывает тени при сравнительно низком вакууме. При разряде молнии материя движется по прямой при нормальном давлении, когда средняя длина свободного пробега крайне мала, и часто изображения проводов или иных металлических предметов проецируются частицами, резко отброшенными по прямой линии.
Для того чтобы экспериментально продемонстрировать правильность приведенных
Что касается «неударного вакуума» следует отметить, что он имеет место только при низкочастотных импульсах и является необходимым в силу невозможности отвода достаточного количества энергии такими импульсами в высоком вакууме, так как те немногие атомы, которые находятся рядом с выводом, вступая с ним в контакт, отталкиваются от него и держатся на расстоянии сравнительно долго, и поэтому не выполняется достаточно работы, чтобы эффект стал виден для глаза. Если разницу потенциалов на выводах поднять, то диэлектрик пробивается. Но при очень высокой частоте импульсов такого пробоя не произойдет, так как любое количество работы может быть выполнено путем постоянного возбуждения атомов в вакуумном сосуде. Нетрудно — даже при той частоте, которую мы получаем от нашего генератора, — достичь той стадии, когда разряд не проходит между двумя электродами в узкой трубке, причем каждый электрод соединен с выводом катушки, но трудно достичь того момента, когда световой разряд не формируется вокруг каждого электрода.
Естественно, в связи с высокочастотными токами возникает мысль, о том, чтобы использовать их мощную электродинамическую индукцию для получения световых эффектов в запаянной стеклянной колбе. Подводящий провод — один из недостатков современных ламп накаливания, и если не будут сделаны другие шаги вперед, то хотя бы от этого недостатка надо избавиться. И потому я провел несколько опытов в разных направлениях, некоторые из которых описал в своих прошлых публикациях. Здесь хочу упомянуть одно или два направления, в которых я двигался.
Много ламп было создано, как показано на рисунках 32, 33.
На рисунке 32 широкая трубка Т плотно соединена с меньшей по размеру W-образной трубкой U из фосфоресцентного стекла. В трубке Т располагается обмотка С из алюминиевого провода, на концах которого имеются маленькие алюминиевые шарики t и t', размещенные в трубке U. Трубка Т установлена в гнезде, содержащим первичную обмотку, через которую обычно пропускались разряды лейденских банок, а разреженный газ в маленькой трубке U возбуждался до яркого свечения токами высокого напряжения, наведенными в обмотке С. Когда, для того чтобы индуцировать токи в обмотке С, использовались разряды лейденской банки, выяснилось, что необходимо плотно набить трубку Т изолирующим порошком, так как между витками обмотки часто возникали разряды, особенно когда первичная обмотка толстая и промежуток, через который разряжались банки, большой — всё это доставило много хлопот.
На рисунке 33 показана лампа другой конструкции. На этот раз трубка Т запаяна в колбе L. Трубка содержит обмотку С, которая проходит сквозь маленькие трубки t и t, которые припаяны к трубке Т. Две тугоплавкие головки m и m укреплены на нитях накаливания, соединенных с концами проводов, проходящих через стеклянные трубочки t и tf. В целом в лампах, изготовленных по этой схеме, колба L сообщалась с трубкой Т. Для этой цели концы трубочек t и t1были немного оплавлены горелкой, чтобы держать провод, но не мешать сообщению. Трубка Т с маленькими трубками и проводами в них и тугоплавкие головки m и m1были сначала приготовлены, а затем запаяны в колбу L, после чего внутрь была помещена обмотка С и к ее концам присоединены провода. Затем трубка была плотно набита изолирующим порошком, закрыта и на конце оставлено лишь небольшое отверстие, куда досыпали порошок, а потом и его закрыли. Обычно в лампах, изготовленных в соответствии с рисунком 33, на кончики s трубок t и tfнадевались алюминиевые трубочки а для
Еще одно направление, по которому я неутомимо продвигался, — возбудить при помощи электродинамической индукции ток или световой разряд в вакуумной трубке или колбе. Этот предмет получил такую тщательную разработку у профессора Дж. Дж. Томсона, что я вряд ли могу что-нибудь добавить, даже если бы сделал его темой сегодняшней лекции. И всё же, поскольку опыты постепенно привели меня к определенным результатам и взглядам, этой теме следует посвятить несколько слов.
Многим, конечно, приходило в голову, что если вакуумную трубку сделать длиннее, то эдс на единицу длины трубки, необходимой для прохождения через нее заряда, постоянно уменьшается; так что даже при низкой частоте световой разряд можно возбудить в такой трубке, замкнутой на себя. Такую трубку можно пустить вокруг зала или по потолку и тут же получится источник хорошего освещения. Но такой прибор нелегко изготовить и трудно им управлять. Не получится сделать трубку из коротких отрезков, так как при обычной частоте на покрытии будут значительные потери, и, кроме того, если применять покрытия, лучше подавать ток напрямую в трубку, соединив покрытия с трансформатором. Но если удастся справиться со всеми этими препятствиями, всё-таки при низких частотах преобразования света будут неэффективны, как я уже говорил. При использовании крайне высоких частот длину вторичной обмотки — иными словами, размер сосуда — можно уменьшить, и эффективность преобразования света возрастает, если только придумать методы продуктивного получения таких частот. Так мы приходим из теоретических и практических соображений к необходимости применения высоких частот, а это значит — высокой эдс и малого тока в первичной обмотке. Когда мы работаем с зарядами конденсатора — а они в настоящее время являются единственным известным средством получения крайне высоких частот, — мы получаем эдс в несколько тысяч вольт на один виток первичной обмотки. Мы не можем увеличить в несколько раз электродинамический индуктивный эффект, намотав больше витков первичной обмотки, так как приходим к выводу, что лучше всего работать с одним витком, хотя от этого правила иногда приходится отступать, и нам приходится довольствоваться тем, что мы можем получить от одного витка. Но прежде чем мы проведем много опытов с крайне высокими частотами, необходимыми для получения в лампе эдс в несколько тысяч вольт, мы поймем огромную важность электростатических эффектов, а они усиливаются соответственно электродинамическим по мере роста частоты.
Итак, если нам что-то и нужно, так это увеличение частоты, а это плохо отразится на электродинамических эффектах. С другой стороны, можно усилить электростатическое воздействие, добавив витков во вторичной обмотке или соединив самоиндукцию и емкость для увеличения потенциала. Следует также помнить, что, понизив до минимума силу тока и увеличив потенциал, можно гораздо проще передавать электрические импульсы высокой частоты по проводнику.
Эти и подобные мысли вселили в меня решимость посвятить больше внимания электростатическим явлениям и попытаться получить как можно более высокие и как можно более быстро меняющиеся потенциалы. Тогда я обнаружил, что могу возбудить вакуумную трубку на значительном расстоянии при помощи проводника, соединенного с правильно сконструированной катушкой, и, преобразовав колеблющийся ток от конденсатора в больший потенциал, сформировать переменные электростатические поля, которые действовали на всём пространстве комнаты, зажигая трубку независимо от того, где ее держали. Я понял, что сделал шаг вперед и держался этого направления; но хочу сказать, что со всеми, влюбленными в науку и прогресс, делю одно желание — достичь полезного результата, действуя в любом направлении, куда ведет меня мысль или эксперимент. Я думаю, что выбрал правильное направление, так как не вижу, наблюдая за явлениями, которые проявляются по мере увеличения частоты, что еще может действовать между двумя цепями, по которым проходят импульсы с частотой, к примеру, несколько сотен миллионов колебаний в секунду, как не электростатические силы. Даже при ничтожно малых частотах энергия почти вся будет потенциальной, и я укрепился в убеждении, что какова бы ни была природа движения света, он происходит от огромного электростатического напряжения, вибрирующего с крайне высокой скоростью.
Из всех этих явлений с токами, или электрическими импульсами высокой частоты, самыми поразительными для аудитории являются, несомненно, те, которые происходят в электростатическом поле, действующем на значительном расстоянии, и начинающему лектору лучше всего начать и закончить выступление демонстрацией этих удивительных эффектов. В одной руке я держу трубку и перемещаю ее, а она загорается в любом месте; на всём пространстве действуют невидимые силы. Но беру другую трубку, и она может не загореться, так как вакуум очень высок. Я возбуждаю ее при помощи катушки с разрядником, и теперь она светится в электростатическом поле. Могу отложить ее на несколько недель или месяцев и всё же она не утратит способности возбуждаться. Какие изменения я произвел в трубке, возбудив ее? Если атомам сообщается движение, то трудно понять, как оно может продолжаться так долго, не затухая от фрикционных потерь; и если создать напряжение в диэлектрике, как это происходит при простой электризации, то нетрудно увидеть, как оно бесконечно существует, но очень трудно понять, почему такое состояние способствует возбуждению, когда мы имеем дело с часто меняющимся потенциалом.
Так как я демонстрировал эти явления впервые, я обнаружил некоторые интересные эффекты. Например, я получил накал головки, нити или провода, заключенных в трубку. Для получения такого результата необходимо было экономить энергию, полученную от поля, и направить ее на небольшой предмет, который надо было накалить. Поначалу задача казалась трудной, но накопленный опыт позволил мне быстро добиться результата. На рисунках 34 и 35 показаны две такие трубки, которые специально приготовлены для такого случая. На рисунке 34 короткая трубка Трприпаянная к еще одной длинной трубке Т, имеет стеклянную ножку s с платиновым проводом в ней. Очень тонкая нить накаливания / соединена с этим проводом, а наружу выводится при помощи медного провода w. Трубка имеет внешнее и внутреннее покрытия С и С/( соответственно, и заполнена до уровня покрытий и немного выше изолирующим порошком. Эти два покрытия служат для проведения всего лишь двух опытов с трубкой, а именно: для получения желаемого эффекта при соединении с телом экспериментатора или другим предметом провода w, или с индуктивным действием сквозь стекло. Ножка s снабжена алюминиевой трубкой а, для чего, объяснялось ранее, и только небольшая часть нити выступает из этой трубки. Если держать трубку Щ в любом месте электростатического поля, то нить накаляется.