Лекции - Никола Тесла

Если нить поместить в однородную среду, весь нагрев будет происходить за счет тока проводимости, но если это будет вакуумный сосуд, то условия будут абсолютно другими. Здесь начинает работать газ и нагрев от тока проводимости, как показывают многие эксперименты, может быть незначительным по сравнению с эффектом от бомбардировки. Это несомненно так, когда контур не замкнут, а потенциал, конечно, высок. Предположим, что тонкая нить помещена в вакуумный сосуд и один ее конец соединен с катушкой высокого напряжения, а другой — с большой изолированной пластиной. Хотя цепь не замкнута, нить, как я уже показывал, сильно накаляется. Если частота и потенциал сравнительно малы, то нить накаляется от проходящего через нее тока. Если частоту и потенциал, последнее важнее, повысить, то пластина может быть небольшой, или ее может не быть совсем; и всё же нить накалена, так как весь накал происходит от бомбардировки. Практически совместить эффекты тока проводимости и бомбардировки можно так, как показано на рисунке 24, где обычная лампа имеет тонкую нить, один конец которой соединен с абажуром, играющим роль пластины, а второй — с источником тока высокого напряжения. Не следует думать, будто для нагревания проводника переменным током важен только разреженный газ, газ при обычном давлении тоже может играть важную роль, если разность потенциалов и частота крайне высоки. По этому поводу я уже заявлял, что когда проводник плавится под ударом молнии, ток, протекающий через него, может быть крайне мал, его может быть даже недостаточно, чтобы нагреть провод, если тот помещен в однородную среду.

Из всего вышесказанного становится ясно: когда проводник высокого сопротивления присоединяют к выводам источника тока высокой частоты и потенциала, может происходить значительное рассеивание энергии, более всего на концах провода, вследствие действия газа, окружающего проводник. Благодаря этому сила тока на участке, что находится посередине провода, может быть значительно меньше, чем сила тока на участке, который ближе к концу. Более того, ток течет в основном через внешние участки провода, но этот эффект не следует путать с поверхностным эффектом, как его обычно трактуют, ибо последний имеет место, или должен иметь место в непрерывной несжимаемой среде. Если много ламп накаливания последовательно соединить с источником такого тока, то лампы по краям цепи могут гореть ярко, а те, что посередине, останутся темными. Это в основном происходит вследствие бомбардировки, как уже говорилось ранее. Но даже при постоянном токе, если потенциал очень велик, лампы по краям цепи будут гореть ярче тех, что посередине. В таком случае нет ритмичной бомбардировки, и эффект достигается благодаря утечке. Эта утечка, или рассеивание, когда напряжение очень высокое, значительно во время использования ламп накаливания, а особенно, во время работы дуги, ибо дуга — это то же пламя. А в целом, конечно, рассеивание не так значительно при постоянном токе по сравнению с переменным.

Я разработал и поставил эксперимент, который достаточно интересно демонстрирует боковую диффузию. Если очень длинную трубку присоединить к выводу высокочастотной катушки, то яркость наиболее высока возле вывода и постепенно падает по направлению к дальнему концу. Это особенно заметно, если трубка узкая.

Небольшая трубка диаметром примерно полдюйма и длиной двенадцать дюймов (рисунок 25) имеет тонкий вытянутый полностью стеклянный конец длиной около трех дюймов. Трубка помещается в медном гнезде Т, которое можно прикрепить к выводу Т1. индукционной катушки. Разряд, проходящий через трубку, сначала освещает нижнюю часть, сечение которой довольно велико; но он не может пройти сквозь стекло наверху. Но постепенно разреженный газ в трубке нагревается и становится проводником и разряд пронизывает стекло. Он распространяется настолько медленно, что может пройти полминуты, пока он дойдет до верхнего кончика, и становится похожим на тонкое светящееся волокно. Путем настройки потенциала можно заставить свет двигаться вверх с любой скоростью. Однако когда волокна стекла нагреты, разряд распространяется по всей длине мгновенно. Интересно то, что чем выше частота тока, или, иными словами, чем относительно выше боковая диффузия, тем с меньшей скоростью свет может распространяться сквозь волокно. Этот опыт лучше всего ставить с хорошо откачанной и новой трубкой. Если трубку уже несколько раз использовали, опыт часто не удается. Возможно, тому виной постепенное медленное ухудшение вакуума. Это медленное распространение заряда сквозь узкую стеклянную трубку в точности повторяет распространение тепла в бруске, нагретом с одного конца. Чем скорее тепло уносится в сторону, тем больше времени понадобится, чтобы нагреть противоположный конец бруска. Когда ток от низкочастотной катушки проходит сквозь волокно, боковая диффузия мала и разряд мгновенно распространяется по всей длине без исключения.

После всех этих опытов и наблюдений, которые показывают важность прерывистости или атомарной структуры среды, и которые должны объяснить, частично, по крайней мере, природу четырех типов световых эффектов, получаемых при помощи тока такого типа, я могу продемонстрировать вам эти эффекты. Для интереса я могу сделать это таким способом, который для многих из вас будет новым. Вы уже видели, что мы можем передать телу колебания при помощи одного провода или любого проводника. Так как тело человека — проводник, я могу передать колебания своему телу.

Сначала, как и в предыдущих опытах, я соединяю свое тело с одним из выводов высоковольтного трансформатора и беру в руку вакуумную лампу, в которой помещается небольшая углеродная головка, размещенная на конце платинового провода, идущего наружу, и головка накаляется, как только трансформатор включают (рисунок 26). Сверху на лампу я могу положить абажур из проводника для усиления действия, но это необязательно, необязательно также, чтобы головка накаливания была соединена с рукой посредством провода, идущего наружу сквозь стекло, так как достаточное количество энергии для накаливания головки можно передать сквозь стекло при помощи индукции. Затем я беру лампу с сильным вакуумом, в которой находится фосфоресцирующееся тело, поверх которого размещается небольшая алюминиевая пластина на платиновом проводе, ведущем наружу, и ток, проходящий сквозь мое тело возбуждает сильное свечение в лампе (рисунок 27). Теперь я вновь беру в руку простую вакуумную трубку, и вновь точно так же газ внутри трубки начинает светиться (рисунок 28). И наконец, я беру в руку провод, неважно, оголенный или изолированный: электрические вибрации настолько сильны, что покрывают провод светящейся пленкой (рисунок 29).

Несколько слов надо сказать о каждом из этих явлений. Во-первых, о накаливании головки и вообще твердого вещества приведу несколько фактов, равно относящихся ко всем этим явлениям. Ранее указывалось, что когда тонкий проводник, такой, как нить накаливания например, одним концом соединяют с выводом трансформатора высокого напряжения, нить накаляется частично вследствие тока проводимости, а частично вследствие бомбардировки. Чем толще и короче нить, тем большую важность приобретает последний фактор, и в конце концов, если нить превращается в головку, то весь нагрев происходит вследствие бомбардировки. Так и в последнем опыте головка накаляется от ритмических ударов свободно движущихся частиц в колбе. Этими частицами могут быть молекулы остатков газа, частицы пыли или куски электрода; чем бы они ни были, совершенно точно, что нагрев головки в первую очередь связан с давлением таких свободно движущихся частиц, или атомной структурой в трубке. Нагрев тем больше, чем больше количество ударов в секунду, и чем выше энергия каждого удара. И всё же головка также накалится, если ее соединить с источником постоянного потенциала. В таком случае электричество будет уноситься от головки свободно движущимися вокруг частицами, и количества электричества, таким образом унесенного, будет достаточно для накала головки, так как оно сначала проходит через последнюю. Но в данном случае бомбардировка не имеет особого значения. По этой причине требуется подавать на головку значительное количество энергии, для того чтобы поддерживать ее накал при постоянном потенциале. Чем выше частота электрических импульсов, тем экономичнее можно поддерживать накал головки. Одной из основных причин этого является то, что если импульсы имеют очень высокую частоту, то вокруг электрода происходит меньший обмен свободно движущихся зарядов и это означает, что внутри лампы нагретое вещество лучше сконцентрировано вокруг головки. Если сделать двойную лампу, как показано на рисунке 30, состоящую из большой колбы В и маленькой b, каждая из которых имеет нить f на платиновом проводе w и w1, то обнаружится, что если бы нити ff были идентичны, то меньше энергии понадобилось бы для поддержания нити в колбе B в определенной степени накала, чем такой же нити в колбе В. Причиной тому лучшая концентрация частиц. В этом случае можно также добиться меньшего износа нити в колбе Ь, если определенное время поддерживать ту же степень накала. Это обязательное следствие того, что газ в маленькой колбе сильно нагревается и становится хорошим проводником, и на головку оказывается меньшее воздействие, так как бомбардировка становится менее интенсивной по мере возрастания проводимости газа. В такой конструкции, конечно, маленькая колба становится очень горячей, и когда она достигает определенной степени нагрева, усиливаются конвекция и излучение снаружи. По другому поводу я показывал лампы, в которых этот недостаток был в значительной степени преодолен. Примером тому может служить конструкция, когда очень маленькая лампа, содержащая тугоплавкий электрод в виде головки, помещалась в большую колбу, и воздух из промежутка откачивался. Внешняя большая колба в таких конструкциях оставалась практически прохладной. Если большая колба оставалась соединенной с насосом и вакуум между стенками благодаря этому постоянно поддерживался, колба оставалась совсем холодной, а головка в маленькой лампе была раскалена. Но после герметизации, когда головка какое-то время была раскалена, большая колба тоже нагревалась. Из этого я могу сделать вывод о том (как отмечает профессор Дьюар), что данное явление происходит вследствие нашего быстрого движения сквозь космос, или, говоря в общем, вследствие движения среды относительно нас, ибо постоянное состояние нельзя поддерживать, если среда не обновляется постоянно. Вакуум нельзя, судя по всему, поддерживать вокруг горячего тела.