О СВЕТОВЫХ ЯВЛЕНИЯХ, ВЫЗЫВАЕМЫХ ВЫСОКОЧАСТОТНЫМ ТОКОМ ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ, И ОБЩИЕ ЗАМЕЧАНИЯ ПО ЭТОМУ ВОПРОСУ

 

Возвращаясь к световым эффектам, которые были основным предметом исследования, бы- ло бы правильным разделить все эффекты на четыре класса: 1. Нагрев твердого тела до белого каления. 2. Свечение. 3. Накал, или фосфоресценция разреженного газа. 4. Яркий свет в газо- вой среде при обычном давлении. Первый вопрос: "Чем вызваны эти световые эффекты?". Для того, чтобы дать исчерпывающий ответ на этот вопрос в свете принятых концепций, с учетом имеющегося опыта, и для того, чтобы вызвать дополнительный интерес к этой показательной лекции, мне необходимо подробно остановиться на одной особенности, которая мне представ- ляется очень важной, поскольку она обещает, помимо всего прочего, пролить больше света на природу большинства явлений, вызываемых электрическим током высокой частоты. Как я уже отмечал, очень важно, чтобы проводник, через который проходит переменный ток высокой ча- стоты, находился в атмосфере разреженного газа, либо в атомической среде в целом, посколь- ку это влияет на нагревание проводника током. Мои эксперименты, описанные некоторое время тому назад, показали, что чем больше частота и разность потенциалов, тем большее значение приобретает разреженный газ, в который погружен проводник, как фактор, влияющий на на- грев. Однако разность потенциалов, что я также уже отмечал, является более важным элемен- том, нежели частота. Если и разность потенциалов, и частота достаточно высоки, то благодаря наличию разреженного газа можно добиться почти полного нагревания. В предстоящих экспе- риментах будет продемонстрировано, как влияет разреженный газ, или в общем смысле, газ при обычном давлении и при других показателях давления, на накал, или на другие световые эффекты, вызванные подобного рода током.

 

 

Я взял две обычные 50-вольтовые лампы в 16 свечей с одинаковыми показателями по всем параметрам. Их отличие состояло в том, что у одной из них была открыта верхняя часть, так что воздух заполнил колбу лампы, а другая оставалась в своем промышленном исполнении и со- хранила соответствующую степень разряженности воздуха внутри колбы. Когда я подсоединил лампу с разряженным воздухом к клеммам вторичной обмотки катушки, которую я уже исполь- зовал, как, например, в экспериментах, изображенных на Рис. 15а, и включил ток, то нить на- кала, как Вы уже видели раньше, раскалилась добела. Когда я, вместо предыдущей, подключил вторую лампу, заполненную обычным воздухом, то нить накала также стала излучать свечение, но значительно менее яркое. Это т эксперимент лишь частично подтверждает истинность ут- верждений, которые я изложил выше. Здес ь отчетливо продемонстрирована важность наличия вокруг нити накала разреженного воздуха, но не настолько, насколько хотелось бы. Дело в том, что вторичная обмотка катушки, состоящая всего лишь из 150 витков, предназначена для вы- работки низкого напряжения, и, следовательно, разность потенциалов на клеммах лампы была низкой. Если бы я воспользовался другой катушкой, с большим количеством витков на вторич- ной обмотке, то эффект был бы более заметным, так как, как уже отмечалось ранее, он частич- но зависит от разности потенциалов. Но так как эффект подобный этому зависит также от частоты, было бы справедливым утверждение, что он зависит от периода времени, в пределах которого происходит изменение разности потенциалов. Че м больше изменение, тем более важ- ное значение приобретает газ как элемент нагрева. Я могу добиться более высокой частоты из- менений другим способом, которым, можно развеять любые возражения, которые могли бы возникнуть в отношении только что показанного эксперимента, даже если обе лампы соедине- ны последовательно, или множество ламп подключено к катушке. Но при этом последствия ре- акций, возникающих между первичной и вторичной катушками, не столь очевидны. Этого результата я добился заряжая блок конденсаторов через обычный трансформатор, который ра- ботал от источника переменного тока, а затем разряжая конденсаторы напрямую через цепь с малой самоиндукцией. Схема соединения показана на Рис. 19а, 19b и 19с.

На Рис. 22а, 22b и 22с тяжелые медные бруски В Вj соединены с противоположными слоями блока конденсаторов, или, в общем, таким образом, чтобы через них проходил бы ток высокой частоты, или неожиданный разряд.

Я подключил обычную 50-вольтовую лампу накаливания к брускам при помощи крепежей С С. Во время прохождения разрядов через лампу, нить накаливания оставалась раскаленной, несмотря на то, что ток, проходящий через нее, был очень мал, и его вряд ли было бы достаточно для производства видимого эффекта в условиях обычного использования лампы. Вместо не в данном эксперименте я подключил к брускам другую лампу, точно такую же, как и первая только с нарушенной изоляцией, в результате чего она оказалась заполненной воздухом под обычном давлении. В этом случае, когда разряды проходят через нить накаливания, она не рас- каляется. Но этот результат можно было бы приписать одной из множества возможных реак- ций. Поэтому я расположил лампы параллельно, так, как это показано на Рис 22а. При прохождении разрядов через обе лампы, нить накала лампы L, с колбой содержащей разрежен- ный газ, сияет ярким светом, тогда как вторая лампа, в колбе которой воздух под обычным дав- лением, остается темной, как и раньше. Однако было бы ошибочным полагать, что последняя лампа потребляет меньшую часть энергии, подаваемую на обе лампы. Наоборот, она может по- треблять весьма значительную часть энергии и может быть даже горячее той, что светит ярко. В этом эксперименте разность потенциалов на клеммах ламп изменяется, по теоретическим рас- четам, от трех до четырех миллионов раз в секунду. Когда концы нитей накаливания наэлект ризованы соответствующим образом, и газ в колбах приходит в неистовое движение, то значительная часть подаваемой электрической энергии преобразуется в тепловую энергию. В лампе с обычным давлением воздуха находится в несколько миллионов раз больше молекул воз духа, нежели в лампе с разряженным воздухом. Бомбардировка молекулами воздуха, которая наиболее интенсивна на концах нити накаливания, на шейке лампы, потребляет значительную часть энергии не производя при этом видимого эффекта. Дело в том, что чем больше молекул тем эффективнее бомбардировка, но эффективность каждой отдельной молекулы очень низка в силу того, что находясь в тесном окружении себе подобных они не могут развить большую ско- рость. В лампе с разреженным газом, напротив, скорости очень высоки, а соответственно и эффективность отдельных молекул, что и обуславливает производство видимого эффекта, несмотря на то, что конвекция тепла в первой лампе больше. Сила тока, протекающего через обе лампы очень мала — несоизмеримо меньше той, которая им потребовалась бы для работы в обычной низкочастотной цепи. Однако разность потенциалов на концах нити накала очень высока и может достигать 20,000 вольт и более, если нить имеет прямую форму, а ее концы расположены достаточно далеко друг от друга. В обычной лампе, в большинстве случаев, ис- кра между концами нити накаливания, или между платиновыми проводами вне ее, возникает при значительно меньшей разнице потенциалов.

Можно было бы возразить, что в этом эксперименте при параллельном соединении ламп, лампа с разряженным воздухом может отбирать большую часть электрической энергии, и в этом случае наблюдаемый эффект не мог бы быть безусловно ассоциирован с действием газа в лампах. Подобные сомнения развеялись, если бы я подсоединил лампы последовательно — результат был бы тот же. После того как все подключения выполнены и разряды пошли через нити накала ламп, вновь отмечается, что нить накала лампы L/, с обычным давлением газа, остается темной, тогда как лампа L, с разреженным газом светит даже ярче, чем при нормальных для нее условиях работы, см. Рис. 22b. Если следовать общим представлениям, тo сила тока, проходящего через нити накаливания обеих ламп, должна быть одинаковой, поскольку присутствие газа вокруг нитей накаливания не влияет на него.

А сейчас я бы хотел заострить Ваше внимание еще на одном интересном свойстве, наглядно демонстрирующем эффект, зависящий от частоты изменения потенциала электрического тока. Возьмем две лампы, последовательно соединенные между собой, и подключим их к брускам В Вj так же, как и в предыдущем эксперименте, Рис 22b, но при этом значительно уменьшим частоту тока, которая ранее была очень высокой. Это можно сделать при помощи катушки самоиндукции, добавив ее в цепь, по которой проходят разряды, либо путем увеличения емкости конденсаторов. Пустив низкочастотные разряды конденсаторов через лампы, мы обнаруживаем, что лампа с разреженным воздухом L светит столь же ярко, как и в предыдущем эксперименте, а нить накала лампы с обычным воздухом L j также нагревается, хотя и не столь сильно как другая. Уменьшая силу тока, мы можем довести накал нити у лампы с не разреженным воздухом до красноты, но накал нити у лампы с разреженным воздухом останется ярким, Рис 22с, и это при том, что степень накала намного меньше, чем в ситуации, изложенной на Рис 22Ь, когда использовался ток очень высокой частоты.

 

 

В этих экспериментах газ действует в двух противоположных направлениях, непосредст- венно влияя на степень нагрева нитей накаливания: конвекция и бомбардировка. Чем выше ча- стота и напряжение тока, тем большее значимой становится бомбардировка, а конвекция, наоборот — с увеличением частоты должна уменьшаться. При постоянном токе бомбардиров- ки практически не происходит, и следовательно конвекция может существенно влиять на сте- пень накала. В результате мы наблюдаем картину похожую на предыдущую. Таким образом, если две одинаковые лампы, одна из которых с разреженным газом внутри, а другая с не раз- реженным, подсоединены последовательно, или параллельно к генератору постоянного тока, то для того, чтобы нить накала лампы с не разреженным газом оставалась раскаленной требуется электрический ток значительно большей силы. Это происходит исключительно благодаря кон- векции, а эффект становится более заметен при меньшей толщине нити накала. Некоторое вре- мя тому назад профессор Айртон и г-н Килгур опубликовали результаты количественных исследований, относящихся к термальной лучеиспускаемости, при излучении и конвекции, в ко- торых был ясно продемонстрирован положительный эффект использования тонких проводов. Этот эффект можно красиво продемонстрировать, если подготовить несколько маленьких, ко- ротких стеклянных трубок, внутрь которых вдоль продольной оси поместить самую тонкую из платиновых проволок, которую можно достать. Если в этих трубках создать максимально воз- можное разрежение воздуха, затем несколько трубок соединить параллельно и подключить к генератору постоянного тока, то во всех этих трубках можно поддерживать накал, затрачивая намного меньше электрического тока, нежели это необходимо для поддержания накала в одной трубке, в которой не создано разрежение воздуха. Если бы было возможно создать такое раз- режение, при котором конвекция была бы нулевой, то тогда без особого труда можно было бы вычислить количество тепла выделяемого при конвекции и излучении, используя количествен- ные термальные измерения. Если задействовать источник электрических импульсов высокой частоты и очень высокого напряжения, то можно было бы взять большее количество трубок и проводов для поддержания в них накала при помощи электрического тока такой силы, которой явно не хватило бы на то, чтобы нагреть провод такого же размера, находящего в окружении воздуха под обычным давлением.

Я бы хотел в данной лекции описать результат, который еще более интересен и который был получен в результате наблюдений за этими явлениями. Как уже отмечалось, небольшие изменения плотности воздуха приводят к значительным изменениям в степени накала проводов; Поэтому я предположил, что поскольку в трубке, через которую проходит световой разряд, плотность газа не одинакова в разных местах, то очень тонкий провод, помещенный внутрь трубки, может достигать высшей степени накала в местах, где плотность газа меньше, и достигать меньшей степени накала в местах с большей плотностью, где конвекция больше, а бомбардировка меньше. Поэтому была изготовлена трубка t, см. Рис. 23, внутри которой имелась очень тонкая платиновая проволока W. Плотность воздуха в трубке была средней степени разреженности. Когда она была подключена к клеммам высокочастотной катушки, то обнаружилось, что, на самом деле, накал платиновой проволоки W был не равномерный, см. Рис. 23. Впоследствии было изготовлено некоторое количество таких трубок с одной, или несколькими проволоками внутри, и каждая из них демонстрировала тот же результат.

Самый лучший эффект был отмечен, когда в трубке произошел полосатый разряд. Подобный эффект также проявился когда полосы были невидимы, демонстрируя тем самым, что даже в этом случае плотность газа в трубке была не однородной. В целом, расположение полос было таково, что участки с большей разреженностью соответствовали местам на проволоке W с белым накалом, или с наибольшей яркостью. В некоторых случая было замечено, что яркие участки на проволоке оказались покрыты плотными участками полосатого разряда, они обозначены литерой l на Рис. 23, однако, этот эффект был едва различим. Данный факт довольно убедительно объясняется тем, что конвекция в плотных и разреженных местах разнилась не очень сильно, а бомбардировка была более интенсивной в местах с большей плотностью полосатого разряда. В действительности, часто наблюдалась картина, когда при определенных условиях тонкая проволока раскалялась добела в трубке, где разреженность воздуха была невысокой. Это происходило тогда, когда напряжение па катушке было недостаточно высоким для вакуума, и могло быть вызвано различными причинами. Но во всех случаях это любопытное явление накала исчезало, когда температура трубки, или, точнее, проволоки становилась равномерной.

Если не принимать во внимание эффект, вызываемый конвекцией, то выделяются две яв- ные причины, которые вызывают накал проволоки, или нити накаливания: ток проводимости и бомбардировка. При слабом токе мы имеем дело только с первой из указанных причин, а теп- ловое действие минимально потому, что минимально сопротивление для слабого тока. При из- менении силы тока, увеличивается сопротивление, и как следствие усиливается тепловой эффект. Если частота тока очень высока, то сопротивление может возрасти до такой степени, что нить накала раскаляется до белого каления даже при очень слабой силе тока. Таким обра- зом, мы можем взять короткий и толстый брикет угля, или другой материал, и довести его до белого каления при помощи тока, сила которого несоизмеримо меньше той, которая требуется для достижения белого каления нити накала обычной лампы при помощи постоянного тока, или тока низкой частоты. Это очень важный результат, который наглядно показывает, как быстро меняются наши взгляды на этот счет и насколько быстро увеличивается объем наших знаний.

Если рассматривать явление свечения накала только в рамках его практического успеха, то для этого совершенно необходимо соблюдение двух условий: нить накала должна быть тонкой и обладать высоким сопротивлением. Но сейчас мы уже знаем, что сопротивление нити накала для тока слабой силы не имеет никакого значения. Нить накала может быть также толстой и короткой, поскольку ее можно довести до состояния белого каления при помощи тока слабой силы, если ее поместить в среду разреженного газа. Все это зависит от частоты и напряжения тока. Из этого можно сделать заключение, что использование тока высокой частоты для работы ламп накаливания предоставляет очевидные преимущества: он позволяет использовать короткую и толстую нить накала и ток слабой силы.

Если проволоку, или пить накала поместить в однородную среду, то нагрев происходит благодаря току проводимости. Но если ее поместить в сосуд с вакуумом, то это означает изменение условий работы кардинальным образом. В однородной среде газ начинает работать, а для теплового эффекта, как это было продемонстрировано во множестве экспериментов, ток проводимости имеет намного меньшую значимость, по сравнению с бомбардировкой. Это особенно важно, когда система не представляет собой замкнутую электрическую цепь и, разумеется, при очень высокой разности потенциалов. Представьте себе тонкую нить накала, помещенную в сосуд с вакуумом, один конец которой соединен с клеммой катушки высокого напряжения, а другой конец с большой изолированной пластиной. Несмотря на то, что цепь не замкнута, нить накала, как я уже показывал ранее, раскаляется до белого каления. Если частота и разность потенциалов сравнительно невелики, то нить накала нагревается током, проходящим через нее. Если увеличить частоту, и что более важно, разность потенциалов, то необходимость в использовании изолированной пластины остается, но очень небольшая, и ее вполне можно исключить. А поскольку в этом случае нить накала будет оставаться раскаленной, то можно сделать вывод, что нагрев происходит благодаря бомбардировке. Практический вариант сочетания обоих эффектов: тока проводимости и бомбардировки, представлен на Рис. 24. На этом рисунке представлена обычная лампа с очень тонкой нитью накала, один конец которой соединен с защитным экраном, выполняющего функции изолированной пластины, а другой конец соединен с клеммой источника высокого напряжения. Не стоит полагать, что только разреженный газ является значимым фактором для нагревания проводника переменным током, газ при обычном давлении тоже может быть очень важен, если разность потенциалов и частота тока чрезмерны. По этому вопросу я уже отмечал, что когда проводник оплавляется в результате удара молнии, то ток, проходящий через него, может очень слабым. Возможно, его было бы недостаточно для ощутимого нагрева проводника, находящегося в однородной среде.

 

 

Учитывая вышеизложенное, становится ясно, что когда проводник, обладающий высоким сопротивлением, соединен с клеммами источника тока высокой частоты и большой разницы потенциалов, может происходить существенное рассеивание энергии, в особенности на концах проводника, возникающее вследствие воздействия газа, окружающего проводник. Поэтому, сила тока на участке проводника, расположенного на равном удалении от его концов, может быть значительно меньше, нежели на участках, расположенных ближе к его концам. Более того, ток, проходящий по внешним участкам проводника, можно почувствовать кожей, или, как его часто называют, в результате кожного эффекта. Этот эффект может также проявляться в постоянной несжимаемой среде. Если последовательно соединить большое количество ламп накаливания и подключить их к источнику тока такого типа, то мы заметим, что лампы, расположенные ближе к концам цепи горят ярко, а лампы, расположенные в середине цепи могут оставаться полностью темными. Подобно е происходит, как уже отмечалось, исключительно благодаря бомбардировке. Но даже если мы используем постоянный ток с большим напряжением, лампы на концах цепи будут светиться ярче, чем лампы в середине цепи. В этом случае не происходит ритмичной бомбардировки, а результат достигается исключительно вследствие утечки энергии. Утечка, или рассеивание энергии в пространство при высоком напряжении весьма ощутимы при использовании ламп накаливания, однако, подобные потери еще более значительны при использовании электрической дуги в качестве источника пламени. В целом, безусловно, рассеивание энергии при использовании постоянного тока, значительно меньше, чем при использовании переменного тока.

 

 

Я провел эксперимент, который весьма любопытным образом иллюстрирует эффект горизонтальной диффузии. Если очень длинную трубку подсоединить к клемме катушки высокой частоты, то наиболее яркое свечение наблюдается вблизи клеммы, а по мере удаления от клеммы, свечение плавно угасает. Пр и использовании узкой трубки, данный эффект проявляется еще более отчетливо.

У маленькой трубки, диаметром около половины дюйма, и длиной в двенадцать дюймов, один конец которой вытянут в тонкую нить f (Рис. 25) длиной около трех футов. Трубка помещена в латунный патрон Т, который накручивается на клемму Tj индукционной катушки. Разряд, проходящий через трубку, сначала освещает дно, которое составляет ее значительную часть. Но по длинной стеклянной нити разряд пройти не может. Однак о постепенно разреженный газ внутри трубки нагревается и становится боле токопроводящим, в результате чего разряд распространяется через стеклянную нить. Это распространение настолько слабо, что может потребоваться около половины минуты, а то и более для того, чтобы разряд прошел от начала до конца стеклянной нити, и обозначил свое появление ярким свечением на тонком срезе нити. Регулируя величину потенциала на клемме, можно добиться того, чтобы свет распространялся по трубке с любой скоростью. Однак о когда стеклянная нить нагреется, то разряд проходит по всей ее длине мгновенно. Следует отметить интересную деталь: чем выше частота тока, или, другими словами, чем больше горизонтальная диффузия, тем более медленным может быть распространение света по стеклянной нити. Лучше всего проводить этот эксперимент на свежеизготовленной трубке с очень высоким разрежением внутри. После нескольких ра з использования трубки, часто эксперимент не получается вовсе. Возможно1, это вызвано постепенным и медленным нарушением вакуума в трубке. Эт о медленное распространение разряда через очень тонкую стеклянную трубку, представляет собой точный аналог распространения тепла через брусок, нагреваемый с одного конца. Че м быстрее тепло распространяется вширь, тем больше времени потребуется для того, чтобы нагреть противоположную сторону бруска. Когда ток катушки низкой частоты проходит от начала до конца стеклянной нити, то в это время горизонтальная диффузия мала, а разряд проходит мгновенно и без потерь.

После того, как результаты этих экспериментов и наблюдений показали важность того, что атомная структура среды неоднородна, и могут служить для объяснения природы по меньшей мере четырех видов электрических эффектов, производимых этими токами, я могу продемонстрировать Вам эти эффекты. Дл я того, чтобы пробудить у Вас еще больший интерес, я могу провести эти эксперименты способом, который будет для Вас новым. Ка к Вы уже раньше видели, мы можем передавать электрические колебания телу при помощи одного провода, или любого другого проводника. Поскольку человеческое тело является проводником электрического тока, то я могу передавать электрические колебания через свое тело.

 

 

Сначала, в некоторых своих предыдущих экспериментах, я подключал свое тело к одной из клемм трансформатора высокого напряжения, и брал в руку лампу с разреженным воздухом внутри, в которую был вмонтирован угольный электрод. Этот электрод располагался на платиновой проволоке и выходил за пределы стеклянной колбы, то есть наружу. Как только включался трансформатор, этот угольный электрод раскалялся добела (Рис. 26). Я мог поместить на лампу абажур из токопроводящего материала для усиления эффекта, но в этом не было необходимости. Также не было необходимости устанавливать соединение электрода с рукой через провод, проходящий сквозь стекло, поскольку через стекло могло проходить достаточное количество индуктивной электрической энергии для того, чтобы обеспечить белое каление электрода.

Затем, я взял лампу с сильно разреженным газом, внутри которой находилось сильно фосфоресцирующее тело. На д этим телом располагается маленькая алюминиевая пластина на платиновой проволоке, выходящей наружу. Когда ток проходил через мое тело, то вызывал сильное свечение в лампе (Рис. 27). Когда я вновь взял в руку простую трубку с разреженным воздухом внутри, то точно также, газ внутри трубки стал излучать свет (Рис. 28). Наконец, я могу взять в руку провод, оголенный, или покрытый толстым слоем изоляции — в данном случае это несущественно. Пр и этом интенсивность электрических колебаний настолько высока, что на поверхности провода возникает светящаяся пленка (Рис. 29).

Я думаю, что на этих явлениях необходимо остановиться немного подробнее. В первом случае я буду рассматривать свечение электрода, или свечение твердого тела в целом, и приведу несколько фактов, которые имеют непосредственное отношение ко всем этим явлениям. Уже отмечалось раньше, что при подключении одного конца тонкого проводника, такого как нить накала лампы, к клемме трансформатора высокого напряжения, нить накала начинает излучать свечение, вызванное двумя факторами: током проводимости и бомбардировкой. Чем короче и толще нить накала, тем более важной становится бомбардировка. И если представить себе нить накала в форме капли, то в этом случае тепловой эффект будет достигаться исключительно бомбардировкой.

Так, в ранее продемонстрированном эксперименте, электрод накаляется из-за ритмичного воздействия свободно движущихся маленьких тел в лампе. Эти тела могут быть молекулами оставшегося газа, частичками пыли или фрагментами оторвавшегося электрода. Очевидно, что нагревание кнопки существенно зависит от давления в лампе, при котором движутся свободные частицы или атомное вещество. Нагревание еще более увеличивает число соударений в секунду и усиливает энергию каждого взаимодействия. Кроме того, электрод будет нагреваться даже в том случае, если он будет подсоединен к источнику устойчивого потенциала. В этом случае электрический ток будет переноситься от электрода свободно передвигающимися, или летающими вокруг частицами. Количество электричества, при прохождении через электрод будет достаточно, чтобы довести его до белого накала. Но в этом случае бомбардировка не будет иметь большого значения. По этой причине требуется относительно большое количество энергии, поступающей на электрод, дабы обеспечить поддержание состояния белого каления при постоянной разности потенциалов. Чем больше частота электрических импульсов, тем более экономично можно поддерживать накал электрода.

Я полагаю, что одной из главной причин этого является то, что при наличии импульсов очень высокой частоты происходит менее интенсивный обмен молекулами между частицами, свободно движущимися вокруг электрода, и поэтому нагретая в лампе среда лучше удерживается в районе электрода. Если изготовить двойную лампу, такую как на рисунке 30; состоящую из большой сферы В и маленькой b, каждая из которых содержит нить накала, установленную на платиновой проволоке W и W1 , то при условии, что обе нити накала абсолютно одинаковы, обнаружится, что для поддержания определенной степени накала нити в сфере "b" требуется значительно меньше энергии, нежели для нити сферы В. Это является следствием ограниченной возможности движения частиц вокруг электрода. Кроме того, установлено, что в этом случае нить накала в сфере b меньше разрушается при работе в течение определенного периода времени в режиме белого каления. Из этого факта необходимо сделать вывод, что газ в маленькой лампе нагревается сильнее, поэтому становится лучшим проводником и требуется меньшая работа, чтобы воздействовать на электрод, так как бомбардировка становится менее интенсивной при увеличении электропроводности газа. Конечно, в этой конструкции маленькая лампа становится очень горячей и когда она нагревается до очень высокой температуры, то увеличивается конвекция и тепловое излучение наружу. Я уже имел возможность продемонстрировать лампы, которых этого недостаток значительно уменьшен. В этом случае, очень маленькая лампа, содержащая тугоплавкую кнопку, была смонтирована внутри большой лампы, а воздушное пространство между их стенками было сильно разрежено.

Когда большой шар подключен к насосу, вакуум между стенками создается постоянно, все время, пока насос работает. Внешний шар остается совершенно холодным, в то время как электрод в маленьком шаре раскален добела. Но когда насос перестал работать, а электрод оставался раскаленным достаточно длительное время, то большой шар тоже стал нагреваться. Поэтому я предположил, что если вакуумное пространство (как обнаружил Проф. Дюар}, не проводит тепло, то оно просто благодаря скорости нашего движения в пространстве, или, вообще, вследствие движения среды относительно нас, в постоянных условиях не может поддерживаться без постоянно возобновляемой среды. По всей видимости, вакуум не может находиться в постоянном состоянии вокруг горячего тела.

В вышеупомянутых конструкциях, маленькая внутренняя лампа должна, по крайней мере, на первых стадиях, защищать от бомбардировки внешнюю, большую лампу. Я подумал, а как поведет себя в этой ситуации металлический сетчатый фильтр, и для этих целей были изготов- лены несколько ламп, изображенных на рис. 31. В сферу b была вмонтирована тонкая нить на кала (или электрод) на платиновой проволоке W, проходящей через стеклянную ножку и выхо- дящая из сферы наружу. Нит ь накала/был а окружена металлическим ситом S. В процессе про- ведения экспериментов с такими лампами было обнаружено, что сито с широкими ячейками явно не оказывает ни малейшего воздействия на процесс бомбардировки сферы b. Когда ваку- ум был сильным, тень от сита ясно проецировалась на сферу, и последний нагревался за корот- кий период времени. В нескольких лампах сито S подсоединялось к платиновой проволоке, запаянной в стекло. Когда эту проволоку подсоединяли к другой клемме индукционной катуш- ки (в этом случае ЭД С поддерживали на низком уровне), или к изолированной пластине, то бомбардировка внешнего шара уменьшалась. Когда брали сито с мелкими ячейками, бомбарди- ровка большого шара также уменьшалась. Но даже тогда, когда создавалось еще большее раз- режение воздуха, а разность потенциалов трансформатора увеличивали, то увеличивалась интенсивность бомбардировки сферы и нагрев происходил быстрее, несмотря на то, что не бы- ло видно тени от сетки, вследствие меньших размеров ячеек. Но стеклянная трубка или другое плотное тело, расположенное вокруг нити накала, может полностью прекратить бомбардиров- ку и некоторое время внешняя сфера b будет оставаться совсем холодной. Конечно, когда стек- лянная трубка очень сильно нагрета, бомбардировка внешнего шара не останется незамеченной. Эксперимент с этими лампами показал, что скорость задействованных молекул или частиц должна быть значительной (хотя она совершенно незначительна по сравнению со световыми частицами), в противном случае трудно понять, как они могут проходить через тонкую метал- лическую сетку без воздействия со стороны последней. Дел о в том, что было обнаружено, что такие мелкие частички как атомы не могут воздействовать непосредственно на соизмеримом расстоянии. Что касается скорости задействованных атомов, то лорд Кельвин недавно оценил ее примерно в один километр в секунду, или около того в обычной лампе Крукса. Поскольку разность потенциалов, получаемая от катушки с пробойным разрядом, намного выше, чем по- лучаемая от обычной катушки, то и скорость частиц в лампе или другом источнике света долж- на быть больше, когда они работают от такой катушки. Предположим, что скорость частиц составляет около пяти километров в секунду и постоянна на всем протяжении траектории, как это и должно происходить в сосуде с сильным разрежением воздуха. Затем, если изменения электризации электродов будет происходить с частотой около пяти миллионов раз в секунду, то наибольшее расстояние между частицами, удаляющимися от электрода, будет равняться одно- му миллиметру. Если они могли бы взаимодействовать на таком расстоянии, то обмен в наэле- ктризованной среде, или среди атомов был бы очень медленным, и не было бы бомбардировки внешней лампы. По крайне мере, так должно быть, если действие электрода на атомы разре- женного газа будет таким, как при электризации тел, которые можем наблюдать. Горячее тело внутри вакуумной лампы всегда производит атомную бомбардировку, но оно не имеет опреде- ленного ритма, необходимого для того, чтобы его молекулы могли совершать колебания всех ви- дов.

Если лампа, содержащая кнопку или нить накала, с большой осторожностью разрежена максимально сильно и используется лучшими специалистами, то можно наблюдать, что разряд сначала не может произойти, но спустя некоторое время, вероятно, когда в лампе образуется некоторый заряд, разряд все-таки происходит и электрод накаляется.

Фактически получается, что чем выше разреженность газа, тем легче получить белый накал. Кажется, что нет других причин, по которым накаливание не могло бы быть приписано этим случаям, за исключением бомбардировки или похожего действия разреженного газа или частиц другого вещества. Но играет ли важную роль то, что воздух в лампе разрежают с большими предосторожностями? Тогда допустим, что вакуум в лампе идеален, если это является ключевым вопросом. Является ли среда, заполняющая все пространство сплошной или атомной? Если она имеет атомную структуру, то когда происходит нагревание электрода, или нити накала в вакууме, сосуд может оказаться слишком большим для эфирной бомбардировки. Нагревание проводника вообще, зависит от того, какой ток, высокой частоты или с высокой разностью потенциалов, имеет место, и будет подвергаться изменениям со стороны среды. Кроме того, существуют такж е кожные эффекты, т. е. явное увеличение омического сопротивления и т. д., что допускает, по крайней мере, различные объяснения.

Очевидно, будет более правильно в соответствии со многими наблюдаемыми явлениями, связанными с высокочастотным током, считать, что все пространство заполнено свободными атомами, нежели утверждать что оно, пустое и холодное, лишено их. Так и должно быть, если среда плотная, тогда там не может быть ни тепла, ни света. Передается ли энергий независимыми носителями или через колебания плотной среды? Этот важный вопрос еще не получил положительного ответа. Но большинство эффектов, которые здесь обсуждаются.1 особенно световые эффекты, накаливание или свечение, подразумевают наличие свободных: атомов и были бы без них невозможны.

Что касается огнеупорной кнопки (или нити накала) в разреженном ресивере, который является одним из объектов нашего исследования, то результаты главных экспериментов, которые могли бы служить руководством при создании таких ламп, можно суммировать следующим образом:

1. Кнопка должна быть как можно меньшей по размеру, сферической и иметь гладкую' или полированную поверхность. Она должна быть сделана из огнеупорного материала, который лучше сопротивляется процессу испарения. 2. Основание под кнопкой должно быть очень тонким и экранировано алюминием и листом слюды так, как я это описал раньше.

3. Разрежение лампы должно быть максимальным. 4. Частота тока должна быть максимальной, какую только можно получить. 5. Ток должен гармонически повышаться и понижаться, без внезапных прерываний. 6. Температура нагревание должна быть ограничена температурой плавления кнопки. Это достигается путем заключения ее в маленькую лампу или другим способом. 7. Пространство между стенками маленькой лампы и внешнего шара должно быть сильно разрежено.

Большинство соображений, которые относятся к накаливанию твердого тела, с полным основанием могут быть отнесены и к свечению. На самом деле, в разреженном сосуде свечение, как правило, первоначально возбуждается благодаря сильному биению потока атомов на светящееся тело. Даже во многих случаях, когда нет подтверждения такой бомбардировки, свечение возбуждается, как я думаю, сильным воздействием атомов, которые не обязательно отлетают от электрода, но также индуктивно воздействуют на среду или цепи других атомов. Также механические удары могут играть важную роль при возбуждении свечения в лампе, что можно увидеть из следующего эксперимента. Если взять лампу, какая изображена на рисунке

10, с большими предосторожностями разредить ее до такой степени, чтобы разряд не мог произойти, то нить накала будет воздействовать посредством электростатической индукций на трубку t, и в последней будут возникать колебания. Если трубка О достаточно широка, около дюйма в диаметре, нить накала может колебаться настолько сильно, что каждый раз, когда она будет ударяется о стеклянную трубку, будет возникать свечение. Но свечение прекращается, когда волокно успокаивается. Колебания могут прекращаться и вновь возобновляться при изменении частоты тока. Теперь нить накала имеет собственный период колебаний, и если частота тока такова, что они резонируют, вибрация начинается легко, даже если разность потенциалов тока мала. Я часто наблюдал, как нить накала в лампе разрушается при таком механическом резонансе.

Как правило, нить накала вибрирует так быстро, что ее не видно и сначала экспериментатор может быть озадачен. Когда эксперимент подобный этому, выполнен тщательно, необходимая разность потенциалов тока может быть очень небольшой, и по этой причине я делаю вывод что, свечение обусловлено механическим ударом нити накала о стекло так, как это получается при ударе куска сахара об нож. Механический удар, производимый атомами вещества, легко заметить, если держать в руке лампу, имеющую кнопку и при этом внезапно включить ток. Я думаю, что лампа даже может разрушиться из-за возникающего при этом резонанса.

Конечно, из ранее проведенных экспериментов понятно, что стеклянная трубка, находящаяся в контакте с нитью накала, сохраняет заряд определенного знака в точке контакта.

Если теперь нить накала снова соприкоснется со стеклом в этой точке, несмотря на то, что она имеет противоположный заряд, при испускании света заряды гасят друг друга. Но от такого объяснения нет никакой пользы. Бесспорно, что первоначальный разряд, подающийся к атомам или к стеклу, может играть определенную роль в возбуждении свечения. Так, например, если светящуюся лампу сначала возбудить высокочастотной катушкой, подсоединив ее к одной из клемм катушки и измерить степень освещенности, а затем сильно зарядить лампу на машине Гольца, подключив ее к положительной клемме машины, можно заметить, что когда лампа была подсоединена в клемме высокочастотной катушки, свечение было более интенсивным. В другом случае я рассматривал возможность такого явления свечения в лампе, производя накаливание бесконечно тонкого слоя вещества на поверхности светящегося тела. Несомненно, взаимодействие атомов является достаточно сильным, чтобы получить интенсивное накаливание в результате их столкновения, поэтому тело быстро достигает высокой температуры при его значительном объеме. Если такие эффекты существуют, то лучшим известным устройством для получения свечения в лампе, является катушка пробойного разряда, дающая чрезвычайно большую разность потенциалов, с которой работают основные разрядники, а именно около 25–30 раз в секунду. Этого достаточно для получения свечения, которое для глаза кажется непрерывным. Установлено, что такая катушка возбуждает свечение при любых условиях и при любой степени разрежения газа. Я наблюдал эффекты, которые приводили к свечению даже при обычном атмосферном давлении. Это происходило, когда разность потенциалов была чрезвычайно велика. Но если свечение происходит в результате выравнивания зарядов атомов (независимо от их величины), то чем больше частота импульсов, или изменений в электризации, тем более экономичным будет производства света. Давно известен и заслуживает внимания тот факт, что все светящиеся тела являются плохими проводниками электрического тока и тепла, и что все тела перестают испускать свет при нагревании до определенной температуры. Проводники, наоборот, не обладают этим качеством. Но есть несколько исключений из этого правила. Одним из них является углерод. Беккерель заметил, что углерод испускает свечение при определенной температуре, которая предшествует той, когда электрод имеет темно-красный цвет. Это явление легко наблюдать в лампе, в которую вмонтирован довольно большой угольный электрод (например, шар около шести миллиметров в диаметре). Если ток включен в течение нескольких секунд, белоснежная вуаль покрывает электрод перед тем, как он станет темно-красного цвета. Похожий эффект замечен и при экспериментах с другими проводящими телами, но многие ученые не связывают это явление с выделением света. Остается решить связано ли собственно накаливание, и возникающее при этом свечение с взаимодействием между атомами, или же с механическими соударениями. В действительности, все условия, при которых сохраняется тенденция к локализации и увеличению эффекта нагревания в точке взаимодействия, всегда благоприятны для возникновения свечения. Так, если электрод очень маленький, но удовлетворяет общим условиям эксперимента, т. е. имеет большую электрическую плотность при высокой разности потенциалов, если сильно разрежен газ, т. е. условия подразумевают высокую скорость атомов или вещества, и следовательно сильные соударения частиц, то свечение будет интенсивным. Если лампа снабжена большим и маленьким электродами, подключенными к клемме индукционной катушки, то маленький электрод будет производить свечение, а большой нет, потому, что у него меньше электрическая плотность, и следовательно меньше скорость атомов.

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 этого сульфида является то, что он теряет свои качества при испускании света, когда температура не является высокой. Поэтому он может использоваться только для получения света слабой интенсивности. Следует отметить вот какое наблюдение. При сильной бомбардировке алюминиевый электрод чернеет, но довольно необычно, потому, что он возвращается к своему первоначальному состоянию после остывания.

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 Р с 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 S подвержена 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 на первичной обмот- ке. Я не исключаю того, что существует трубка, возбуждаемая только электродинамической индукцией но, по моему мнению, пока нет никаких положительных доказательств того, что ато- мы газа в запаянной трубке могут структурироваться в цепи под действием электродвижущего импульса, производимого электродинамической индукцией в трубке. До сих пор я так и не смог создать полоски в трубке, однако в дальнейшем, при любой степени разрежения, когда бороздки расположены под прямыми углами к предполагаемому направлению разряда или оси трубки, я отчетливо наблюдал, как в большой трубке образуется широкая светящаяся полоса, образуе- мая разрядом, проходящим от батареи по проводам, окружающим лампу. Это круг слабого све- та между двумя светящимися полосами, одна из которых была более интенсивна, чем другая.

 

 

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.

Одной из недавно отмеченных и удивительных особенностей токов высокой частоты, которая в основном заинтересовала врачей, оказалась их полная безвредность для человека, позволяющая пропускать через человеческое тело сравнительно большое количество электрической энергии, не вызывая при этом боли или серьезного дискомфорта. Эта особенность, на которую совместно с другими, в основном, неожиданными свойствами я впервые имел честь обратить внимание ученых мужей в статье, опубликованной в техническом журнале от февраля 1891 года, и во время последующих выступлений перед научными сообществами, сразу очевидным образом указала на то, что такой ток мог бы быть использован в электротерапии.

Принимая во внимание свойства электричества в целом, и по аналогии с ними, весь комплекс физиологических эффектов можно разделить на три класса. Первый — статические эффекты: физиологические эффекты, относящиеся к данному классу, в основном зависят от величины электрического потенциала. Второй — динамические эффекты: эффекты этого класса принципиально зависят от интенсивности движения электронов, или от силы тока, проходящего через тело. Третий — эффекты, возникающие под воздействием электромагнитных волн или колебаний: импульсы, в которых электрическая энергия попеременно, с большей или меньшей частотой, переходит из статической формы в динамическую, и наоборот.

На практике, все эти различные свойства присутствуют постоянно, однако, для более удобного выбора аппаратных средств и соблюдения условий, экспериментатор может сделать тот или иной эффект доминирующим. Таким образом экспериментатор может пропускать через тело человека, или через часть тела, электрический ток сравнительно большой силы при малом напряжении, либо подвергнуть человеческое тело воздействию высоким напряжением при ничтожно малой силе тока, либо поместить пациента под воздействие электромагнитных волн, источник которых, при необходимости, может находиться на достаточно большом удалении от объекта.

Даб ы не отвлекать медика от изучения последствия воздействия на организм и корректировки методов лечения, непосредственное применение различных способов электрического воздействия на тело пациента, можно поручить электрику.

Поскольку никто не может похвастаться тем, что способен описать тот или иной предмет совершенно точно и ясно, ниже приводятся схематические иллюстрации нескольких способов подключения электрических цепей, которые несмотря на свою очевидность для большинства аудитории, все же могут оказаться небесполезными.

Первый и самый простой метод применения электрического тока представляет собой подключение тела пациента к двум контактам генератора, будь то динамо-машина или индукционная катушка. На Рис. 1 представлена схема подобного соединения. Альтернатор G должен выдавать от пяти до десяти тысяч полных колебаний в секунду — вполне достижимая величина на сегодняшний день. Электродвижущая сила, как показали измерения при помощи теплового измерительного прибора, может быть от пятидесяти до ста вольт. Дл я того, чтобы обеспечить прохождение электрического тока через ткань, клеммы Т Т, которые служат для установления контакта с телом пациента, должны обладать достаточно большой площадью соприкосновения и покрыты тканью, пропитанной раствором электролита, безвредного для кожи. Иначе контакт с телом пациента может обеспечиваться путем иммерсии. Наилучшим образом регулировка тока осуществляется при помощи изолирующего желоба А, на котором установлены две металлические клеммы / 7 с достаточно большой контактной поверхностью, и, как минимум, одна из них должна быть съемной. Жело б заполняется водой, в воду добавляется электролитический раствор до тех пор, пока не будет достигнута степень электропроводности, пригодная для экспериментов.

 

 

При необходимости задействовать ток малой силы и с высоким напряжением используют вторичную катушку так, как это показано на Рис. 2. Я с самого начала счел удобным отойти от обычного способа наматывания катушек с большим количеством маленьких витков. Существу- ет множество аргументов, которые определят выбор врача в пользу обруча Н большого разме- ра, не менее трех футов в диаметре, или даже больше, с небольшим количеством витков, намотанного на него толстого кабеля Р. Вторичная катушка S, изготавливается довольно про- сто: два деревянных обруча соединяются вместе при помощи жесткого картона. Достаточно од- ного слоя обычного, не очень тонкого обмоточного провода. В зависимости от назначения катушки, количество витков провода легко определяется экспериментальным путем.

Две пластины, с достаточно большой площадью, которые формируют регулируемый конденсатор, могут быть использованы для синхронизации вторичной цепи с первичной, однако, в большинстве случаев в этом нет необходимости. Таким образом получается довольно дешевая в изготовлении и вполне устойчивая к повреждениям катушка. Однако дополнительные преимущества такой конструкции проявляются при точной настройке параметров вторичной цепи, которая достигается очень просто: путем изменения расстояния между первичной и вторичной цепями. Еще больше преимуществ заметно при возникновении гармоник, которые отчетливее проявляются именно в больших катушках с толстым обмоточным проводом, когда они расположены на некотором удалении от первичной цепи.

Предварительные настройки могут также применяться при использовании переменного или прерывистого тока низкой частоты, однако, некоторые определенные свойства высокой частоты дают возможность задействовать прерывистый ток там, где использование переменного тока невозможно.

Одной из наиболее ярких свойств высокой частоты, или, в более общем выражении, тока часто меняющего свое направление, является то, что он с трудом проходит через толстый проводник с высокой самоиндукцией. Несмотря на это препятствие на пути движения тока, вызванное самоиндукцией, как показали результаты более ранних экспериментов, па которые имеются ссылки, вполне реально поддерживать разность потенциалов в несколько тысяч вольт между двумя точками на толстом медном бруске с незначительным сопротивлением. При этом расстояние между точками не должно превышать нескольких дюймов. На Рис. 3 изображена схема расположения компонентов. В данном случае источником высокочастотных импульсов служит трансформатор известного типа, который может быть запитан от генератора G, подающего постоянный, либо переменный ток. Трансформатор состоит из первичной обмотки Р, вторичной обмотки S, двух конденсаторов С С, соединенных последовательно, петли, пли катушки с очень толстым проводом L и устройства b, замыкающего и размыкающего цепь. Ток поступает через контур L на два контакта С с, один из которых, или оба, могут передвигаться по проводу L. При изменении расстояния между контактами можно добиться разности потенциалов на клеммах Т Т величиной от нескольких до многих тысяч вольт. Этот способ использования электрического тока совершенно безопасен и очень удобен, однако, при этом требуется постоянно задействовать выключатель b для зарядки и разрядки конденсатора.

Другими, не менее значительными свойствами высокочастотных импульсов являются легкость, с которой они проходят через конденсаторы, а также умеренная электродвижущая сила и очень малая емкость, необходимая для обеспечения прохождения большого количества тока. Результаты научных наблюдений дали возможность разработать определенную схему, в частности ту, что изображена на Рис. 4. На этой схеме расположение компонентов очень сходно с предыдущей схемой, за исключением того, что конденсаторы С С соединены параллельно. Такое соединение конденсаторов понижает частоту тока, зато позволяет работать со значительно меньшей разницей потенциалов на клеммах вторичной катушки S. Поскольку последняя является наиболее дорогостоящей частью устройства, а ее стоимость возрастает с увеличением количества витков, то экспериментатор, пожертвовав частотой, которая, впрочем, остается достаточно высокой и пригодной для большинства целей, может получить аппарат с меньшими затратами. Для того, чтобы частота осталась прежней, ему нужно всего лишь пропорционально уменьшить количество витков, или длину первичной катушки, однако, уменьшение стоимости трансформатора таким образом, потребует большего внимания в отношение выключателя b. Вторичная обмотка S высокочастотной катушки оснащена двумя металлическими пластинами tt с большой поверхностной площадью, соединенной с клеммами, а ток поступает с двух схо








Дата добавления: 2016-03-04; просмотров: 671; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ


Поиск по сайту:

При помощи поиска вы сможете найти нужную вам информацию, введите в поисковое поле ключевые слова и изучайте нужную вам информацию.

Поделитесь с друзьями:

Если вам понравился данный ресурс вы можете рассказать о нем друзьям. Сделать это можно через соц. кнопки выше.
helpiks.org - Хелпикс.Орг - 2014-2019 год. Материал сайта представляется для ознакомительного и учебного использования. | Поддержка
Генерация страницы за: 0.023 сек.