Лекции

Есть два способа обеспечить безопасность электроприбора. Первый — использовать низкий потенциал, второй — таким образом определить габариты устройства, что оно будет безопасным независимо от того, насколько высокий потенциал в нем применяется. Из этих двух последний кажется мне наилучшим, так как в этом случае достигается абсолютная безопасность, и она не зависит от стечения обстоятельств, которые могут даже прибор низкого напряжения сделать опасным для жизни и собственности. Но практичность требует не только разумного определения габаритов аппарата, но необходимости использования правильного вида энергии. Нетрудно, к примеру, построить трансформатор, способный выдавать при работе от низковольтового генератора, скажем, 50 000 вольт, что требуется для свечения вакуумной трубки, так что, несмотря на высокий потенциал, она абсолютно безопасна, и ее удар не причиняет никаких неудобств. Всё же такой трансформатор был бы очень дорогим и сам по себе неэффективен, а кроме того тот тип энергии, который он вырабатывает, непригоден для экономичного производства света. Экономия требует применения энергии крайне частых колебаний. Проблема производства света подобна проблеме получения высокой ноты при помощи колокола. Назовем ее еле слышной нотой; и даже эти слова не дадут точного значения, настолько удивительна чувствительность глаза. Мы можем наносить сильные удары с большими промежутками, израсходовать много энергии, и всё-таки не получить того, чего хотели; а можем держать ноту при помощи частых легких шлепков и приблизиться к цели больше, расходуя энергии меньше. При производстве света, что касается осветительных приборов, применимо только одно правило, а именно: использовать как можно более высокую частоту, но средства производства и передачи импульсов такого характера накладывают на нас, по крайней мере в настоящее время, большие ограничения. Если принято решение использовать высокую частоту, обратный провод становится не нужен и вся аппаратура упрощается. С применением очевидных средств достигается такой же результат, как если бы использовался обратный провод. Для этого достаточно прикоснуться в лампе или поднести к ней изолированный предмет определенной площади. Конечно, площадь его тем меньше, чем выше частота и потенциал; и тем выше экономия срока службы лампы или другого устройства.

К этому способу работы мы сегодня неоднократно обращались. Так, например, при достижении накала головки, когда до лампы дотрагивались рукой, тело экспериментатора служило усилителем действия. Использовавшаяся лампа была похожа на ту, что показана на рисунке 19, а потенциал на катушке был невелик, недостаточен для того, чтобы накалить головку лампы, висящей на проводе; и кстати, для того чтобы провести опыт более показательно, была использована такая большая головка, что потребовалось время, чтобы она накалилась после того, как лампу взяли в руки. Контакт с лампой, конечно, был необязателен. Нетрудно, используя довольно большую лампу с необычно малым электродом, создать такие условия, что электрод раскаляется при приближении экспериментатора на несколько футов к лампе, а при отступлении накал уменьшается.

Во время другого опыта, когда вызывалась фосфоресценция, применялась подобная лампа. И снова потенциала было недостаточно для возбуждения свечения до тех пор, пока действие не было усилено — в данном случае, однако, по-другому — прикосновением металлического предмета к гнезду. Электродом в лампе служила углеродная головка настолько большая, чтобы не вызвать накаливания и не испортить таким образом эффекта фосфоресценции.

В других ранних опытах применялась лампа такая, как показано на рисунке 12. В данном примере, прикладывание к колбе двух пальцев вызывало на стекле одну или две тени в форме ножки, при этом прикосновение пальцев вызывало такой же эффект, как применение в обычных условиях внешнего электрода. Во всех опытах действие усиливалось путем наращивания мощности на том конце провода, который соединялся с катушкой. Как правило, нет необходимости прибегать к таким методам и при более высоких частотах; но когда это требуется, колба или трубка могут быть Рис. 25 легко приспособлены для этих целей.

На рисунке 24, например, показана экспериментальная колба L, имеющая сверху горловину п для размещения покрытия из фольги, которое можно соединить с внешним предметом большой площади. Лампа, показанная на рисунке 25, также может светиться от присоединения жестяной фольги на горловине п к выводу, а подводящего провода w к изолированной пластине. Если лампа установлена в гнезде прямо, как показано на разрезе, то в горловину п можно установить экран из проводника, с помощью которого действие усилится.

Более совершенная конструкция лампы показана на рисунке 26. В данном случае конструкция такая, какая продемонстрирована на рисунке 19. Цинковая пластина Z с цилиндрическим выступом Т надета на металлическое гнездо S. Лампа свисает на проводе t, причем цинковая пластина Z выполняет двоякую функцию усилителя и отражателя. Отражатель отделен от вывода t выступом изоляционной пробки Р.

Похожая конструкция флюоресцентной трубки показана на рисунке 27. Трубка Т изготовлена из двух коротких трубок разного диаметра, закупоренных на концах. Снизу размещено проводящее покрытие С, соединенное с проводом w. Провод на верхнем конце имеет крепежную петлю и проходит по центру тонкой трубки, заполненной плотно набитым изолятором. С внешней стороны трубки Т есть еще одно проводящее покрытие Cf на которое надет металлический отражатель Z, который должен быть отделен от провода w толстым слоем изоляции.

Экономичное использование отражателя или усилителя требует, чтобы вся энергия, подаваемая на воздушный конденсатор, была возместима, иными словами не должно быть потерь ни в газообразной среде, ни благодаря ее действию где бы то ни было. Это далеко не так, но, к счастью, потери можно свести к любому желаемому значению. По этому поводу следует сделать несколько пояснений, чтобы расставить все точки над i в опытах, предпринятых для исследования этого направления.

Допустим, что небольшая спираль, как в опыте на рисунке 17, одним концом соединена с одним из выводов катушки индуктивности, а вторым — с металлической пластиной или, для простоты, с шаром, изолированным в пространстве. Когда катушка начинает работать, потенциал шара меняется и небольшая спираль ведет себя так, как будто ее свободный конец соединен с другим выводом катушки. Если внутрь спирали поместить железный провод, он сразу раскалится, а это значит, что через спираль проходит сильный ток. Как ведет себя в данном случае металлический изолированный шар? Он может быть конденсатором, накапливающим и отдающим энергию, а может быть просто стоком энергии, и условия опыта определяют, чем он больше является в настоящее время. Когда шар находится под высоким напряжением, он индуктивно действует на окружающий его воздух или иной газ. Молекулы или атомы, находящиеся вблизи шара, естественно, притягиваются сильнее, и проходят большее расстояние, чем те, что дальше от него. Когда ближайшие молекулы ударяются о шар, они отталкиваются, и по всей зоне действия индукции происходят столкновения. Теперь ясно, что если потенциал постоянен, то таким образом потери энергии будут очень малы, ибо молекулы, находящиеся ближе всего к шару, получив от удара дополнительный заряд, не притягиваются до тех пор, пока не избавятся если не от всего, то хотя бы от большей части дополнительного заряда, что достигается многими столкновениями. На основании того факта, что в сухом воздухе очень мало потерь энергии, можно прийти к такому выводу. Когда потенциал шара не постоянный, а переменный, условия в корне меняются. В таком случае происходит ритмическая бомбардировка, независимо от того, теряют ли молекулы заряд после удара или нет; более того, если заряд теряется, столкновения становятся более сильными. Всё же, если частота импульсов невелика, потери, вызванные ударами и столкновениями, будут большими, если только потенциал не крайне высок. Но при высоких частотах и более или менее высоких потенциалах потери могут быть огромными. Количество энергии, утраченное за единицу времени, пропорционально произведению количества столкновений в секунду, или частоты, и количеству энергии, потраченной при каждом столкновении. Но энергия столкновения должна быть пропорциональна квадрату электрической плотности шара, так как заряд, переданный молекулам, пропорционален этой плотности. Из этого следует вывод, что общее количество потерянной энергии пропорционально произведению частоты и квадрата электрической плотности; но этот закон требует экспериментального подтверждения. Если предположить, что приведенные высказывания верны, то, часто меняя потенциал тела, помещенного в изолирующую газообразную среду, можно рассеять любое количество энергии. Большее количество энергии тогда, полагаю я, не рассеивается в форме длинных эфирных волн, перемещающихся на большие расстояния, как многие полагают, но потребляется, как, например, в случае с изолированным шаром — в процессе потерь в результате ударов и столкновений и вблизи шара. Для уменьшения рассеивания необходимо добиться небольшой электрической плотности — тем меньшей, чем выше частота.