Лекции

Электростатические притяжения и отталкивания тел измеримых габаритов из всех проявлений этой силы — первые отмеченные так называемые электрические явления. Но хотя мы знакомы с ними уже несколько столетий, точная природа механизма этих явлений нам до сих пор неизвестна, и не была удовлетворительным образом объяснена. Что же это за механизм? Мы не можем не удивляться, когда видим два магнита, притягивающие и отталкивающие друг друга с силой в несколько сотен фунтов, а между тем между ними ничего нет. В наших промышленных динамо-машинах установлены магниты, способные удерживать в воздухе предметы весом в несколько тонн. Но что такое даже эти силы, действующие между магнитами, по сравнению с гигантскими силами притяжения и отталкивания, производимыми электростатической силой, интенсивность которой не имеет предела. Во время разрядов молнии предметы часто заряжаются до неимоверного потенциала, такого, что их отбрасывает в сторону с непостижимой силой, разрывает на части или разносит на куски. И всё же даже эти эффекты не сравнятся с притяжениями и отталкиваниями, которые существуют между молекулами и атомами и которых достаточно, чтобы направлять их движение со скоростью несколько километров в секунду, так что под их яростными ударами предметы сильно раскаляются и испаряются. Особенно интересно для мыслителя, занятого исследованием природы этих сил, отметить, что в то время как действие между молекулами и атомами происходит, кажется, при любых условиях, притяжение и отталкивание крупных тел подразумевает наличие среды, обладающей изолирующими свойствами. Так, если воздух, разреженный или нагретый, стал более или менее проводником, то это взаимодействие между двумя заряженными телами практически прекращается, в то время как взаимодействие между атомами продолжает проявляться.

Тому примером может служить эксперимент, который вскроет и другие интересные особенности. Некоторое время назад я показывал, что нить накаливания или провод, помещенные в лампу и соединенные с выводом вторичной обмотки катушки высокого напряжения, начинают вращаться, причем верхний конец нити описывает круг. Эта вибрация была очень энергичной, когда воздух в колбе был под обычным давлением и становилась менее энергичной, когда его сильно сжимали. Она прекращалась, когда воздух откачивали до такой степени, что он становился хорошим проводником. В это время я обнаружил, что колебаний не происходило, когда в колбе был высокий вакуум. Но я предположил, что вибрация, которую я приписывал электростатическому действию между стенками колбы и нитью, должно иметь место и в высоком вакууме. Для проверки этого предположения в более благоприятных условиях была сконструирована лампа (рисунок 10). Она состояла из колбы Ь, в основание которой был запаян платиновый провод, несущий нить накаливания f. В нижнюю часть колбы была впаяна трубка /., окружающая нить. Воздух максимально откачан.

Эта лампа подтвердила мое предположение, так как нить начала вращаться при подаче тока и раскалилась. Была отмечена еще одна интересная особенность, имеющая отношение к предыдущим высказываниям, а именно: когда нить была раскаленной некоторое время, узкая трубка и пространство внутри нее нагрелись и газ внутри стал проводником, электростатическое притяжение между стеклом и нитью прекратилось или сильно ослабло, и нить остановилась. После остановки она светилась более интенсивно. Это, видимо, произошло потому, что нить заняла положение в центре трубки, где молекулярная бомбардировка наиболее сильна, а частично вследствие того, что отдельные удары были более сильными, и что энергия совсем не преобразовывалась в механическое движение. Поэтому, согласно общепринятым взглядам, в данном эксперименте накаливание следует отнести к ударам частиц, молекул и атомов в нагретом пространстве, а эти частицы, следовательно, должны быть независимыми носителями зарядов, помещенных в изолирующую среду; и всё же притяжение между стеклом и нитью отсутствует, так как пространство в трубке, в целом, — проводник.

В этой связи интересно отметить, хотя притяжение между двумя заряженными телами может прекратиться вследствие уменьшения изолирующих свойств среды, в которую их поместили, отталкивание между этими телами всё же может наблюдаться. Это можно логично объяснить. Когда два тела помещают на некоем расстоянии друг от друга в слабо проводящую среду, такую, как теплый или разреженный воздух, и резко электризуют, передавая им противоположные заряды, эти заряды более или менее компенсируют друг друга, протекая сквозь воздух. Но если телам переданы одинаковые заряды, то для такой утечки нет возможности, поэтому отталкивание, наблюдаемое в таких случаях, сильнее, чем притяжение. Отталкивание в газообразной среде, однако, как показал профессор Крукс, усиливается молекулярной бомбардировкой.

Ток или электродинамические явления

До сих пор мои выступления были посвящены эффектам, вызванным меняющейся электростатической силой в изолирующей среде, такой, как воздух. Когда такая сила действует в крупном проводнике, она вызывает в нем или на его поверхности электрические деформации и порождает электрический ток, а он приводит к иного рода явлениям, некоторые из которых я сейчас попытаюсь продемонстрировать. При представлении этой второй группы явлений, я обращусь к тем из них, которые можно показать, не пользуясь обратным контуром, в надежде заинтересовать вас новизной.

Сложилась давняя традиция, по причине недостатка опыта работы с колеблющимися токами, по которой считалось, что электрический ток — это нечто, циркулирующее в замкнутом проводящем контуре. Поразительным открытием стал тот факт, что ток может течь в контуре, даже если он разомкнут, и еще более удивительное, что иногда даже легче создать электрический ток в таких условиях, чем в замкнутой цепи. Но эта старая идея постепенно отступает, даже среди практиков, и вскоре будет совсем забыта.

Если я соединю металлическую пластину Р (рисунок 11) с одним из выводов Т катушки индуктивности, даже если пластина хорошо изолирована, по проводу течет ток, когда катушка включается. Во-первых, я хотел бы привести доказательства того, что по соединительному проводу течет ток. Самым очевидным доказательством будет, если мы включим в цепь между пластиной и выводом катушки тонкий провод w из платины или нейзильбера и доведем его до накала или расплавим. Для этого требуется довольно большая пластина, либо ток высокого потенциала и частоты. Можно сделать и по-другому: взять катушку С из тонкого изолированного провода (рисунок 11) и включить ее последовательно между пластиной и выводом. Когда я соединяю концы этой катушки с пластиной Р, а другой с выводом Т катушки индуктивности и включаю ее, через катушку С течет ток и его существование можно продемонстрировать разными способами. Например, я вставляю в катушку железный сердечник г. Так как ток высокой частоты, хоть и небольшой силы, вскоре сердечник ощутимо нагревается, так как наблюдается запаздывание фазы, и при такой высокой частоте потери тока значительны. Можно взять сердечник определенного размера, составной или нет, неважно, но обычный железный провод толщиной /16 или 1/ дюйма вполне сгодится. Во время работы катушки ток пронизывает включенную в цепь вторую катушку и нескольких мгновений достаточно для того, чтобы размягчить воск 5 и сделать так, чтобы картонная прокладка р выпала. Но при помощи той аппаратуры, что есть у меня здесь, можно провести более интересную демонстрацию. У меня имеется вторичная обмотка s из грубого провода (рисунок 12), намотанная на катушку, подобную первой. В предыдущем опыте сила тока в катушке С (рисунок 11), была мала, но вследствие большого числа витков тем не менее достигался эффект сильного нагрева. Если бы я пропустил такой ток через проводник, чтобы продемонстрировать его нагрев, желаемого эффекта можно было бы и не достигнуть. Но с такой катушкой, имеющей подобную вторичную обмотку, я могу преобразовывать слабенький ток высокого напряжения, который проходит через первичную обмотку Р, в сильный вторичный ток низкого напряжения, и этот ток сделает то, что я от него хочу. В стеклянную трубку t (рисунок 12) я поместил витой платиновый провод w для того, чтобы защитить его. С обоих концов трубки в нее запаяны выводы толстого провода, к которым присоединены концы платинового провода. Я соединяю выводы вторичной обмотки с этими выводами и включаю первичную обмотку р между изолированной пластиной Р и выводом Tf катушки индуктивности, как и прежде. Когда катушка включается, платиновый провод моментально накаляется и может расплавиться, даже если он толстый.