НИКОЛА ТЕСЛА. ЛЕКЦИИ. СТАТЬИ. - Никола Тесла

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.