Токопроводящая трубка или покрытие, помимо того, что действуют как более или менее эффективный экран в истинном значении этого слова, в силу своей электропроводности могут также выступать в качестве разновидности эквалайзера, или в качестве элемента, снижающего интенсивность бомбардировки стеклянной ножки. Я представляю себе это действие следующим образом: представьте себе процесс ритмичной бомбардировки электропроводной трубки, возникший по причине того, что недостаточно хорошо работает в качестве экрана. При этом неизбежно часть молекул, или атомов, должны воздействовать на трубку быстрее, нежели остальные. Те из них, которые первыми вступают в контакт с ней, передают ей свой избыточный заряд и трубка электризуется. Электризация немедленно распространяется по всей поверхности трубки. Но это должно снизить потери энергии, происходящие в результате бомбардировки по двум причинам: во-первых, заряд передаваемый атомами, распространяется по большой площади, и следовательно, электрическая плотность в любой точке невелика, и атомы отталкиваются с меньшей силой, нежели они это делали бы во время ударов о хороший изолятор; во-вторых, поскольку трубка наэлектризовывается атомами, первыми вступившими с ней в контакт, то движение последующих атомов к трубке затруднено из-за отталкивающего эффекта, который возникает между трубкой и одинаково с ней заряженными атомами. Возможно, что сила отталкивания достигает такой величины, что значительная часть атомов не может достичь трубки, но в любом случае она должна уменьшить энергию их воздействия. Понятно, что при очень слабом разрежении и тогда, когда газ электропроводен, никакой из описанных выше эффектов произойти не может. С другой стороны, все меньше атомов могут перемешаться с большой свободой. Другими словами, чем выше степень разрежения, чем она ближе к предельной — тем более выразительны оба этих эффекта.
Все вышесказанное позволяет объяснить явление, которое наблюдал профессор Крукс. Он заметил, что разряд, проходящий через лампу, возникает значительно легче при наличии в ней изолятора, чем если бы в ней находился проводник. По моему мнению, проводник в качестве успокоителя движения атомов действует двумя отмеченными способами. Следовательно, чтобы вызвать видимый разряд, проходящий через лампу, в случае наличия проводника, особенно с большой поверхностью, необходима большая разность потенциалов.
Для того, чтобы прояснить некоторые сделанные ранее замечания, я должен буду обращаться к рисункам 18, 19, 20, на которых изображены разные типы наиболее часто используемых ламп.
На рис. 18 показано поперечное сечение сферической лампы L со стеклянной ножкой S. В ножку запаян провод W, к которому прикреплена нить накаливания /, служащая опорой для тугоплавкого электрода т, расположенной в центре. М — лист тонкой слюды, в несколько слоев обернутый вокруг ножки S, а а — алюминиевая трубка.
На Рис. 19 изображена эта же лампа, но с некоторыми улучшениями. Металлическая трубка S закреплена при помощи небольшого количества цемента в горловине трубки. В трубку ввинчена пробка Р, сделанная из изолирующего материала, в центре которой закреплена металлическая клемма t, служащая для подсоединения к проводу w. Эта клемма должна быть хорошо изолирована от металлической трубки S. Таким образом, если использованный цемент электропроводен, — а как правило это именно так — то пространство между пробкой Р и горловиной лампы должно быть заполнено хорошим изоляционным материалом, таким как порошок слюды.
На Рис. 20 представлена лампа, изготовленная для экспериментальных целей. В этой лампе алюминиевая трубка имеет внешнее соединение, которое служит для исследования эффекта трубки, происходящего при различных условиях. В основном она предназначена для использования в серии экспериментов, описанных ниже.
Бомбардировка ножки, содержащей запаянный провод, происходит в результате индуктивного воздействия последнего на разреженный газ. Уменьшение этого воздействия дает ряд преимуществ, которого можно достичь, если использовать очень тонкий провод, покрытый толстым слоем изоляции, изготовленной из стекла, или другого материала, а также, если провод, проходящий через газ, будет как можно короче. Чтобы скомбинировать эти характеристики, я использовал большую трубку Т(Рис. 21), которая вдается внутрь лампы на определенное расстояние и имеет на своей верхней части очень короткую стеклянную ножку s, в которую запаян провод W. Для защиты верхней части стеклянной ножки от нагревания, я использовал маленькую алюминиевую трубку а, а нижнюю часть, как обычно, покрыл слоем слюды. Провод W, проходящий через большую трубку лампы наружу, должен быть хорошо изолирован, например, стеклянной трубкой, а пустое пространство между стенками и проводом должно быть заполнено хорошим изолятором. Среди множества изолирующих порошков, которые мне довелось опробовать, наиболее пригодным для использования является порошок слюды. Если не предпринять эти меры предосторожности, то трубка Т, вдающаяся в лампу, непременно треснет от нагревания кистевыми электрическими разрядами, которые образуются верхней части трубки вблизи сферы с разреженным газом. Эта опасность особенно велика, если в трубке создается сильный вакуум. Поэтому разность потенциалов, необходимая для обеспечения работы лампы, очень высока.
На Рис. 22 представлено похожее расположение частей, где большая трубка Т, вдается внутрь лампы, содержащей тугоплавкий электрод т. В данном случае провод, идущий извне внутрь лампы, отсутствует, а необходимая энергия подается через покрытия конденсатора С С, В этой конструкции изолирующая прокладка Р должна плотно прилегать к стеклу и быть достаточно широкой, иначе разряд может не пойти через провод W, соединяющий внутреннее покрытие конденсатора с электродом накаливания m.
Молекулярная бомбардировка стеклянной ножки в лампе является источником больших сложностей. В качестве иллюстрации, я приведу в пример явление, которое наблюдал слишком часто и без удовольствия. Для этого можно взять лампу, предпочтительно большую и некое тело с хорошей электропроводностью, такой как кусок угля. Уголь размещается на платиновой проволоке, которая впаяна в стеклянную ножку лампы. Из лампы тщательно выкачивают воздух до состояния, близкое к тому, когда начинает возникать свечение. При подключении лампы к катушке, кусок угля , если он мал, сначала может раскалиться добела, но затем его яркость сразу же уменьшится, после чего через стекло, где-нибудь в области середины ножки, может возникнуть разряд в форме ярких искр. И все это происходит несмотря на то, что между платиновой проволокой и разреженным газом имеется хороший электрический контакт через кусок угля, или металл на крышке. Первые искры исключительно ярки, и напоминают те, что вылетают с поверхности чистой ртути. Но поскольку они очень быстро нагревают стекло, то их яркость быстро уменьшается, и они исчезают совсем, когда стекло в месте разрыва раскаляется, или нагревается до такой степени, что препятствует прохождению тока. Когда я впервые наблюдал это явление, оно показалось мне очень любопытным и замечательным образом демонстрирующим, насколько сильно отличается поведение переменного тока или импульсов высокой частоты от поведения постоянного тока или тока низкой частоты. При использовании частот, получаемых механическим способом, я думаю, что повреждение стекла является в большей или меньшей степени следствием бомбардировки, которое его нагревает и тем самым ухудшает изоляционные свойства. Но я не сомневаюсь, что при использовании частот, получаемых при помощи конденсатора стекло может треснуть без предварительного нагревания. Хотя сначала это кажется исключительным явлением, на самом деле это то, чего следовало бы ожидать. Электрическая энергия, поступающая к проводу, проходящему внутри лампы, частично испускается непосредственно угольным электродом, а частично — индукцией, через стекло окружающее провод.
Поэтому данный случай аналогичен тому, в котором конденсатор, имеющий внутренне параллельное соединение при помощи проводника с низким сопротивлением, подсоединяется к источнику переменного тока. До тех пор, пока частота остается низкой, проводник отбирает на себя все что может, и конденсатор сохраняется неповрежденным. Но когда частота становится чрезмерной, роль проводника может стать совершенно незначительной. В последнем случае разность потенциалов на клемме конденсатора может стать настолько большой, что диэлектрик разрушится, даже несмотря на то, что клеммы соединены между собой проводником с низким сопротивлением.
Конечно, для того, чтобы получить накал тела, помещенного в лампу, нет необходимости использовать такой ток, при котором тело становится электропроводным, и даже совершенно неэлектропроводное тело могло бы легко нагреваться. Для этой цели, достаточно окружить электропроводный электрод диэлектриком, таким как в лампе, описанной выше на рис. 21. В ней тонкая нить накаливания лампы покрыта неэлектропроводным материалом и поддерживает наверху электрод, изготовленный из такого же самого материала. Сначала бомбардировка поддерживается индуктивным воздействием через диэлектрик, и продолжается до тех пор, пока он не нагреется до такой степени, что станет электропроводным, и тогда бомбардировка продолжается обычным способом.
На Рис. 23 представлены компоновки элементов ламп различных конструкций. В данном случае диэлектрик М встроен в часть обычной легкой угольной дуги так, что он находится чуть выше последней. Угольный элемент соединен с внутренним проводом, проходящим через стеклянную ножку, которая покрыта несколькими слоями слюды. Обычно для экранирования используется алюминиевая трубка а. Она расположена таким образом, что выступает вверх почти на такую же высоту, что и угольный элемент, и только диэлектрический элемент т чуть-чуть возвышается над ней. Сначала происходит бомбардировка верхней части угля, поскольку нижняя часть защищена алюминиевой трубкой. Однако, как только диэлектрик m нагревается до такой степени, что обретает хорошую электропроводность, центром бомбардировки становится именно он.
Во время этих экспериментов я сконструировал множество таких однопроводных ламп с внутренним электродом, или без него, в которых излучающее вещество размещалось напротив или над телом, подлежащим накаливанию. На Рис. 24. показана одна из таких ламп. Она состоит из колбы L, снабженной длинной шейкой п, в верхней части лампы, которая служит для того, чтобы в некоторых усиливать действие лампы посредством подключения к внешнему электропроводному покрытию. В нижней части колбы L имеется небольшое утолщение Ь, которое служит для прочного крепления колбы в гнезде S, сделанного из изолирующего материала. Лампу закрепляется в гнезде при помощи цементирующего материала. Тонкая нить накаливания f лампы, закрепленная на проводе W, проходит через центр колбы L. Нить накаливания подвергается нагреву в средней части, там, где бомбардировка, происходящая с нижней внутренней поверхности сферы, наиболее интенсивна. Нижняя часть колбы, примерно до уровня возвышения гнезда делается токопроводящей путем нанесения на нее фольги, или иным образом, а внешний электрод подключается к клемме катушки.
Способ подключения элементов, схематически изображенный на Рис. 24, был признан не самым лучшим для того, чтобы вызвать накал у нити накаливая, или электрода, расположенного в центре сферы, однако он достаточно удобен для того, чтобы вызвать свечение объекта.
Во время проведения множества экспериментов, где тела разных типов встраивались в лампу, как, например, на Рис.23, были сделаны интересные наблюдения.
В частности, обнаружилось, что в таких случаях, независимо от того, где начиналась бомбардировка, как только достигалась высокая температура, обычно выявлялось одно из тел, которое принимало на себя основную мощь бомбардировки, тем самым освобождая от нее другое, или другие тела. Это качество принципиально зависит от точки плавления и от легкости, с которой тело "испаряется" или, говоря вообще, расщепляется. Значение последнего термина заключается не только в испускании атомов, но и более крупных частей тела. Результаты этого научного наблюдение соответствовали общепринятым представлениям. В лампе с сильным разрежением газа, электричество уносится с электрода независимыми носителями: частично атомами или молекулам оставшегося в сосуде воздуха, и частично атомами и молекулами электрода. Если электрод сделан из тел с различными характеристиками и одно из них расщепляется легче, чем остальные, то большая часть потребляемого электричества улетучивается именно через тело, которое быстрее остальных достигает высокой температуры. Более того, при увеличении температуры это тело по-прежнему будет легче расщепляться, чем остальные.
Мне представляется весьма вероятным, что похожие процессы могут иметь место в лампе даже с однородным электродом, и они являются главной причиной расщепления тел. Они имеют некоторое отношение к неровностям поверхности, даже если поверхность электрода подвергнута самой тщательной полировке. Разумеется, такой операции невозможно подвергнуть большинство тел из тугоплавкого материала, используемых в качестве электродов. Допустим, что какая либо точка электрода горячее, чем другие. Тогда немедленно большинство разрядов начинает проходить через эту точку, и через несколько минут этот участок тела плавится и испаряется.
Теперь уже стало возможным, чтобы вследствие интенсивного расщепления тело поглощало бы температуру, либо вырабатывало противодействующую силу, так, как это происходит в дуге. В любом случае, локальный отрыв как недостаток, наряду с другими ограничениями, находится в допустимых пределах погрешностей, присущих данному эксперименту. Если отрыв все же происходит, то через некоторое время весь процесс возникает в другом месте. Невооруженному глазу электрод кажется одинаково гладким и блестящим, но вокруг него имеются точки в которых температура значительно выше той, что на его поверхности. Эти точки находятся в постоянном движении и сильно ускоряют процесс износа электрода. То, что подобное происходит, по крайней мере, тогда, когда электрод находится в условиях низкой температуры, можно подтвердить следующим экспериментом. В лампе создается очень сильный вакуум, такой, что при достаточно большой разности потенциалов разряд не происходит — по крайней мере, его не видно, так как, по всей вероятности, слабый невидимый разряд возникает постоянно. Теперь медленно и осторожно увеличиваем разность потенциалов, пустив первичный ток, но не более чем на мгновение. В определенной момент времени на сфере появятся одна, две или полдюжины светящихся точек. Очевидно, что эти места подверглись более интенсивной бомбардировке, чем остальные. Это является следствием неравномерно распределенной электрической плотности, вызванной неоднородностью формы или, говоря вообще, неровной поверхностью электрода. Но светящиеся места постоянно меняют свое положение, и это хорошо заметно если на поверхности лампы их очень мало. Это указывает на то, что структура электрода быстро изменяется.
Из опытов этого типа я сделал вывод, что для того, чтобы быть более прочной, тугоплавкий электрод в лампе должен иметь форму сферы и очень хорошо отполированную поверхность. Такую маленькую сферу можно изготовить из алмаза, или из некоторых других видов кристаллов, но лучше всего в условиях чрезвычайно высоких температур, которые можно достичь с помощью некоторых оксидов — таких как, например, оксид циркония — изготовить маленькую каплю, а затем поместить ее внутрь лампы при температуре, чуть ниже ее точки плавления. Несомненно, что при проведении исследований в направлении сверхвысоких температур могут быть получены очень полезные результаты. Но как можно достичь столь высокой температуры нагрева? Как в природе происходит сильное нагревание? Под воздействием звезд, при помощи высоких скоростей и в результате столкновений. При столкновении может быть достигнута любая степень нагревания. В химическом процессе мы ограничены. Когда кислород и водород соединяются, то они, образно говоря, падают с определенной высоты. Мы не можем подойти близко к взрыву, как и не можем удержать тепло в печи, но в разреженной лампе на маленьком участке мы можем сконцентрировать любое количество энергии. Таким образом, если опустить вопросы, связанные с возможностью практического достижения этих целей, то по-моему, это должно быть средство, при помощи которого мы могли бы добиться высокой температуры. Но, на практике мы сталкиваемся с большой проблемой, которая заключается в том, что в большинстве случаев вещество разрушается быстрее, чем оно может расплавиться и принять форму капли. Это особенно типично для оксидов, таких как оксид циркония, из которого невозможно сделать твердый кусок так, чтобы он быстро не разрушался. Я многократно пытался расплавить цирконий, помещая его в чашу или в углеродную дуговую лампу так, как это показано на рис. 23. Он светился с большой интенсивностью, а поток частиц, выбрасываемых им из углеродной чаши, имел ярко-белый цвет, но вне зависимости от того, был ли он в форме твердого кусочка, или в виде пасты с углем, он разрушался раньше, чем успевал расплавлялся. Я вынужден был поместить углеродную чашу с цирконием очень низко в шейку большой лампы, поскольку нагревание лампы от вылетающих частичек оксида было настолько быстрым, что при первом испытании лампа треснула практически через мгновение после того, как включили ток. Обнаружилось, что при нагревании стекла вылетающими частицами, нагрев происходит намного быстрее, если в угольную чашу поместить быстро разрушающееся вещество. Я предполагаю, что в этих случаях, при том же самом напряжении, достигается более высокая скорость частиц, и поэтому, в единицу времени испускается большее количество вещества, следовательно, больше частиц воздействует на стекло.
Однако вышеупомянутая проблема отсутствует, если тело, помещенное в углеродную чашку, обладает большой устойчивостью к разрушению. Например, если оксид сначала расплавить в пламени кислорода, а затем поместить его в лампу, он легко плавится и превращается в каплю.
Вообще, во время процесса плавления, были отмечены великолепные световые эффекты, которым трудно дать исчерпывающее толкование и объяснение.
Чем выше частота, тем больше отклонение от постоянного тока — худшее, что может быть для нити накаливания. Но если продемонстрирована истинность этого замечания, то неверно было бы полагать, что тугоплавкий электрод, который использовался в лампах, под действием тока очень высокой частоты должна разрушаться быстрее, чем под действием низкочастотного постоянного тока. По своему опыту я могу сказать, что все происходит совсем наоборот: электрод лучше противостоит бомбардировке под действием тока очень высокой частоты. Но это происходит потому, что высокочастотный разряд проходит через разреженный газ намного легче, чем разряд постоянный или низкочастотный. Это позволяет сделать вывод, что с разрядом постоянного тока мы можем работать при более низкой разности потенциалов, либо при менее сильном воздействии. Таким образом, до тех пор, пока газ не начинает оказывать влияние, постоянный или низкочастотный ток предпочтительнее, но как только действие газа усиливается, предпочтение отдается току высокой частоты.
В ходе этих экспериментов было проведено большое количество испытаний со всеми типами угольных электродов. Электроды сделанные из обычного углерода, несомненно, оказались более долговечными, чем электроды, сделанные с применением высокого давления. Электроды, которые изготовлялись хорошо известными способами осаждения угля, зарекомендовали себя не лучшим образом — от их использования сфера быстро покрывалась черным налетом. Основываясь на результатах многочисленных опытов, я сделал вывод, что нити ламп накаливания, полученные таким способом можно с успехом использовать только при низкой разности потенциалов и низкочастотном токе. Некоторые виды угля настолько сильно противостоят воздействию тока, что для того, чтобы довести их до раскаленного состояния, необходимо использовать очень маленькие по размеру электроды. В этом случае осуществление наблюдений сопряжено с большими трудностями, вызванными мощным тепловым излучением. Тем не менее, не вызывает сомнения тот факт, что вес типы углерода плавятся под воздействием молекулярной бомбардировки, а их жидкое состояние чрезвычайно нестабильно. Из всех типов испытанных веществ были выделены два, наиболее устойчивых — алмаз и карборунд. Эти два вещества имеют примерно одинаковые свойства, но последний предпочтительнее по многим причинам. Поскольку это вещество еще мало изучено, то я позволю себе привлечь к нему Ваше внимание и остановиться на нем более подробно.
Оно было получено недавно Е.Г. Ачесоном из города Мононгахела, США. Он намеревался заменить им обычный алмазный порошок в шлифовальных кругах и т.д. и насколько мне известно, его старания увенчались успехом. Я не знаю, почему этому материалу присвоили такое название "карборунд". Не исключаю, что такой выбор обосновали некоторые детали его промышленного получения. Благодаря любезности изобретателя, некоторое время назад я получил несколько образцов этого материала, которые я намеревался испытать на предмет качества свечения и способности противостоять воздействию высокой температуры.
Карборунд можно получить в двух формах — в форме кристалла и порошка. Невооруженному глазу кристаллы кажутся темным, но очень ярким; порошок по цвету очень близок к цвету обычного алмазного порошка, только намного более красив. При рассмотрении образцов кристаллов под микроскопом, мне показалось, что они не имеют определенной формы и больше напоминают частицы молотого каменного угля высокого качества. Большая их часть была непрозрачна, но встречались также прозрачные и даже цветные. Эти кристаллы представляют собой разновидность углерода, содержащего некоторое количество примесей, они необычайно твердые и устойчивы к разрушению в течение длительного времени даже в кислородном пламени. При воздействии на них пламенем кислородной горелки, они сначала спекаются в плотную массу, возможно, вследствие расплавления содержащихся в них примесей. Эта масса очень устойчива к действию пламени, и не плавится в течение длительного времени, но в конце концов после того, как возникнет медленное горение, или пламя, образуется стеклоподобный осадок. Я предполагаю, что это расплавленный оксид алюминия. В сильно спрессованном состоянии это вещество хорошо проводит электрический ток, но не так хорошо как обычный углерод. Порошок, каким-то образом полученный из кристаллов практически не проводит электрический ток. Он является великолепным материалом для шлифовки камней.
У меня было мало времени, чтобы сделать удовлетворительный анализ свойств этого вещества, но поэкспериментировав с ним несколько недель, я могу сказать, что оно обладает многими замечательными свойствами.
Он обладает исключительно высокой устойчивостью к высоким температурам, слабо разрушается при молекулярной бомбардировке и не загрязняет стеклянную сферу как обычный углерод. Есть только одна проблема, которую я обнаружил в ходе этих экспериментов — это проблема найти связывающие материалы, которые были бы столь же устойчивыми к воздействию тепла и бомбардировки, как и сам карборунд.
Здесь у меня есть несколько ламп, которые я оснастил электродами из карборунда. Чтобы изготовить такой электрод из кристалла карборунда, я поступил следующим образом. Я взял обычную нить накаливания и окунул ее в смолу, или другое плотное вещество, например, краску, которое может легко обугливаться. Затем я пропустил нить накаливания через кристаллы, и стал держать ее вертикально над горячей пластиной. Смола размягчилась и образовала каплю на конце нити накаливания, а кристаллы приклеились к поверхности капли. Регулируя расстояние от горячей пластины до смолы, я медленно высушил ее и электрод стал твердым. Затем я еще раз погрузил электрод в смолу и держал его над горячей пластиной до тех пор, пока смола не испарилась, оставив только твердую массу, которая прочно скрепила кристаллы. Если требовалось получить большой электрод, я повторял процесс несколько раз и обычно покрывал нить накаливания смолой на некоторое расстояние ниже капли с кристаллами.
Затем электрод устанавливался в лампе. После того как в лампе создавался сильным вакуум, я пропускал через нее сначала слабый, а затем сильный разряд для того, чтобы смола обгорела, и все газы были вытеснены. И только после этого я включал лампу на полную мощность.
При использовании порошка, наилучшим способом, который я смог найти, является следующий: Я сделал густую пасту из карборунда и смолы и пропустил через нее нить накаливания. Затем натер нить накаливания кусочком замши с нанесенной на нее пастой, после чего держал ее над горячей пластиной до тех пор, пока смола не испарилась, и покрытие не стало прочным. Я повторял этот процесс много раз, для того, чтобы получить необходимую толщину покрытия. На конце нити накаливания, уже покрытой смолой с порошком я таким же образом сформировал электрод.
Нет никаких сомнений в том, что такой электрод из карборунда, полученный при высоком давлении, особенно если он сделан из порошка наилучшего качества, будет устойчив к действию молекулярной бомбардировки, как никакое другое известное вещество. Проблема только в том, что связующий материал разрушается, и карборунд с течением времени постепенно осыпается. Поскольку он меньше всего загрязняет стеклянный шар, то он может оказаться полезным для покрытия нити накаливания в обычной лампе, и я даже думаю, что вполне можно сделать тонкие нити или стержни из карборунда, которые заменили бы обычные нити накаливания в лампах. Покрытие из карборунда оказалось более долговечным, чем другие, не только потому, что карборунд устойчив к действию высоких температур, но и потому, он лучше соединяется с углеродом, нежели другие испытанные мною вещества. Например, покрытие из циркония, или любого другого оксида разрушается намного быстрее. Я изготовил электрод из алмазной пыли таким же способом, как и из карборунда, но связующая паста разрушалась намного быстрее на алмазных электродах. Однако я отнес эти недостатки на счет неровностей алмазных частичек.
Было интересно найти ответ на вопрос, обладает ли карборунд способностью к свечению. Я был готов встретиться с двумя трудностями. Во-первых, как твердое вещество, в кристаллической форме он является хорошим проводником, а известно, что проводники не способны светиться. Во-вторых, его порошок очень мелкий, и не подходит для того, чтобы ярко продемонстрировать это качество, так как мы знаем, что когда кристаллы, даже такие как алмаз или рубин, находятся в виде мелкого порошка, их способность светиться существенно уменьшается.
Отсюда возникает вопрос, может ли светиться проводник? Что лишает такой материал как, например, металл, возможности светиться, если это свойство характеризует его как проводник? Общеизвестно, что большинство светящихся тел теряют это свойство, когда их нагревают до такой температуры, что они становятся в той, или иной степени электропроводными.
Таким образом, если металл будет в большой мере, а возможно и полностью лишен этой способности, он должен получить способность светиться. Следовательно, возможно, что при очень высокой частоте, когда он ведет себя как непроводник, металл или другой проводник может проявить способность к фосфоресценции, даже если он совершенно не способен светиться под действием низкочастотного разряда. Однако, возможен и другой способ вызвать свечение проводника.
До сих пор еще имеется много неясностей в отношении того, что же в реальности представляет собой фосфоресценция, и не называют ли этим термином разные явления, возникающие вследствие одних и тех же причин. Представьте себе, что в разреженной лампе под действием молекул поверхность куска металла или другого проводника начинает светиться ярким светом, но при этом обнаруживается, что он остается сравнительно холодным. Можно ли этот яркий свет назвать фосфоресценцией? Такой результат, по крайней мере, теоретически, возможен, это не более чем вопрос разности потенциалов или скорости. Предположим, что разность потенциалов на электроде, и, следовательно, скорость выбрасываемых атомов достаточно высоки. Тогда, поверхность куска металла, бомбардируемого атомами, должна сильно накаляется, поскольку процесс выработки тепла происходит несоизмеримо быстрее, чем излучение и отток тепла от поверхности. Глазу наблюдателя может показаться, что единичное столкновение атомов сопровождается мгновенной вспышкой, но если вспышки повторяются с достаточно высокой частотой, то они производят непрерывное воздействие на сетчатку глаза. При этом наблюдателю будет казаться, что поверхность металла имеет постоянный накал и светится с постоянной интенсивностью, тогда как в реальности, такой свет является прерывистым или, по крайней мере, периодически меняет свою интенсивность. Температура куска металла будет повышаться до тех пор, пока не установится состояние равновесия, т.е. до тех пор, пока непрерывно излучаемая энергия не будет равна поглощаемой. Однако в таких условиях вполне может сложиться ситуация, когда подаваемой энергии может оказаться недостаточно для того, чтобы повысить температуру тела свыше среднего значения, особенно тогда, когда частота атомных столкновений очень низкая — но достаточная для того, чтобы человеческий глаз не различал колебания интенсивности света. Тогда тело благодаря способу, которым оно получает энергию, должно излучать сильный свет, а температура тела должна быть ниже среднего значения. Как наблюдатель назовет полученный таким способом свет? Даже если анализ света покажет нечто определенное, он, вероятно, отнесет это к явлению фосфоресценции. Возможно, что таким образом и электропроводные, и неэлектропроводные тела могут поддерживаться в состоянии определенной интенсивности свечения, но энергия, необходимая для этого, очень сильно варьируется, в зависимости от природы и свойств тел. Эти и некоторые другие вышеупомянутые замечания умозрительного характера были сделаны просто для того, чтобы обозначить любопытные особенности переменного тока или электрических импульсов. С их помощью мы можем сделать так, чтобы при определенной средней температуре тело излучало бы больше света, чем оно могло бы излучить при той же температуре под действием постоянного тока. А также, мы можем довести тело до точки плавления, и чтобы при этом оно излучало меньше света, чем оно выделяет при температуре плавлении, достигнутой обычными способами. Все это зависит от того, как образом мы подаем энергию, и какой вид колебаний мы используем. В одном случае колебания больше, в другом — меньше, в зависимости от их восприятия нашими органами зрения.
Некоторые эффекты, полученные при первых же испытаниях с карборундом, и которые я до этого не наблюдал, я квалифицировал как фосфоресценцию, но из последующих экспериментов стало ясно, что это вещество не обладает данным качеством. Кристаллы карборунда обладают свойством, заслуживающим особого внимания. Например, в лампе с одним электродом в виде маленького круглого металлического диска, при определенной степени разрежения электрод покрывается пленкой молочно-белого цвета, которая отделена темным пространством от света, заполняющего лампу. Когда металлический диск покрыт кристаллами карборунда, пленка становится более интенсивной, а цвет ее становится снежно белым. Это, как я позже установил, является простым эффектом блестящей поверхности кристаллов, поскольку хорошо отполированный алюминиевый электрод создает более или менее похожий эффект. Я провел множество экспериментов с образцами полученных мною кристаллов, именно потому, что они вызывали особый интерес. Этот интерес заключался в изучении их способностей к фосфоресценции с учетом того, что они обладают свойствами проводника.
Мне не удалось получить отчетливое свечение, но следует заметить, что решающее мнение можно будет сформировать только тогда, когда будут проведены другие эксперименты в этой области.
В некоторых экспериментах поведение порошка было таким, как если бы он содержал оксид алюминия, но при этом он не становился сколь либо отчетливого красного цвета, столь присущего последнему. Сияние его тусклого цвета возникает в значительной степени под воздействием молекулярной бомбардировки, и сейчас я абсолютно уверен, что он не обладает способностью к фосфоресценции. Поскольку результаты испытаний порошка еще не окончательны, так как, возможно, порошок карборунда не ведет себя подобно фосфоресцирующим сульфидам, которые могут находиться в состоянии очень мелкой пыли и при этом не потерять способности к свечению. Он ведет себя подобно порошку алмазов, или рубинов. Поэтому, для того, чтобы провести решающий тест, необходимо поместить его в большую лампу и отполировать его поверхность.
Если карборунд докажет свою полезность в связи с этим и подобными экспериментами, то его главная ценность будет использована при изготовлении покрытий, тонких проводников, кнопочных или других электродов, хорошо противостоящих очень сильному нагреванию.
Получение небольшого электрода, выдерживающего высокие температуры, я считаю задачей величайшей важности в деле производства света. Это позволит нам с помощью токов очень высокой частоты, получать более чем в 20 раз большее количество света, нежели то, что сейчас от обычных ламп накаливания, при том же расходе энергии. Эта оценка может показаться излишне преувеличенной, но я думаю, что она близка к реальности. Поскольку это утверждение может быть неправильно понято, я думаю, что необходимо яснее осветить проблему, с которой мы столкнулись на этом направлении работ, и способ, которым, по моему мнению, ее можно разрешить.
Любой, кто начинает изучать эту проблему, полагает, что для этого нужна лампа с электродом, имеющим очень высокую степень накаливания. И это будет его ошибкой. Сильный накал электрода является необходимым злом, а вот что действительно необходимо, так это сильный накал газа, окружающего электрод. Другими словами, проблема заключена в поиске лампы, способной довести газовую массу до наивысшей степени накала. Чем больше накаливание, тем быстрее основные колебания, тем больше экономичность получения света. Однако для того, чтобы поддерживать газовую массу в стеклянном сосуде в состоянии наивысшей степени накала в стеклянном сосуде, необходимо оградить газовую массу от соприкосновения со стеклом, то есть удерживать газ как можно ближе к центру сферы.
В одном из сегодняшних экспериментов образовался кистевой электрический разряд на конце провода. Этот кистевой разряд представлял собой пламя, и являлся источником тепла и света. Он не излучал ни сколь-нибудь ощутимого тепла, ни интенсивного свечения. Но разве оттого, что оно не обжигает мою руку, оно в меньшей степени является пламенем? Разве оно меньше является пламенем, если не причиняет боль моим глазам своим ярким светом?
Проблемой является получение в лампе такого пламени, которое было бы значительно меньшего по размеру, но несравнимо более мощным. Если бы в нашем распоряжении имелись средства для выработки электрических импульсов существенно более высокой частоты, и средства для их передачи, то от лампы можно было бы избавиться совсем, если конечно она не использовалась для защиты электрода, или для экономии энергии, ограничивая собой распространение тепла. Но поскольку в нашем распоряжении нет таких средств, то мы вынуждены помещать электрод в лампу и разрежать в ней воздух. Это сделано только для того, чтобы обеспечить работу прибора, которая невозможна при обычном давлении воздуха. В лампе мы можем усилить действие до любой степени — вплоть до того, чтобы кистевой разряд излучал яркий свет.
Интенсивность излучаемого света зависит от частоты и разности потенциалов импульсов, а также от электрической плотности на поверхности электрода. Очень важно использовать как можно меньший по размеру электрод, это необходимо для увеличения плотности. Когда вокруг маленького электрода происходят интенсивные столкновения молекул, то он раскаляется до очень высокой температуры, но вокруг него находится масса сильно раскаленного газа, или фотосфера пламени, которая в сотни раз превышает объем электрода.
Если в лампе использован электрод с алмазом, карборундом или цирконием, то фотосфера может превосходить объем электрода более чем в тысячу раз. Если особо не вдумываться, то может показаться, что при таком сильном накаливании электрод сразу испарится, но при детальном рассмотрении оказывается, что теоретически этого быть не должно, и результаты экспериментов это подтверждают. Именно этот факт определяет главную ценность такого типа ламп в дальнейшем.
Вначале, когда бомбардировка только начинается, основная работа происходит на поверхности электрода, но когда образуется сильно электропроводная фотосфера, нагрузка на электрод уменьшается. Чем больше раскалена фотосфера, тем сильнее ее электропроводность приближается к электропроводности электрода. Таким образом твердое тело и газ формируют единое электропроводное тело. Следствием этого является то, что при дальнейшем усилении накаливания, больше нагрузки приходится на газ и меньше на электрод. Образование мощной фотосферы оказывается главным фактором, обеспечивающим защиту электрода. Конечно, эта защита относительна, и не следует полагать, что при усиление накаливания уменьшается разрушение электрода. Тем не менее, теоретически, этот результат должен получаться при чрезвычайно высоких частотах, при температуре, намного превышающую точку плавления большинства из известных тугоплавких материалов. Поэтому электрод, способный противостоять очень мощной бомбардировке и другим внешним воздействиям, останется неповрежденным вне зависимости от того, как долго он подвергался такому, но более слабому воздействию. Применительно к лампе накаливания имеются совершенно иные соображения. Там газ ни с чем не связан: вся работа совершается на нити накаливания и время существования лампы ограничено только скоростью, с которой увеличивается степень накаливания. Именно экономические причины заставляют нас эксплуатировать ее при слабом накаливании. Но если лампа накаливания работает от тока очень высокой частоты, то действием газа пренебречь уже нельзя и правила экономной работы должны быть в значительной степени изменены. Для того, чтобы работа лампы с одним, или двумя электродами была близка к идеальной, необходимо задействовать импульсы очень высокой частоты. Помимо всего прочего, высокая частота предоставляет два важных преимущества, которые играют самую важную роль в экономических расчетах производства света. Во-первых, разрушение электрода уменьшается из-за того, что мы используем множество слабых воздействий, вместо нескольких сильных, которые быстро разрушают структуру электрода. Во-вторых, она способствует образованию большой фотосферы.
Для того, чтобы свести к минимуму разрушение электрода, желательно, чтобы колебания были гармоничными, так как любые рывки ускоряют процесс разрушения. Электрод проработает дольше, если накаливание создается током или импульсами, получаемыми от высокочастотного генератора переменного. Колебания такого тока происходят более плавно, нежели импульсы, получаемые от катушки пробойного разряда. В последнем случае нет сомнений, что большинство повреждений происходят из-за сильных внезапных разрядов. Одной из причин потерь энергии в такой лампе является бомбардировка сферы. Когда разность потенциалов очень высока, молекулы испускаются с большой скоростью, они ударяются о стекло и обычно вызывают сильное свечение. Получается очень красивый эффект, но по экономическим соображениям его следует избегать или сводить к минимуму. В данном случае, бомбардировка сферы, как правило, не вызывает фосфоресценцию, и потери энергии от бомбардировки снижаются. Эти потери энергии в лампе очень сильно зависят от разности потенциалов импульсов и от электрической плотности на поверхности электрода. При использовании тока очень высокой частоты, потери энергии в результате бомбардировки существенно уменьшаются. Во-первых, потому, что для получения такого же количества работы требуется меньшая разность потенциалов. Во-вторых, потому, что вокруг электрода создается высоко электропроводная фотосфера. То же самое получилось бы, если электрод был бы намного больше, что равнозначно меньшей электрической плотности.
Но уменьшая разность потенциалов, или плотность разряда, мы получаем определенную выгоду, а именно: избегаем сильных возмущений, которые настолько сильно воздействуют на стекло, что это порой превосходит пределы его эластичности. Если частота будет достаточно высока, то потери энергии вследствие недостаточной эластичности стекла будут совершенно незначительны. Потери энергии, вызванные бомбардировкой сферы, можно уменьшить, если использовать два электрода вместо одного. В этом случае каждый из электродов может быть подсоединен к одной из клемм, либо, если предпочтение отдается использованию только одного провода, то один электрод может быть подсоединен к клемме, а другой заземлен, или подсоединен к изолированному телу с определенной площадью поверхности, например, к затенителю лампы. В последнем случае, если не применить некоторые дополнительные настройки, то один из электродов может светиться более интенсивно, чем другой.
Но в целом, мне представляется предпочтительным, при задействовании тока столь высокой частоты, использовать только один электрод и один токопроводящий провод. Я убежден, что для работы осветительных приборов ближайшего будущего не потребуется больше одного подводящего провода, и в любом случае, они не будут иметь внутренних проводов, поскольку необходимую энергию можно будет с успехом подавать через стекло. В экспериментальных лампах внутренний провод в большинстве случаев используется из соображений удобства, так как при применении конденсаторного покрытия (как, например, способом, показанным на рис. 22) возникают некоторые трудности при соединении частей, но этих трудностей не должно возникать, при промышленном производстве большого количества ламп. В противном случае энергия может передаваться через стекло, а также через провод, а при таких высоких частотах потери энергии очень малы. Такие осветительные приборы будут неизбежно требовать для своей работы очень высокой разности потенциалов, что в глазах практиков может иметь спорное будущее. На самом же деле, высокая разность потенциалов не вызывает возражений — по крайней мере если обеспечена надежная безопасность таких устройств.
Есть два пути достижения безопасности электрических приборов. Один — это использовать низкую разность потенциалов, другой — создать аппаратуру с такими параметрами, чтобы ее безопасность не зависела от используемого напряжения. Из двух путей, последний мне кажется лучшим потому, что в этом случае обеспечивается абсолютная безопасность, не зависящая от каких-либо стечений обстоятельств, когда использование даже низкого напряжения могло бы представлять опасность для жизни, или для имущества. Но практические условия требуют не только определения разумных размеров аппаратуры, они также требуют применения определенного типа энергии. Например, легко создать трансформатор, который бы работал от обычного генератора переменного тока низкого напряжения, и который мог бы вырабатывать напряжение, необходимое для работы фосфоресцирующей трубки с сильным вакуумом. При этом, несмотря на столь высокое напряжение, эта трубка абсолютно безопасна, поскольку электрический удар от нее не причинит никакого вреда. Однако такой трансформатор будет довольно дорогим, и по своей сути неэффективным. Более того, электрическая энергия, полученная от него, не может быть экономично использована для освещения. Экономика требует использования энергии в виде очень быстрых колебаний. Проблема получения света подобна проблеме воспроизведения колоколом звука высоких тонов, можно сказать даже звука, находящегося на грани восприятия человеком. Даже эти слова недостаточно экспрессивны, чтобы выразить, насколько удивительна чувствительность человеческого глаза. Мы можем выдавать мощные удары через длительные интервалы времени, затрачивая на это много энергии, и не получая при этом того, что хотим. Либо, мы можем воспроизвести и держать ноту путем частых мягких ударов, что уже будет ближе к искомому уровню затратам энергии. В получении света может быть только одно правило, в рамках рассмотренных здесь осветительных приборов — использовать ток самой высокой частоты, которую только можно получить, однако, возможности для получения и передачи импульсов такого типа, по крайней мере сейчас, сильно ограниченны. Как только мы решим использовать ток очень высокой частоты, обратный провод станет ненужным, и конструкции всех устройств упростятся. Используя очевидные возможности, мы получим такой же результат, как и при применении возвратного провода. Для этого достаточно подсоединить к лампе, или расположить в непосредственной близости от нее изолированное тело с определенной площадью поверхности. Конечно, поверхность должна быть тем меньше, чем больше используемая частота и разность потенциалов. Кроме того, это необходимо для увеличения экономичности лампы или другого устройства.
Этот план работы устройств сегодня был применен в нескольких случаях. Так, например, накаливание электрода происходило в результате обхвата лампы рукой, то при этом тело экспериментатора служило для усиления интенсивности действия. Использованная лампа была похожа на ту, что представлена на Рис. 19. Возбуждение катушки проводилось до небольшой разности потенциалов, не достаточной для того, чтобы довести электрод до раскаленного состояния, когда лампа висела на проводе, и недостаточной для того, чтобы выполнить эксперимент более подходящим способом. Электрод был сделан таким большим, чтобы прошло немало времени, прежде чем он раскалился в удерживаемой лампе. Конечно, контакт с лампой был совершенно необязателен. Используя довольно большую лампу с чрезвычайно маленьким электродом легко произвести регулировки таким образом, чтобы накал в лампе образовывался при простом приближении к ней экспериментатора на расстояние в несколько футов, и ослабевал при его удалении.
В другом эксперименте, когда возбуждалось свечение, была использована похожая лампа. Здесь вновь изначально разность потенциалов была недостаточной для того, чтобы возбудить фосфоресценцию, до тех пор, пока действие не было усилено. Однако в этом случае, для того чтобы продемонстрировать другое свойство, я дотрагиваюсь до цоколя лампы металлическим предметом, который держу в руке. Электрод в лампе представлял собой угольный электрод, настолько большую, что она не могла накалиться и тем самым испортить эффект, производимый свечением.
И вновь, как в одном из ранних экспериментов, была использована лампа, такая же, как изображенная на Рис.12. В данном случае, при касании лампы одним или двумя пальцами, на внутренней стороне стекла проецировались одна или две тени. Прикосновение пальцем вызывало такой же эффект, как и применение внешнего отрицательно заряженного электрода в обычных условиях.
Во всех этих экспериментах усиление действия достигалось увеличением емкости на конце подводящего провода, присоединенного к клемме. Как правило, прибегать к таким средствам, не обязательно, можно даже обойтись и без такой высокой частоты тока, но если они имеются, то можно легче адаптировать лампу или трубку для подобных целей.
Например, на Рис. 24 изображена экспериментальная лампа, в верхней части которой имеется шейка п. На внешнюю часть шейки наносится покрытие из фольги, которую можно подключить к телу с большой поверхностью. Лампа, изображенная на Рис. 25, также может светиться, если покрытие из фольги на шейке п подключить к клемме, а внутренний провод W — к изолирующей пластине. Если лампа установлена в гнезде, поддерживающем ее в вертикальном положении так, как это изображено на рисунке в поперечном сечении, то мощность лампы можно увеличить, если в шейку п поместить небольшое количество электропроводного материала.
На Рис.26 представлена более совершенная компоновка элементов, использованная в конструкциях некоторых из этих ламп. Такая конструкция ламп показана и описана ранее, когда делались ссылки на Рис.19. Цинковый лист Z с трубкой Г надет на металлическое гнездо S. Лампа подвешена на клемме t. Цинковый лист Z выпoлняeт двойную функцию: усилителя и отражателя. Отражатель отделен от клеммы t насадкой изолирующей пробки Р.
На Рис. 27 представлено похожее расположение компонентов со светящейся трубкой. Трубка Т сделана из двух коротких трубок разного диаметра с запаянными краями. На нижний край нанесено внешнее электропроводное покрытие С, к которому подсоединяется провод W. На конце провода имеется крюк, за который он подвешивается в вертикальном положении. Сам провод проходит через внутреннюю центральную часть трубки, которая заполнена плотно утрамбованным изолирующим материалом. На внешней стороне верхнего края трубки Т нанесено другое электропроводное покрытие Cj, на которое надет металлический отражатель Z, Отражатель должен быть отделен от конца провода W толстым слоем изолятора.
Для того, чтобы использовать такой отражатель, или усилитель в экономичном режиме требуется, чтобы энергия, поступающая на воздушный конденсатор, была восполнимой, или, другими словами, она не должна теряться, ни в газовой среде, ни где бы то ни было еще. Это еще далеко от реальности, но, к счастью, подобным образом все же удается несколько снизить потери энергии.
На этот предмет необходимо сделать несколько замечаний, с тем, чтобы пояснить результаты исследований, полученных в ходе экспериментов.
Представьте себе маленький соленоид, содержащий большое количество витков хорошо изолированного провода, такого как в эксперименте на рис. 17. Один из концов провода подсоединен к клемме индукционной катушки, а другой к металлической пластине, или, для простоты, к сфере, изолированной в пространстве. Когда катушка начинает работать, то потенциал сферы изменяется, что приводит к тому, что маленький соленоид ведет себя так, как если бы его свободный конец был подсоединен к другой клемме индукционной катушки.
Если внутрь соленоида поместить железный стержень, то он быстро нагреется до высокой температуры, что показывает прохождение сильного тока через соленоид. Как в этом случае ведет себя изолированная сфера? Она может играть роль конденсатора, сохраняющего и возвращающего направляемую к ней энергию, либо она может быть просто стоком энергии. И только условия эксперимента определяют, чем же она является в большей степени: конденсатором, или стоком. Если потенциал заряда сферы высок, то она индуктивно воздействует на воздух, или любую другую, окружающую ее газовую среду. Разумеется, молекулы, или атомы находящиеся вблизи сферы, притягиваются сильнее, и движутся на большее расстояние, чем те, которые находятся дальше. Когда ближайшие молекулы сталкиваются со сферой, они тут же отталкиваются назад, и столкновения происходят по всей области индуктивного действия сферы. Теперь нам известно, что если при постоянном потенциале происходит небольшая потеря энергии, то ближайшие к сфере молекулы, которые обладают дополнительным зарядом, полученным ими в результате столкновения со сферой, больше не притягиваются до тех пор, пока они на потеряют весь, или хотя бы большую часть своего дополнительного заряда, что происходит только в результате большого количества столкновений. Это умозаключение можно сделать основываясь на том факте, что при постоянном потенциале в сухом воздухе происходит, пусть и небольшая, но все же потеря энергии. Когда потенциал сферы вместо постоянного становится переменным, то условия меняются кардинальным образом. В этом случае ритмичная бомбардировка происходит вне зависимости от того, контактируют ли потом молекулы со сферой, уменьшая при этом сообщаемый заряд, или нет. Более того, если заряд не уменьшается, сила столкновений только увеличивается. Однако, если частота импульсов очень мала, потери, вызванные столкновениями, будут незначительными, и это будет продолжаться до тех пор, пока величина на станет чрезмерной. Но когда используются сверхвысокая частота и более или менее высокая разность потенциалов, потери могут быть очень большими. Общие потери энергии в единицу времени пропорциональны произведению числа столкновений в секунду, или частоте, и потере энергии в каждом столкновении. Но энергия столкновения должна быть пропорциональна квадрату электрической плотности сферы, так как заряд, сообщаемый молекуле, пропорционален его плотности. Из этого я сделал вывод, что общие потери энергии должны быть пропорциональны произведению частоты и квадрату электрической плотности, но этот закон нуждается в экспериментальном подтверждении. Если рассматривать предыдущие утверждения как истинные, то получается, что быстро изменяя разность потенциалов тела, погруженного в изолирующую газовую среду, можно рассеять в пространстве любое количество энергии. Я полагаю, что большая часть этой энергии не рассеивается в виде длинных эфирных волн, распространяющихся на значительное расстояние, как это обычно представляется, а расходуется в столкновениях и взаимодействиях, например, как в случае с использованием изолированной сферы, или, как в случае тепловых колебаний — на поверхности и вблизи сферы. Для того, чтобы уменьшить интенсивность рассеивания, необходимо использовать малую электрическую плотностью; чем они меньше, тем выше частота.
Но поскольку, в соответствии с выдвинутыми утверждениями, потери уменьшаются пропорционально квадрату плотности, и так как ток очень высокой частоты предполагает значительные потери при передаче его через проводник, следует, что в целом, предпочтительнее использовать один провод, чем два. Поэтому, если двигатели, лампы или устройства любых других типов будут усовершенствованы так, что они будут способны работать преимущественно от тока сверхвысокой частоты, то по экономическим причинам будет предпочтительнее использовать только один провод, особенно на большие расстояния.
Когда энергия поглощается в конденсаторе, то он ведет себя так, как если бы его емкость возросла. Поглощение всегда существует в большей, или в меньшей степени, но обычно оно невелико и при использовании тока не очень высокой частоты не влечет за собой каких-либо последствий.
При использовании тока сверхвысокой частоты, а также необходимой в таких случаях высокой разности потенциалов, абсорбция, или, более точно применительно к данному случаю, потеря энергии, обусловленная наличием газообразной среды, является важным фактором, который следует принимать во внимание, так как энергия, абсорбируемая в воздушном конденсаторе, может представлять собой любую фракцию подаваемой энергии. Может показаться, что очень трудно отличить замеренную, или расчетную емкости воздушного конденсатора от его действительной емкости, или колебательный период, особенно, если конденсатор имеет очень маленькую поверхность или заряжается до очень высокой разности потенциалов. Так как многие важные результаты зависят от правильности оценки колебательного периода, то эта характеристика требует более тщательного изучения другими исследователями. Для того чтобы уменьшить вероятную ошибку в экспериментах такого типа, желательно использовать сферы, или пластины с большой поверхностью для того, чтобы максимально снизить электрическую плотность. В противном случае, там, где это возможно, предпочтительно использовать масляный конденсатор. В масле или другом жидком диэлектрике, по-видимому, нет таких потерь, как в газовой среде. Невозможно полностью исключить наличие газа в конденсаторах с твердым диэлектриком, такие конденсаторы должны быть погружены в масло хотя бы по экономическим соображениям, тогда к ним можно приложить максимальные нагрузки, и при этом они останутся холодными. В лейденских банках, потери, обусловленные наличием воздуха, сравнительно невелики благодаря тому, что покрытия из фольги большие, плотно прилегают друг к другу, а заряжаемые поверхности не подвержены прямому воздействию. Но когда разность потенциалов очень велика, то потери могут быть более или менее значительными в области верхнего края фольги, т.е. в основном там, где есть влияние воздуха. Если банку погрузить в прокипяченное масло, она будет способна выполнить работу в четыре раза большую, чем она может выполнить за тот же промежуток времени в обычных условиях, при этом потери энергии будут незначительны.
Не следует полагать, что потери при нагревании в воздушном конденсаторе обязательно связаны с образованием видимых стримеров или кистевых разрядов. Если небольшой электрод, размещенный в лампе без вакуума, подсоединить к одной из клемм катушки, то можно увидеть стримеры, исходящие с электрода, а воздух в лампе нагреется. Если вместо небольшого электрода взять большую сферу, и поместить ее внутрь лампы, то стримеры не появятся, а воздух в лампе все же нагреется.
Также не следует полагать, что температура воздушного конденсатора может дать даже приблизительное представление о потерях при нагревании, поскольку в таких случаях нагревание должно происходить намного быстрее. Это происходит потому, что в дополнение к обычному излучению, происходит очень активное выделение тепла независимыми носителями, и не только аппаратура, но и воздух на некотором расстоянии от нее нагревается от многочисленных столкновений.
Благодаря этому, в экспериментах с такой катушкой, повышение температуры может отчетливо наблюдаться только тогда, когда тело, подсоединенное к катушке, очень небольшое. Но в аппаратах большого размера, может быть нагрето даже тело значительного объема, как, например, тело человека. Я думаю, что квалифицированные врачи могли бы задуматься над вопросом о практическом использовании таких экспериментов, которые, если прибор правильно спроектирован, не должны представлять ни малейшей опасности.
