Лекции. Статьи - [18]

Если толстый провод с шариком на одном конце и острием на другом подсоединить к положительному выводу электростатической машины, утечка практически всего заряда произойдет через острие по причине неизмеримо более высокого напряжения, зависящего от радиуса кривизны. Но если такой провод подсоединить к одному из выходов индукционной катушки, то можно наблюдать, что при очень высоких частотах потоки испускаются из шара так же обильно, как и из острия (Рис. 13).

Трудно представить, что мы могли бы добиться в равной степени такого же результата и электростатической машине, по той простой причине, что напряжение увеличивается как квадрат плотности, которая в свою очередь пропорциональна радиусу кривизны. Следовательно, при постоянном потенциале потребовался бы огромный заряд, чтобы заставить потоки идти из полированного шара когда он соединен с острием. Но в случае с индукционной катушкой, разряд которой с большой быстротой чередуется, дело обстоит по-другому. Здесь мы имеем дело с двумя разными тенденциями. Во-первых, есть тенденция к утечке, которая существует в состоянии покоя и зависит от радиуса кривизны; во-вторых, есть тенденция к рассеиванию в окружающий воздух от эффекта конденсатора, которая зависит от поверхности. Когда одна из этих тенденций достигает максимума, другая находится в минимуме. На острие световой поток возникает в основном благодаря тому, что молекулы воздуха вступают в физический контакт с острием; они притягиваются и отталкиваются, заряжаются и разряжаются, и их атомные заряды таким образом возмущаются, вибрируют и испускают световые волны. На шаре, напротив, этот эффект без сомнений производится в огромной степени индуктивно, и молекулы воздуха не обязательно вступают в контакт с шаром, хотя это, несомненно, происходит. Чтобы убедиться в этом, нам необходимо лишь усилить действие конденсатора, например, окружив шар на некотором расстоянии лучшим проводником, чем окружающая среда, при этом данный проводник, конечно, должен быть изолирован. Или его можно также окружить лучшим диэлектриком и приблизить изолированный проводник; в обоих случаях потоки будут испускаться обильнее. Также, чем больше шар при данной частоте, или чем выше частота, тем более шар будет иметь преимущества перед острием. Но поскольку требуется определенная интенсивность эффекта, чтобы потоки стали видимыми, очевидно, что в описанном эксперименте не следует брать слишком большой шар.

Вследствие этой двойной тенденции, существует возможность достигнуть с помощью острий эффектов, идентичных получаемым с помощью ёмкости. Например, если присоединить к одному контакту катушки небольшой кусок грязного провода, который представляет собой множество острий и обеспечивает прекрасные условия для утечки, то напряжение катушки можно повысить до той же величины, что и путем подсоединения к этому контакту полированного шара с площадью поверхности во много раз больше, чем у провода.

Можно провести интересный эксперимент, показывающий действие множества точек провода, следующим образом. Присоедините к одному из выводов катушки провод с хлопчатобумажной изоляцией около 2 футов длиной, и путем регулирования сделайте так, чтобы из провода испускались потоки. В этом эксперименте первичную катушку предпочтительнее расположить так, чтобы она входила внутрь вторичной только до половины. Теперь дотроньтесь до свободного вывода вторичной обмотки проводящим предметом, который можно держать в руке или присоединить к изолированному предмету некоторой величины. Этим способом можно очень сильно увеличить потенциал на проводе. Результатом итого будет либо увеличение, либо уменьшение потоков. Если они усилились, то провод слишком короток, если уменьшились, то он слишком длинный. Подбирая длину провода, можно найти точку, когда прикосновение ко второму выводу никак не влияет потоки. В этом случае повышение потенциала полностью компенсируется его падением на катушке. Вы увидите, что малые длины провода вызывает значительные различия в величине и светимости потоков. Первичная обмотка располагается сбоку по двум причинам: Во-первых, чтобы увеличить потенциал на проводе; а во-вторых, чтобы увеличить его падение на катушке. Таким образом, поднимется чувствительность.

Существует еще одна и гораздо более поразительная особенность разряда-щётки, получаемого при очень быстро переменяющемся токе. Чтобы понаблюдать его, лучше всего заменить обычные выводы катушки двумя металлическими стержнями, изолироваными достаточной толщины эбонитом. Также неплохо заделать все царапинки и трещинки воском, чтобы щетки не могли образоваться нигде кроме как на вершинах стержней. Если тщательно подобрать необходимые условия — что, конечно, зависит от мастерства экспериментатора, — так, чтобы поднять потенциал до огромных значений, можно получить две мощных щётки длиной в несколько дюймов, у оснований почти белых, которые в темноте имеют поразительное сходство с двумя факелами газа, идущего под давлением (Рис. 14). Но они не просто похожи на огонь, это настоящие языки пламени, так как они горячие. Конечно, они не такие горячие, как пламя газовой горелки, но могли бы стать такими при достаточно высокой частоте и потенциале. Производимая, скажем, при двадцати тысячах чередований в секунду теплота легко ощутима, даже если потенциал не является слишком высоким. Теплота образуется, конечно, благодаря столкновениям молекул воздуха с разрядными стержнями и друг с другом. Гак как при обычном давлении свободный пробег чрезвычайно мал, то возможно, что несмотря на огромную первоначальную скорость, сообщаемую каждой молекуле при вхождении в контакт с разрядным стержнем, ее продвижение замедляется — по причине столкновений с другими молекулами — до такой степени, что она не может далеко уйти от стержня, но может ударяться об него последовательно много раз. Чем выше частота, тем меньше шансов у молекулы уйти от разрядного стержня, тем более что для данного эффекта требуется меньший потенциал; поэтому можно представить — и вероятно, даже достичь, — частоту, при которой о стержень будут ударяться практически одни и те же молекулы. При таких условиях обмен молекул был бы очень медленным, и теплота, вырабатываемая на стержне или вблизи него, была бы огромной. Но если бы частота постоянно увеличивалась, производимое тепло стало бы уменьшаться в силу очевидных причин. В положительной щётке электростатической машины обмен молекул очень быстрый, поток постоянно одного направления, и столкновений происходит меньше; отсюда тепловой эффект должен быть очень малым. Всё, что затрудняет легкость обмена, приводит к увеличению локально получаемой теплоты. Таким образом, если держать колбу над разрядным стержнем катушки так, чтобы она окружала щётку, то воздух в колбе очень быстро нагреется до высокой температуры. Если держать стеклянную трубку над щёткой так, чтобы воздушная тяга вытягивала щётку вверх, то из верхнего отверстия трубки вырывается обжигающий воздух. Любой предмет внутри щётки, конечно, быстро нагревается, что приводит к мысли о возможности использования этого теплового эффекта для той или иной цели.