Эксперименты с переменными токами высокого напряжения и высокой частоты

Мне трудно подобрать слова, чтобы выразить, как я польщен тем, что мне представилась возможность выступить перед аудиторией, состоящей из передовых мыслителей современности, стольких выдающихся ученых, инже- неров и электриков, живущих в стране, славной величайшими научными до- стижениями.

Результаты опытов, которые я имею честь представить перед таким со- бранием, я не могу назвать только своими. Есть среди вас многие, кто имеет право заявить больше прав, чем я, на все достижения, которые может содер- жать этот труд. Мне не нужно называть много имен, знакомых всему миру, имен тех среди вас, кто является лидером этой захватывающей науки, но одно имя я должен упомянуть - имя, которое нельзя не вспомнить во время такого события. Это имя связано с самым прекрасным открытием, когда-либо сделанным человеком: это имя Крукс!

Когда я еще посещал колледж, давным-давно, прочитал в переводе (ибо тогда я еще не был знаком с вашим великолепным языком) описание его опы- тов над лучистой материей. Я читал его всего один раз - тогда - тем не менее все подробности могу припомнить и сегодня. Мало есть таких книг, которые, так сказать, производят подобное впечатление на разум студента.

Но если сегодня я упоминаю это имя среди многих, коими может по- хвастаться ваше заведение, то лишь потому, что у меня есть много причин для того. Поскольку то, что я хочу рассказать и показать вам сегодня вечером, в огромной степени имеет отношение к тому самому малоизведанному миру, который профессор Крукс так умело исследовал; и более того, когда я мыс- ленно уношусь в прошлое и протягиваю нить, которая привела меня к моим успехам, - которые даже я не смею назвать пустяковыми, так как они полу- чили вашу высокую оценку, - я верю, после долгих размышлений, что источ- ником, увлекшим меня в этом направлении и приведшим к вершинам, была та самая маленькая книжка, которую я прочел много лет назад. И вот теперь,

Лекция прочитана перед сотрудниками Электротехнического института в Лондоне 3 февраля 1892 года.

Никола Тесла. Лекции

когда я сделал робкую попытку выразить уважение и признательность ему и многим среди вас, я предприму вторую попытку, которая, как я надеюсь, не покажется вам такой робкой, дабы развлечь вас.

Позвольте мне рассказать вкратце о предмете лекции.

Не так давно я имел честь рассказать у нас в Американском институте электроинженеров о некоторых результатах, которых я достиг в новом на- правлении своих трудов. Не нужно убеждать вас в том, что те многие зна- ки внимания, которые английские ученые и инженеры продемонстрировали к моей работе, были для меня большой наградой и очень меня воодушевили. Не стану задерживаться на уже описанных опытах, сделаю только небольшое дополнение, с тем чтобы более ясно изложить идеи, которые я уже выдвигал, а также, чтобы предмет сегодняшнего обсуждения отразить наиболее полно и последовательно.

Это исследование касается переменных токов, а если быть абсолютно точным, переменных токов высокого напряжения и высокой частоты. Насколь- ко очень высокая частота важна для получения представляемых результатов, мне трудно сказать. Некоторые опыты можно проводить с низкой частотой; но очень высокие частоты желательны, и не только из-за тех явлений, которые они вызывают, но также и потому, что они удобны при наличии современного оборудования для получения высокого напряжения, которое, в свою очередь, требуется для постановки большинства опытов, о которых пойдет разговор.

Из всех исследований в области электричества, возможно, наибо- лее интересны те, что касаются переменных токов. Прогресс, достигнутый в этой области прикладного знания, так велик в последние годы, что оправ- дывает самые оптимистические ожидания. Только нам станет известен один факт, как мы уже сталкиваемся с чем-то новым, и открываются новые пути исследований. Даже в настоящий момент возможности, о которых ранее не приходилось и мечтать, при помощи этих токов уже частично реализованы. Как в природе - всё основано на приливах и отливах, всё движется волна- ми, так, кажется, во всех отраслях промышленности переменные то- ки - волновые движения электричества - будут властвовать.

Одна из причин, отчего эта отрасль науки так быстро развивается, - это, пожалуй, тот интерес, который вызывают экспериментальные исследования. Мы обматываем проводом простой кусок железа; соединяем его с генерато- ром, и с удивлением и восторгом наблюдаем действие сил, которые привели в движение, которые позволяют нам преобразовывать, передавать и направ- лять энергию так, как мы того пожелаем. Мы правильно соединяем схемы, и кусок железа с проводами начинают вести себя так, как будто в них вдохну- ли жизнь, вращают тяжелый якорь, через невидимые соединения, с большой скоростью и мощью, при помощи энергии, возможно, переданной на большом расстоянии. Мы наблюдаем, как энергия переменного тока, проходящая по проводу, обнаруживает себя, - не столько в проводе, сколько в окружающем

81

пространстве, - самым удивительным образом принимая форму тепла, света, механической энергии и, что самое удивительное, химических соединений. Все эти наблюдения восхищают нас и наполняют жгучим желанием узнать больше об этих явлениях. Каждый день мы возвращаемся к нашей работе в надежде на открытие - в надежде, что один из нас, не важно кто, найдет ре- шение одной из насущных проблем, и каждый новый день мы возвращаемся к нашему труду со всё большим рвением; и даже если нас не ждет успех, наш труд не пропал даром, ибо эти старания принесли нам часы невыразимого удовольствия, и мы направили свою энергию на благо человечества.

Мы можем - случайным образом, если хотите, - выбрать любой из опы- тов, который можно поставить с переменным током; только некоторые из них, и далеко не самые потрясающие, могут быть предметом сегодняшней демон- страции; они все одинаково интересны, одинаково будоражат мысль.

Вот простая стеклянная трубка, из которой частично откачан воздух. Я беру ее в руку, касаюсь провода, по которому течет переменный ток высо- кого потенциала; трубка в моей руке ярко освещается. Как бы я ее ни рас- положил в пространстве, куда я могу дотянуться, она будет светить с той же яркостью.

Вот вакуумная колба, подвешенная на одном проводе. Стоя на изолиру- ющей подставке, я берусь за нее, и платиновый электрод, укрепленный внут- ри, ярко нагревается.

А вот еще одна колба, соединенная с вводом, которая, если я прикос- нусь к ее металлическому патрону, начинает играть замечательными фосфо- ресцирующими красками.

Эта же при касании моих пальцев, отбрасывает тень - тень Крукса - от штока внутри.

Вот я опять стою на изолирующей подставке и мое тело касается од- ного из выводов вторичной обмотки катутпки индуктивности, причем длина провода - несколько миль, и вы наблюдаете, как потоки света пробиваются с дальнего его конца, который неистово вибрирует.

Я еще раз соединяю эти две пластины проволочной сетки с выводами катушки, развожу их, и катушка начинает работать. Вы можете видеть, как между пластинами проскакивает небольшая искра. Я ввожу между ними тол- стую пластину из лучшего диэлектрика, и, вместо того чтобы сделать пробой невозможным, как мы ожидаем, я помогаю прохождению разряда, который, когда я ввожу диэлектрик, просто меняет форму и выглядит как светящиеся потоки.

Есть ли, спрашиваю я, может ли быть исследование более интересное, чем исследование переменного тока? Во всех этих исследованиях, во всех этих опытах многие годы - с тех самых пор, как величайший эксперимента- тор, из тех, что читали лекции в этом зале, обнаружил принцип ее действия, - с нами был постоянный спутник, устройство, знакомое всем, когда-то игрушка,

Никола Тесла. Лекции

а теперь нечто принципиально важное - индукционная катушка. Нет прибора более дорогого для электрика. Все, начиная с наиболее талантливых из вас, не побоюсь этого слова, заканчивая самым неопытным студентом, включая ва- шего лектора, все мы провели многие восхитительные часы, экспериментируя с индукционной катушкой. Мы смотрели на ее «игру» и думали, размышляли над прекрасными явлениями, которые она открывала нашему восхищенному взору.

Этот прибор настолько хорошо известен, эти явления настолько хорошо знакомы всем, что мужество изменяет мне, когда думаю о том, что осмелил- ся обратиться к такой компетентной аудитории, что осмелился занять ваше внимание таким старым предметом. Вот перед нами то же устройство и те же явления, только устройство работает несколько по-иному, и явления предста- ют перед нами в несколько ином ракурсе. Некоторые результаты ожидаемы, другие удивляют нас, но все захватывают наше внимание, ибо в научных ис- следованиях каждый достигнутый результат может стать отправной точкой нового маршрута, каждый новый факт может вести к важным последствиям.

Обычно при работе с индукционной катушкой мы добивались умерен- ной частоты в первичной обмотке либо при помощи прерывателя, либо при помощи генератора переменного тока. Английские исследователи раннего пе- риода, например Споттисвуд и Гордон, пользовались быстрым прерывателем, соединенным с обмоткой. Наши знания и опыт сегодня позволяют нам четко понять, почему катушка при таких условиях испытаний не демонстрировала никаких замечательных явлений, и почему компетентные ученые не смогли наблюдать любопытные явления, которые наблюдались с тех пор.

В сегодняшнем опыте катушка работает или непосредственно от специ- ально созданного генератора, способного выдавать много тысяч колебаний в секунду, или пробоем разряжая конденсатор через первичную обмотку; мы создаем колебания во вторичной обмотке с частотой много сотен тысяч или миллионов в секунду, если пожелаем; и таким способом мы вступаем на путь, доселе неизведанный.

Невозможно проводить исследования в какой-либо новой области без того, чтобы не сделать в конце концов интересное наблюдение или не узнать какой-нибудь полезный факт. Результаты многих любопытных и неожидан- ных наблюдений служат тому убедительным доказательством. Возьмем для примера явление наиболее очевидное - разряд индукционной катушки.

Вот катушка, в которой работают токи крайне высокой частоты, полу- чаемые от разрядов лейденской банки. Для студента не будет удивительным, если лектор скажет, что вторичная обмотка этой катушки состоит из сравни- тельно короткого и толстого провода; не удивит его и то, что, несмотря на это, катушка способна выдать любой потенциал, который сможет выдержать луч- шая изоляция; но, хотя он и будет готов, и даже предполагаемый результат не вызовет в нем интереса, всё же сам разряд катушки удивит и заинтересует его.

83

Все знакомы с разрядом обычной катушки; не стоит его здесь воспроизводить. Но вот, для сравнения, форма разряда катушки, где ток в первичной обмотке колеблется с частотой несколько сот тысяч в секунду. Разряд обычной катуш- ки выглядит как простая линия или полоса света, разряд этой катушки - как мощные пучки и светящиеся потоки, исходящие изо всех точек двух прово- дов, присоединенных к выводам вторичной обмотки (рисунок 1).

Теперь сравним явление, которое вы только что наблюдали, с разрядом машин Хольца или Уимсхерста - еще одного прибора, такого дорогого серд- цу экспериментатора. Какая огромная разница! И всё же, если бы я сделал некоторые изменения, - и их сделать легко, если бы только они не мешали проведению других опытов, - я бы получил на этой катушке искры, кото- рые, если бы катушка была скрыта от ваших глаз, а видны были бы только

две рукоятки, даже самому дотошному наблюдателю среди вас было бы труд- но, если вообще возможно, отличить от искр электрофорного или фрикци- онного генератора. Это можно сделать по-разному, - например, если катуш- ка заряжает конденсатор от низкочас- тотного генератора переменного тока, причем желательно настроить разряд- ный контур так, чтобы в нем не воз- никало колебаний. Тогда мы получим во вторичной обмотке, если рукоятки достаточного размера и правильно ус- тановлены, более или менее быстрое искрение, очень мощное, но редкое, где искры также ярки и также трещат, как те, что производятся электрофор- ным или фрикционным генератором.

Есть еще один способ - через две первичные обмотки, соединенные с общей вторичной, пропускать два вида тока со слегка различными пе- риодами, что приведет к появлению во вторичной обмотке искр, возника- ющих со сравнительно большим ин- тервалом. Но даже и с тем оборудова- нием, что есть у меня сегодня, я могу успешно имитировать искры машины Хольца. Для этого между выводами катушки, заряжающей конденсатор,

Никола Тесла. Лекции

я устанавливаю длинную неустойчивую дугу, которая периодически рвется от восходящего потока воздуха, который сама же и производит. Для того чтобы усилить поток воздуха, с каждой стороны дуги, поближе к ней, я кладу две большие слюдяные пластины. Конденсатор, заряжающийся от этой катушки, разряжается в первичную обмотку другой катушки через некоторый воздуш- ный промежуток, что необходимо для создания высокой скорости изменения тока через первичную обмотку. Схема соединения показана на рисунке 2.

G - это обычный генератор переменного тока, соединенный с первичной обмоткой Р катушки, где вторичная обмотка S заряжает конденсаторы или

банки СС. Выводы вторичной обмотки соединены с внутренним слоем покрытия банок, а внешний слой покрытия соединен с концами первичной обмотки рр второй катушки. Эта первичная обмотка рр имеет не- большой зазор ab.

Вторичная обмотка s снабжена набалдашниками или шариками К К нужного размера, расположенными на расстоянии, необходимом для проведения опыта.

Длинная дуга возникает между выводами АВ первой катушки. Дуги ММ из слюдяных пластин.

Каждый раз, когда между А и В рвется дуга, банки быстро заряжаются и разряжаются через пер- вичную обмотку рр, и происходит мгновенная иск- ра между шариками КК. Когда устанавливается дуга АВ, потенциал падает, и банки не могут зарядиться до потенциала настолько большого, чтобы разрядить- ся через зазор ab до тех пор, пока дуга не станет рваться от потока воздуха.

Таким образом, внезапные импульсы, происхо- дящие с большим интервалом в первичной обмотке рр, приводят во вторичной обмотке s к соответствую- щему количеству импульсов большой интенсивности. Если шарики КК нужного размера, то искры больше напоминают искры машины Хольца.

Но эти два явления, которые выглядят такими разными, - есть только два проявления разряда. Всё, что нам нужно, это изменить исходные данные опы- та, и мы снова получим интересные наблюдения.

Если вместо того, чтобы подключать катуш- ку, как в двух последних опытах, мы подклю- чим ее к высокочастотному генератору перемен- ного тока, как в следующем опыте, то системати- ческое исследование явлений значительно упро-

Рис. 2

85

стится. В этом случае, изменяя силу и частоту тока в первичной обмотке, мы можем наблюдать пять отчетливых форм разряда, которые я описал в своей лекции, прочитанной перед аудиторией Американского института электроин- женеров 20 мая 1891 г.*

Нам потребуется много времени, и мы сильно отклонимся от предмета нашей сегодняшней беседы, если будем воспроизводить все эти формы раз- рядов, но мне кажется желательным показать вам одну из них. Это кистевой разряд и он интересен по многим причинам. Если рассматривать его вблизи, он напоминает струю газа, вырывающуюся под большим давлением. Мы зна- ем, что это явление объясняется возбужденным состоянием молекул возле вывода, и ожидаем, что при ударе молекул о вывод и друг о друга вырабаты- вается некоторое количество тепла. И действительно, мы обнаруживаем, что кисть горячая, а немного поразмыслив, можно прийти к выводу: если бы мы могли достичь высокой частоты, то получили бы кисть, которая дает достаточ- но тепла и света, и которая во всех деталях подобна пламени, за исключением того, возможно, что оба явления не имеют общей первопричины, что химиче- ское сродство может и не иметь электрической природы.

Так как тепло и свет в данном случае вырабатываются за счет ударов молекул воздуха или чего-то подобного, и так как мы можем увеличить коли- чество энергии, просто увеличив потенциал, мы можем даже при той частоте, что мы имеем от динамо-машины, усилить это действие настолько, что темпе- ратура поднимется до точки плавления вывода. Но при такой низкой частоте нам всегда придется иметь дело с чем-то, что имеет природу электрического тока. Если я поднесу к кисти проводник, проходит небольшая тонкая искра, и всё же при той частоте, что мы используем сегодня, тенденция к образова- нию искры невелика. Если я поднесу металлический шар на некоторое рас- стояние и буду держать его над выводом, вы увидите, что всё пространство между выводом и шаром освещено потоками без искр; а при более высоких частотах, получаемых от разряда конденсатора, если бы не внезапные им- пульсы, число которых невелико, искрения не происходит даже на небольшом расстоянии. Однако при несравнимо более высоких частотах, которые мы всё же можем получать, и если электрические импульсы такой частоты можно передать через проводник, электрические характеристики кистевого разряда совсем исчезают - никаких искр, никакого удара, - и всё-таки мы имеем дело с электрическим явлением, но в более широком, современном смысле этого слова. В моей предыдущей работе, которую я не так давно упоминал, я указал любопытные свойства кисти и описал, как лучше всего ее получить, но мне подумалось, что надо, вследствие интереса к нему, более подробно остано- виться на этом явлении.

* См. «The Electrical World», 11 июля 1891 г.

Никола Тесла. Лекции

Когда через катушку проходит ток очень высокой частоты, можно полу- чить прекрасный кистевой эффект, даже если катушка сравнительно неболь- шая. Экспериментатор может по-разному его варьировать, но и сами по себе они представляют красивое зрелище. Но еще более интересными их делает то, что их можно получить как на одном выводе, так и на двух - фактически на одном даже проще, чем на двух.

Но из всех наблюдавшихся явлений, самый приятный взору и самый поучительный разряд тот, что получается при пропускании через катушку тока от конденсатора. Мощность кисти, обилие искр, если условия подбирать терпеливо, просто потрясающие. Даже с очень маленькой катушкой, если ее заизолировать так, чтобы она выдерживала разность потенциала в несколько тысяч вольт на виток, искрение такое обильное, что катушка напоминает ог- ненный шар.

Любопытно, что искры, если выводы расположить на значительном рас- стоянии друг от друга, разлетаются во всех направлениях, как будто выводы катушки независимы. Поскольку искры быстро разрушают изоляцию, их надо избегать. Лучше всего это сделать, поместив катушку в жидкий изолятор, та- кой, как олифа. Погружение в жидкость может быть непременным условием для продолжительной и успешной работы такой катушки.

Конечно, не может быть и речи о том, чтобы в экспериментальной лек- ции, когда у нас есть всего несколько минут для демонстрации каждого опыта, показать в лучшем виде все разряды, так как для этого требуется тщательная выверка параметров. Но даже при несовершенном их воспроизводстве, как это сегодня, вероятно, и произойдет, они достаточно поразительны, чтобы вызвать интерес у такой образованной аудитории.

Прежде чем приступить к показу некоторых явлений, ради полноты картины, я должен привести описание катушки и других приборов, которыми буду сегодня пользоваться для показа опытов с разрядом конденсатора по- средством разрядника.

Они находятся в ящике В (рисунок 3), изготовленном из толстых твер- дых деревянных досок, обшитых снаружи цинковыми пластинами Z, тща- тельно запаянными по швам. При проведении строго научных опытов, когда точность очень важна, можно посоветовать не прибегать к помощи металли- ческой обшивки, так как она приведет к многочисленным ошибкам, в основ- ном вследствие своего комплексного воздействия на катушку в качестве кон- денсатора низкой емкости и электростатического и электромагнитного экра- нирования. Когда катушка применяется для опыта, подобного сегодняшним, металлическая обшивка имеет ряд преимуществ, на которых, впрочем, мы не будем останавливаться.

Катушку следует разместить симметрично относительно металлической обшивки и промежуток должен быть не менее пяти сантиметров, желательно даже гораздо больший; особенно это касается двух сторон металлического

87

ящика, которые расположены под прямым углом к оси катушки, так как они могут оказывать на нее воздействие и служить источником потерь.

Катушка состоит из двух бобин, выполненных из твердой резины RR, укрепленных на расстоянии 10 см друг от друга при помощи болтов с и гаек п, из того же материала. Каждая бобина - это трубка Т с внутренним диаметром примерно 8 см, с толщиной стенки 3 мм, к которой прикручены два квадрат- ных фланца FF с размером стороны 24 сантиметра, расположенные на рассто- янии 3 мм друг от друга. Вторичная обмотка SS из провода, изолированного гуттаперчей высокого качества, намотана в 26 слоев, по 10 витков в каж- дом, что в целом составляет 260 витков. Обе половины намотаны оппозитно

Рис. 3

Никола Тесла. Лекции

и включены последовательно, причем соединение произведено через первич- ную обмотку. Эта конструкция, помимо того что удобна, имеет еще и то пре- имущество, что, когда катушка хорошо сбалансирована, т.е. когда оба ее вы- вода Т_tT, соединены с предметами или устройствами одинаковой мощности, нет опасности пробоя через первичную обмотку, и изоляция между первичной и вторичной обмотками не должна быть толстой. При использовании катушки можно последовать совету: соединять оба вывода с устройствами примерно одинаковой емкости, поскольку, когда емкость выводов неодинакова, могут возникнуть искры и повредить первичную обмотку. Для того чтобы избежать этого, середину вторичной обмотки можно соединить с первичной, но это не всегда имеет практический результат.

Первичная обмотка РР намотана двумя частями и оппозитно на деревян- ную бобину W, четыре конца выведены из масла через резиновые трубки tt. Концы вторичной обмотки Т₁Т₁ также выведены из масла через толстые рези- новые трубки t_ft_r Первичная и вторичная обмотки заизолированы при помощи хлопка, и толщина изоляции, естественно, пропорциональна разности потенци- алов между витками разных слоев. Каждая половина первичной обмотки имеет четыре слоя, по 24 витка, итого - 96 витков. Когда обе половины соединены последовательно, это дает коэффициент преобразования примерно 1:2,7, а если первичные обмотки соединены параллельно - 1:5,4, но когда частота очень высокая, этот коэффициент не дает даже приблизительного представления об эдс в первичном и вторичном контурах. Катушка установлена в масле на де- ревянных планках, толщина слоя масла вокруг - примерно 5 см. В тех случа- ях, когда масло не применяют, пространство вокруг заполняется деревянными опилками, и именно для этой цели служит деревянный ящик В.

Конструкция, показанная здесь, конечно, не самая лучшая с точки зре- ния общих принципов, но я полагаю, она удобна для получения требуемых эффектов при работе с высоким напряжением и маленькой силой тока.

Применительно к катушке, пользуюсь либо обычным, либо модифици- рованным разрядником. В обычном я сделал несколько изменений, которые дают некоторые очевидные преимущества. Если я и упоминаю о них, то толь- ко в надежде на то, что какой-лнбо экспериментатор сочтет их полезными.

Одно из изменений состоит в том, что подвижные головки Л и В (рису- нок 4) разрядника крепятся между медными щёчками JJ под давлением пру- жины, что позволяет передвигать их и таким образом избежать утомительного процесса частой полировки.

Другое изменение заключается в использовании сильного электромаг- нита NS, который крепится так, что его ось проходит под прямым углом к линии, соединяющей головки 4иВи создает между ними мощное магнит- ное поле. Полюсные наконечники магнита подвижны и выполнены так, чтобы выступать между медными головками, с тем чтобы сделать магнитное поле наиболее интенсивным; но для предотвращения попадания разряда на магнит,

89

полюсные наконечники покрыты слоем слюды ММ достаточной толщины. s_is_i и s₀s₂ - это зажимы для проводов. На каждой стороне один винт для толстого, другой - для тонкого провода. LL - это винты для крепления штоков RR, поддерживающих головки.

В другой конструкции с магнитом я создаю разряд между округлыми полюсными наконечниками, которые изолированы, и желательно, чтобы они имели полированные медные колпачки.

Применение интенсивного магнитного поля дает принципиальное пре- имущество в том случае, когда в индукционной катушке или трансформаторе работает ток очень низкой частоты. В этом случае количество базовых разря- дов между головками может быть настолько мало, что ток, возникающий во вторичной обмотке, непригоден для многих опытов. Напряженное магнитное поле тогда служит для того, чтобы сдувать дугу, формирующуюся между го- ловками, и разряд происходит чаще.

Вместо магнита может успешно применяться поток воздуха, более или менее сильный. В таком случае лучше формировать дугу между головками АВ (рисунок 2), а головки ab можно или соединить, или вовсе устранить, так как в такой конфигурации дуга длинная и нестабильная и легко поддается воздействию потока воздуха.

Когда для прерывания дуги применяется магнит, предпочтительнее вариант соединения, указанный на рисунке 5, поскольку в этом случае токи, формирующие дугу, более мощные, а магнитное поле оказывает бо- лее сильное влияние. Применение магнита позволяет, однако, заменить дугу вакуумной трубкой, но я при работе с такой трубкой столкнулся с большими трудностями.

Никола Тесла. Лекции

Другой тип разрядника, применяемый в этом и других опытах, показан на рисунках 6 и 7. Он состоит из нескольких медных шпилек сс (рисунок 6), каждая из которых включает в себя круглую среднюю часть т с выступаю- щим снизу концом е, который служит всего лишь для закрепления шпильки в токарном станке при полировке разрядной поверхности, и болта / сверху, с накрученным на него фланцем f, и гайкой п, служащей для крепления провода к болту. Фланец f удобен тем, что удерживает медную шайбу при креплении к ней провода, а также поворачивает ее, когда необходимо иметь свежую поверхность для разряда. Две пластины из твердой резины RR, имею- щие профильную проточку дд (рисунок 7) для крепления центральных шайб частей сс служат для жесткого крепления последних при помощи двух болтов СС (из которых показан только один), насквозь стягивающих пластины.

При использовании такого разрядника я обнаружил три основных пре- имущества перед его обычной разновидностью. Во-первых, диэлектрическая способность суммарной воздушной прослойки больше, когда она образует- ся из многих промежутков, заполненных воздухом, чем если бы она была однородной, а это позволяет работать с промежутком меньшей длины, что уменьшает потери и износ металла; во-вторых, дуга разбивается на несколько

Рис. 6

91

меньших дуг и полированные поверхности служат дольше; и в-третьих, уст- ройство можно настраивать в процессе опыта. Обычно я устанавливаю шайбы, отмеряя расстояние между ними при помощи пластины одинаковой толщины, о таком способе установки я узнал из описания опытов сэра Уильяма Томсо- на, в этом случае происходит шунтирование эдс при искрении.

Следует, конечно, помнить, что разрядный промежуток сильно сокра- щается при повышении частоты. Проверив несколько вариантов расстояния, экспериментатор примерно представляет себе величину эдс и ему уже проще проводить опыт, так как не надо снова и снова устанавливать шайбы. Имея такой разрядник, я мог поддерживать колебания так, что глазу не видно было искрения между головками, и они не нагревались, по крайней мере значитель- но. Такой тип разряда применяется во многих конденсаторах и контурах, ко- торые очень удобны и экономят время. Я предпочитал использовать его в схе- ме, показанной на рисунке 2, когда дугу формируют токи небольшой силы.

Могу также упомянуть, что я пользовался разрядниками с одним или несколькими зазорами, в которых разрядные поверхности вращались с ог- ромной скоростью. Этот способ, однако, не дал каких-либо преимуществ, за исключением случаев, когда сила тока от конденсатора была велика и требо- валось охлаждать поверхности разряда, а также случаев, когда собственных колебаний разряда не хватало, и дуга, только сформировавшись, рвалась от потока воздуха, таким образом начиная вибрации с прогрессирующим интервалом. Я также по-разному применял механические прерыватели. Для того чтобы избежать трудностей с трением, я принял такую схему, когда формируется дуга, а сквозь нее вращается с большой скоростью закольцо- ванная слюдяная пластина, прикрепленная к металлической поверхности

Никола Тесла. Лекции

и имеющая множество отверстий. Понятно, что применение магнита, воздуш- ного потока или иного прерывателя производит замечательный эффект, если только самоиндукция, емкость и сопротивление не находятся по отношению друг к другу в таком отношении, что после каждого прерывания возникают колебания.

Теперь я попытаюсь продемонстрировать вам некоторые наиболее заме- чательные разряды.

Через это помещение я протянул два обычных провода, изолированных хлопком, каждый длиной 7 метров. Они подвешены на диэлектриках на рас- стоянии примерно 30 см друг от друга. Теперь каждый провод я соединяю с выводом катушки и подключаю ее. Если выключить в помещении свет, то вы увидите, что провода ярко освещены потоками, обильно исходящими по всей поверхности проводов, даже если слой изоляции довольно толст. При условии, что опыт поставлен правильно, свечения, производимого прово- дами, достаточно, чтобы различать предметы в помещении. Для получения наилучшего результата, конечно, необходимо тщательно выверить емкость ба- нок, длину дуги между головками и длину проводов. Исходя из своего опыта, могу сказать, что вычисление длины проводов в данном случае ни к чему не приведет. Экспериментатор поступит правильно, если с самого начала возьмет длинные провода и будет их подгонять, отрезая поначалу длинные куски, по- том короче и короче до тех пор, пока не достигнет нужной длины.

Для этого и подобных опытов подойдет масляный конденсатор не- большой емкости, состоящий из двух небольших подвижных металлических пластин. Я беру короткие провода и устанавливаю пластины конденсато- ра на максимальном расстоянии. Если потоки на проводах усиливаются по мере приближения пластин, то длина проводов в целом правильная; если же уменьшаются - провода слишком длинные для данной частоты и напряжения. Если в таких опытах с катушкой используется конденсатор, то это должен быть обязательно масляный, а не воздушный конденсатор, так как в послед- нем могут быть значительные потери энергии. Провода, идущие сквозь масло к пластинам, должны быть очень тонкими и изолированными с помощью ка- кого-либо искусственного изолятора и прикрыты крышкой из токопроводяще- го материала, расположенной под поверхностью масла. Крышка не должна располагаться вблизи выводов, или концов провода, так как на них может происходить искрение. Эта крышка применяется для уменьшения потери энергии в воздух, поскольку является электростатическим экраном. Что же касается размеров сосуда для масла и размеров пластин, то эксперимента- тор после первой же попытки опыта получит приблизительное представление о них. Габариты пластин, расположенных в масле, однако, можно вычислить, поскольку диэлектрические потери очень малы.

Из ранее описанного опыта интересно было бы узнать, какое влияние количество испускаемого света оказывает на частоту и потенциал электриче-

93

ских импульсов? Я придерживаюсь мне- ния, что получаемое количество тепла и света должно быть пропорционально, если все исходные данные опыта остают- ся неизменными, произведению частоты и квадрата напряжения, но эксперимен- тально доказать это положение было бы крайне трудно. Одно, по крайней мере, точно, а именно: увеличивая напряже- ние и частоту, мы резко усиливаем по- токи; и поскольку прогноз весьма опти- мистический, есть надежда, что мы мо- жем создать практичный осветительный прибор в таких цепях. В таком случае мы бы использовали горелки или пла- мя, где не происходило бы никакого хи- мического взаимодействия, не потреб- лялся бы никакой материал, но имело бы место лишь преобразование энергии и, по всей вероятности, получалось бы больше света и меньше тепла, чем от обычного пламени.

Яркость потоков, конечно, значи- тельно больше, когда они сфокусирова-

ны на небольшой площади поверхности. Это можно продемонстрировать при помощи следующего опыта.

К одному из выводов катушки я присоединяю провод w (рисунок 8), скрученный в окружность диаметром примерно 30 см, а к другому выводу я присоединяю небольшой медный шар s, причем площадь поверхности про- вода примерно равна площади поверхности шара, а центр последнего рас- положен на линии, проходящей под прямым углом к плоскости окружности провода и через ее центр. Когда мы при надлежащих условиях формируем разряд, образуется полый конус, и в темноте видно, что половина шара ярко освещена, как показано на рисунке.

При помощи разнообразных устройств легко концентрировать потоки на небольших площадях и получать сильные световые эффекты. Таким способом можно сделать так, чтобы два тонких провода ярко светились. Для большей интенсивности потоков провода должны быть тонкими и короткими; но, как и в описанном случае, их емкость будет слишком мала для катушки - по крайней мере, для нашей - и необходимо увеличить емкость до определенного значения, и в то же время оставить поверхность проводов небольшой. Этого можно добиться несколькими способами.

Рис. 8

Никола Тесла. Лекции

Вот, например, две резиновые пластины RR (рисунок 9), на которые я наклеил два тонких провода ww в виде имени. Провода могут быть ого- ленными или наилучшим образом изолированными - для успеха опыта это значения не имеет. Лучше взять хорошо изолированные провода. На обратной стороне каждой пластины, в том месте, где штриховка, имеется фольга tt. Пластины расположены на одной линии на достаточном расстоянии друг от друга, чтобы предотвратить пробой между проводами. Покрытия из фольги я соединил проводником С, а два провода сейчас соединяю с выводами катугй- ки. Теперь легко, меняя силу и частоту тока в первичной обмотке, найти то значение, когда емкость системы более всего соответствует условиям опыта, и провода так ярко светятся, что, если выключить свет в комнате, то имя, которое они образуют, ярко горит.

Возможно, предпочтительнее всего проводить этот опыт с катушкой, подключенной к генератору переменного тока высокой частоты, так как тогда, благодаря гармоническим колебаниям, потоки более однообразны, хотя и не столь обильны, чем при работе с нашей катушкой. Этот опыт, однако, можно проводить и при низких частотах, но не так успешно.

95

Когда два провода, соединенные с вы- водами катушки, расположены на нужном расстоянии, потоки между ними могут быть настолько интенсивными, что образуется постоянное свечение. Для демонстрации этого явления я взял два провода в фор- ме окружностей С и с (рисунок 10) из до- вольно толстого провода, одна окружность диаметром около 80, а другая около 30 см.

Каждый провод я присоединил к одному из выводов катушки. Поддерживающие прово- да согнуты таким образом, что окружности располагаются в одной плоскости, насколь- ко возможно точно. Когда свет в помеще- нии гаснет и катушка начинает работать, вы видите, что всё пространство между окруж- ностями равномерно заполнено потоками света, образуя светящийся диск, который виден на большом расстоянии, настолько потоки ярки. Внешнюю окружность можно сделать гораздо большей; работая с этой ка- тушкой, я использовал гораздо большие по диаметру окружности, и мне удавалось по- лучить ярко светящиеся полосы площадью более одного квадратного метра, что заме-

чательно для такой небольшой катушки. Для того чтобы получить гарантиро- ванный результат, сейчас я взял окружность поменьше, и площадь свечения составляет 0,43 квадратных метра.

Частота собственных колебаний и быстрота последовательности искр между разрядными головками в определенной степени влияют на появление потоков. Когда частота очень низка, воздух пробивается более или менее одинаково, как и при постоянной разности потенциалов, а потоки состоят из отчетливых нитей, перемежающихся с искрами, которые, в свою очередь, видимо соответствуют последовательности разрядов между головками. Но когда частота очень высока, и дуга производит очень громкий, но ровный звук - то и другое говорит о том, что имеет место осцилляция, и искры проскакивают с огромной скоростью, - тогда образуемые светящиеся пото- ки однородны.

Для достижения такого результата следует применять очень маленькие катушки и банки небольшой емкости. Я беру две трубки, изготовленные из толстого богемского стекла диаметром 5 см и длиной 20 см. Внутрь каждой трубки помещаю первичную обмотку из толстого медного провода. Поверх

Рис. 10

Никола Тесла. Лекции

трубок наматываю вторичную обмотку из гораздо более тонкого провода, изолированного гуттаперчей. Вторичные обмотки соединяю последователь- но, а первичные лучше всего соединить параллельно. Затем трубки помещаю в стеклянный сосуд на расстоянии 10-15 см друг от друга на изолированные подставки, а сосуд заполняю олифой на дюйм выше трубок. Свободные кон- цы вторичных обмоток вывожу из жидкости и располагаю параллельно на расстоянии около 10 см друг от друга. Зачищенные концы надо обмакнуть в олифу. Для разряда через первичную обмотку можно использовать две банки вместимостью 4 пинты каждая, соединенные последовательно. После того, как сделаны необходимые корректировки относительно длины прово- дов и выступа над поверхностью жидкости, формируется дуга и образуется светящаяся полоса между проводами; это полоса ровная и не имеет тек- стуры, словно обычный разряд в трубке, откуда почти полностью откачан воздух.

Я остановился на этом, казалось бы, незначительном эксперименте не- случайно. Во время таких опытов экспериментатор приходит к ошеломля- ющему заключению о том, что для того, чтобы посылать световые разряды сквозь газы, не нужно добиваться определенной степени вакуумирования, но газ может находиться под обычным давлением или немного выше. Чтобы до- биться этого, необходима очень высокая частота; также требуется и высокий потенциал, но эта потребность второстепенна. Эти опыты учат нас тому, что в поисках новых способов производства света путем возбуждения атомов или молекул газа нам не следует ограничиваться вакуумными трубками, но мы можем серьезно заняться поиском методов получения света без применения какого-либо сосуда, когда воздух находится под обычным давлением.

Такие высокочастотные разряды, которые заставляют воздух светиться при обычном давлении, мы часто наблюдаем в природе. У меня нет сомне- ний в том, что, как многие полагают, северное сияние происходит вследствие внезапных космических возбуждений, таких, как вспышки на солнечной по- верхности, которые заставляют электростатический заряд Земли очень быстро вибрировать, красное свечение не ограничивается верхними разреженными слоями атмосферы, но разряд пронизывает, по причине своей высокой час- тоты, также и плотные слои атмосферы в форме зарева, такого, какое мы обычно наблюдаем в трубке, откуда частично откачан воздух. Если бы частота была низкой, или более того, заряд совсем не вибрировал, плотный воздух бы разрывался, как при ударе молнии. Признаки такого разрыва низших слоев атмосферы несколько раз наблюдались при возникновении этого явления; но если такое происходит, то это можно отнести на счет фундаментальных воз- мущений, которые немногочисленны, ибо колебания, вызываемые ими, были бы слишком быстрыми для пробивного разряда. Именно первоначальные и неравномерные импульсы влияют на приборы; наложенные вибрации, види- мо, остаются незамеченными.

97

Когда простой низкочастотный разряд проходит сквозь немного раз- реженный воздух, последний принимает пурпурный оттенок. Если, так или иначе, мы увеличим интенсивность молекулярных или атомарных вибраций, газ меняет цвет на белый. Подобные изменения происходят при обычном дав- лении с электрическими импульсами очень высокой частоты. Если молекулы воздуха вокруг провода немного возбуждены, образуемая кисть красноватая или фиолетовая; если вибрации становятся достаточно интенсивными, пото- ки становятся белыми. Мы можем добиться этого несколькими способами. В недавно показанном опыте с проводами, натянутыми через помещение, я попытался достичь результата, максимально увеличив и частоту и потенциал;

Никола Тесла. Лекции

во время опыта с тонкими проводами, наклеенными на резиновые пластины, я сконцентрировал действие на очень небольшой площади - иными словами, я работал с большой электрической напряженностью.

Наиболее любопытная форма разряда при работе с такой катушкой наблюдается, когда частота и потенциал достигают крайнего значения. Для постановки опыта каждая часть катушки должна быть хорошо изолирована, и только два небольших шара - или, что еще лучше, два металлических дис- ка dd с острыми краями (рисунок 11) диаметром в несколько сантиметров должны находиться на открытом воздухе. Катушка, которая в данном случае используется, погружена в масло, а выступающие концы вторичной обмотки покрыты водонепроницаемым слоем твердой и толстой резины. Все трещин- ки, если таковые есть, должны быть тщательно устранены, с тем чтобы кис- тевой разряд не формировался нигде, кроме небольших шаров или пластин, находящихся снаружи. В данном случае, так как нет присоединенных к вы- водам больших пластин или иных предметов значительной емкости, катушка может иметь очень быстрые колебания. Потенциал можно увеличить, если экспериментатор сочтет нужным, путем увеличения диапазона изменения тока в первичной обмотке. При работе с катушкой, которая не слишком отлича- ется от наши!, лучше всего соединять две первичные обмотки параллельно, но если вторичная обмотка состоит из гораздо большего количества витков, то первичные обмотки надо соединить последовательно, в противном случае колебания могут быть слишком быстрыми для вторичной обмотки. При таких условиях белые туманные потоки отходят от краев дисков и как призраки тянутся в пространство. На такой катушке, если она хорошо сделана, они достигают в длину 25 или 30 см. Если поднести к ним руку, то ничего нельзя почувствовать, а искра, вызывающая шок, проскакивает, только если руку поднести совсем близко. Если каким-либо способом придать колебаниям пре- рывистый характер, то возникают так называемые «биения», и рука или иной проводник, поднесенный еще ближе, даже не вызовет пробоя.

Среди всех многообразных прекрасных явлений, которые можно полу- чить при помощи этой катушки, я выбрал только те, что отличаются новиз- ной и приводят нас к интересным выводам. Совсем нетрудно в лабораторных условиях наблюдать и более занятные эффекты, но они не таят в себе ничего нового.

Те, кто в свое время начинал опыты с электричеством, описывают ис- кры, произведенные большой обычной катушкой индуктивности на диэлек- трической пластине, разделявшей выводы. Совсем недавно Сименс провел ряд опытов, в ходе которых наблюдались красивые явления. Без сомнения, большие катушки даже на малой частоте способны демонстрировать занят- ные эффекты. Но и самая большая катушка не сравнится по красоте потоков и искр с такой разрядной катушкой, если ее правильно настроить. Представьте себе, что такая катушка способна покрыть потоками разрядов пластину диа-

99

метром 1 м. Лучше всего для такого опыта взять тонкую пластину из резины или стекла и с одной ее стороны наклеить узкое кольцо из фольги большого диаметра, а с другой - круглую шайбу, причем центры их должны совпадать, а площади поверхностей быть примерно равными, чтобы катушка была хоро- шо сбалансирована. Шайба и кольцо должны соединяться с выводами, хоро- шо изолированными тонкими проводами. Легко видеть эффект конденсатора, создающего полосу однородных потоков или сеть из тонких серебряных ни- тей, или массу ярких искр, которые полностью покрывают пластину.

С тех пор как я выдвинул идею преобразования при помощи разряда в своей прошлой лекции перед Американским институтом электроинженеров в начале прошлого года, интерес к ней не ослабевает. Она явилась для нас средством получения любых потенциалов с помощью недорогой катушки, которая работает от любого источника, и - что, возможно, еще более цен- но - она позволяет нам преобразовывать токи любой частоты и получать снова любую частоту. Но главное ее достоинство, скорее всего, заключается в том, что она позволит нам изучать явление фосфоресценции, которое ка- тушка с разрядником способна вызывать даже в тех случаях, когда обычные катушки, даже самые большие, с этой задачей не справляются.

Принимая во внимание ее возможное применение для многих практи- ческих целей, а также использование такой катушки в лабораторных иссле- дованиях, несколько дополнительных замечаний по поводу ее конструкции, я полагаю, не будут излишними.

Естественно, необходимо в таких катушках использовать хорошо изоли- рованные провода.

Хорошую катушку можно создать, применяя провода, изолированные несколькими слоями хлопка, и выварив ее в течение длительного времени в чистом воске, а затем остудив при небольшом давлении. Преимущество та- кой катушки в том, что с ней нетрудно работать, но она не даст нам такого результата, какой можно получить от катушки, погруженной в масло. Кроме того, присутствие большого количества воска, кажется, не оказывает положи- тельного влияния на катушку, в то время как с масляным прибором всё об- стоит совсем иначе. Возможно, это происходит потому, что диэлектрические потери в жидкости не так велики.

Поначалу я пытался пользоваться проводами с шелковой и хлопко- вой изоляцией, но постепенно пришел к тому, что надо применять изоля- цию из гуттаперчи, которая более всего отвечает целям опыта. Гуттаперче- вая изоляция, конечно, увеличивает емкость катушки, в особенности если катушка большая, и это усложняет получение высокой частоты; но с дру- гой стороны, гуттаперча выдержит большую нагрузку, чем такой же слой масла, и этого результата следует добиваться любой ценой. Катушку из масла нельзя извлекать более чем на несколько часов, иначе гуттаперча по- трескается и катушка уже не будет и вполовину такой хорошей. Гуттаперча,

Никола Тесла. Лекции

видимо, испытывает на себе воздействие масла, но по прошествии восьми-де- вяти месяцев я не обнаружил никаких повреждений.

В продаже я обнаружил два типа проводов в гуттаперче: у одного типа изоляция плотно приклеена к металлу, у другого нет. Если только определен- ным способом не устранить воздух из-под оплетки, то первый тип безопаснее. Я наматываю катушку в масляном баке так, чтобы все пустоты заполнялись маслом. Между слоями я применяю материю, тщательно вываренную в масле, ее толщина зависит от разности потенциалов между витками. Кажется, что нет серьезной разницы в том, какое масло применять: я пользуюсь парафино- вым и льняным маслом.

Для того чтобы полностью удалить воздух, очень практичный способ при работе с небольшими катушками следующий: изготовьте деревянный ящик с толстыми стенками из дерева, долгое время вываренное в масле. До- ски должны быть пригнаны так, чтобы могли долгое время выдерживать вне- шнее давление воздуха. Когда катушку вы поместите внутрь и установите, ящик следует плотно закрыть крепкой крышкой, а крышку укрепить метал- лическими пластинами и запаять их. В крышке высверливаются два сквоз- ных отверстия, в которые вставляются стеклянные трубочки, а сочленения герметизируются. Одна из трубок соединяется с вакуумным насосом, а дру- гая - с сосудом, содержащим достаточное количество олифы. Последняя труб- ка имеет в основании очень маленькое отверстие и снабжена запорным краном. Когда достигается приличный уровень вакуумирования, кран открывается и масло медленно поступает внутрь. Таким образом удается избежать боль- ших пузырей, которые являются основной угрозой, между витками. Воздух выгоняется полностью, даже лучше, чем при кипячении, что для гуттаперчи не подходит.

Для первичной обмотки я беру обычный линейный провод с толстой хлопковой оплеткой. Жилы очень тонкого витого провода, правильно скру- ченные, конечно, наилучшим образом бы подошли, но их не достать.

В опытной катушке размер провода не имеет большого значения. В на- шей катушке первичная обмотка из калиброванного провода № 12, а вторич- ная - из № 24 компании Браун и Шарп; но отдельные участки можно су- щественно изменять. Я бы только произвел некоторые подстройки; результат, которого мы хотим добиться, от этого не пострадает.

Я потратил какое-то время на описание кистевого разряда, потому что изучая его, мы не только услаждаем наш взор, но и получаем пищу для ума и приходим к некоторым практическим выводам. При использовании пере- менного тока высокого напряжения для предотвращения кистевого разряда не бывает излишней предосторожности. В основной токоведущей шине, в ка- тушке ли, трансформаторе или конденсаторе, кистевой разряд - это главная угроза изоляции. В конденсаторе все газы должны быть тщательно удалены, ибо в нем заряженные поверхности находятся в непосредственной близости,

101

и при высоком напряжении, - так же верно, как предмет упадет, если его отпустить, - так и изоляция будет пробита, если найдется хоть один пузырь газа, при полном же отсутствии газа конденсатор выдержит гораздо большее напряжение. Основной провод высокого напряжения может быть поврежден благодаря трещине или пустоте, тем более что в пустоте может содержаться разреженный газ; и поскольку почти невозможно избежать таких небольших недостатков, мне представляется, что в будущем доставка электроэнергии при помощи тока высокого напряжения будет происходить в жидкой изоляции. Стоимость - большой недостаток, но если мы применим масло для изоляции при передаче энергии с помощью тока напряжением, скажем, 100 000 вольт или более, то этот процесс станет настолько легким, что его трудно будет назвать достижением инженерной мысли. С масляной изоляцией и моторами переменного тока передача энергии будет безопасной и встанет на промыш- ленную основу для расстояний не менее тысячи миль.

Особенностью масла и жидкой изоляции вообще является го, что при электрическом воздействии они выделяют пузырьки газа, который может в них присутствовать и растворяют его в своей массе задолго до того, как он может причинить какой-либо вред. Эту особенность можно наблюдать в обычной катушке, вынув первичную обмотку и закупорив один конец труб- ки и заполнив ее прозрачным жидким изолятором, например, парафиновым маслом. Первичная обмотка на несколько мм меньше, чем внутренний диа- метр трубки, может быть помещена в масло. Когда катушка включается, то сверху сквозь масло можно увидеть множество светящихся точек - пузырь- ки воздуха, которые оказались там при помещении туда первичной обмотки и которые светятся вследствие интенсивной бомбардировки. Закупоренный воздух соударяется с маслом, оно начинает циркулировать, увлекая за собой часть воздуха до тех пор, пока пузырьки не растворятся, тогда светящиеся точки исчезают. Таким способом, если только не оказывается закупоренных больших воздушных пузырьков и становится невозможной циркуляция, уда- ется избежать риска поломки, при этом лишь немного нагревается масло. Если же вместо жидкости применить твердую изоляцию, неважно, какой толщины, стал бы неизбежным пробой и поломка аппарата.

Полное удаление газов из устройства, в котором диэлектрик подверга- ется более или менее интенсивному воздействию меняющихся электрических полей, однако, не только желательно, но и целесообразно с точки зрения экономики. Например, в конденсаторе, если применять только твердый или только жидкий диэлектрик, потери будут малы; но если внутри останется газ под нормальным или низким давлением, то потери будут велики. Какова бы ни была природа сил, действующих в диэлектрике, видимо, в жидкости или твердой среде молекулярное смещение невелико, поскольку результат работы этой силы и процесса смещения незначителен - если только сила не- велика; но в газах смещение и его результат огромны - молекулы движутся

Никола Тесла. Лекции

свободно, достигая высоких скоростей, и энергия их удара переходит в тепло или другую форму. Если газ сильно сжат, то вследствие этого смещение незначи- тельно, а потери уменьшаются.

В большинстве следующих опытов я предпочел использовать, в основном по причине его стабильной и удовлетворительной работы, генератор перемен- ного тока, о котором уже упоминал. Эта одна из машин, которую я построил для проведения таких опытов. Генератор имеет 384 полюса и способен выда- вать ток с частотой примерно 10 000 колебаний в секунду. Об этой машине я говорил в своей лекции в Американском институте электроинженеров 20 мая 1891 года, о которой я уже упоминал. Более подробное описание, доста- точное, чтобы по нему создать подобный аппарат, можно найти в нескольких профильных журналах этого периода.

Катушки, работающие от этого прибора, довольно малы и имеют от 5 000 до 15 000 витков во вторичной обмотке. Они помещены в прокипячен- ное льняное масло и находятся в деревянных ящиках, обшитых цинковыми пластинами.

Я счел целесообразным поменять местами обмотки и намотать в этих катушках первичные обмотки сверху; это позволяет применять большую пер- вичную обмотку, что, конечно, уменьшает опасность перегрева и увеличивает мощность катушки. С каждой стороны первичная обмотка короче вторичной на один см для предотвращения пробоя на концах.

Когда первичная обмотка сделана подвижной, что необходимо для неко- торых опытов и во много раз удобнее для настройки, я покрываю вторичную обмотку сургучом и обрабатываю на станке, доводя ее диаметр до размера немного меньшего, чем внутренний диаметр первичной обмотки. К последней пристраиваю рукоятку, выступающую из масла, служащую для того, чтобы сдвигать ее по отношению к вторичной.

Теперь позволю себе сделать несколько замечаний в отношении управле- ния катушками индуктивности, которые были опущены в описаниях прошлых опытов.

Вторичная обмотка имеет такую индуктивность, что сила тока, проте- кающего через провод, очень мала и может быть такой, даже если выводы катушки соединены между собой проводником небольшого сопротивления. Если к выводам присоединить какую-либо емкость, то самоиндукция компен- сируется и через вторичную обмотку течет ток большей силы, хотя выводы изолированы. Для человека, совсем незнакомого со свойствами переменного тока, не может быть ничего более загадочного. Эта особенность была проде- монстрирована в опыте, где присутствовали металлическая сетка, соединен- ная с выводами катушки, и резиновая пластина. Когда проволочные сетки подносили близко друг к другу, между ними возникала небольшая дуга, ме- шавшая прохождению тока большой силы через вторичную обмотку, так как устраняла емкость на выводах; когда между выводами помещали резиновую

103

пластину, емкость созданного конденсатора компенсировала самоиндукцию катушки, и разряд был гораздо сильнее.

Первостепенная задача, следовательно, соединить емкость со вторичной обмоткой, чтобы преодолеть самоиндукцию. Если частота и потенциал очень высоки, то газообразное вещество надлежит тщательно изолировать от за- ряженных поверхностей. Если использовать лейденские банки, находящиеся под большим напряжением, то их надо погрузить в масло, в противном случае происходит значительное рассеивание. При высоких частотах также важно соединить конденсатор с первичной обмоткой. Можно соединить конденсатор с концами первичной обмотки или выводами генератора, но последнее не реко- мендуется, так как устройство можно повредить. Лучше всего, без сомнения, включить конденсатор последовательно с первичной обмоткой и генератором и настроить его емкость так, чтобы устранить самоиндукцию в этих приборах. Конденсатор должен иметь очень тонкую подстройку, для этого удобно при- менять небольшой масляный конденсатор с подвижными пластинами.

В настоящий момент считаю лучше всего продемонстрировать вам явле- ние, которое я наблюдал не так давно, и которое с чисто научной точки зрения может показаться более интересным, чем всё то, о чем я собирался вам пове- дать сегодня вечером. Было бы правильным квалифицировать его как разно-

видность кистевого разряда, формируемого поблизости от выводов или непосредственно на одном из них в вакууме.

В колбе, имеющей про- водящий вывод, даже если он алюминиевый, кистевой раз- ряд недолговечен, и, к сожа- лению, даже в том случае, если из колбы удалить элект- род. При исследовании одного явления, несомненно, следует пользоваться колбой, в кото- рой нет подводящего провода.

Я выяснил, что лучше всего пользоваться такими колбами, какие показаны на рисунках 12 и 13.

Е1а рисунке 12 лампа со- стоит из колбы L, в основание которой запаяна трубка баро- метра Ь, конец которой запаян в форме небольшого шара s.

Рис. 13

Никола Тесла. Лекции

Эта сфера должна быть как можно лучше запаяна в центре большой колбы. Перед запайкой тонкую трубку t, изготовленную из алюминиевого листа, мож- но поместить внутрь трубки барометра, но это не принципиально. Небольшой полый шар s заполняется порошком проводника, а в горловине w укрепляется провод, соединяющий порошок с генератором.

Конструкция на рисунке 13 была выбрана с целью удалить из кисти лю- бой проводник, могущий оказать на нее воздействие. Лампа в данном случае состоит из колбы L, у которой имеется горловина п с трубкой b и небольшим шаром s, припаянным к ней так, чтобы образовать две отдельных емкости, как показано на рисунке. Когда лампа работает, горловина п, покрытая фоль- гой, которая соединена с генератором и действует индуктивно в относительно разреженном и токопроводящем газе, содержащемся в ней. Оттуда ток посту- пает через трубку b в небольшой шар s, чтобы индуктивно воздействовать на газ, содержащийся в колбе L. Лучше всего сделать трубку t очень толстой, отверстие в ней очень маленьким, а шар 5 выдуть тонким. Крайне важно по- местить шар 5 точно в центр колбы L.

На рисунках 14, 15 и 16 показа- ны разные формы, или стадии, кисти. На рисунке 14 показано, как разряд возникает в колбе, имеющей прово- дящий вывод: но поскольку в такой колбе он очень скоро исчезает - час- то за несколько минут, - я продолжу описывать это явление так, как оно видится в колбе, где нет электрода. Оно наблюдается при следующих ус- ловиях:

Когда из колбы L (рисунок 12 и 13) максимально откачан воздух, обычно она не возбуждается при со- единении провода w (рисунок 12) или фольги (рисунок 13) с выводом катушки. Для возбуждения обыч- но достаточно дотронуться рукой до колбы L. Тогда поначалу в колбе воз- никает интенсивное свечение а затем оно уступает место белому туманно- му свету. Вскоре после этого можно заметить, что освещенность в колбе распределяется неравномерно, а пос- ле прохождения тока в течение како- го-то времени лампа принимает вид

Рис. 14

105

как на рисунке 15. После этого явление переходит в фазу, по- казанную на рисунке 16, т.е. через несколько минут, часов, дней или недель, в зависимос- ти от того, как эксплуатирует- ся лампа. Нагревание лампы или увеличение напряжения ускоряет этот переход.

Когда кисть принимает форму, показанную на рисун- ке 16, она может стать очень чувствительной к электроста- тическому и магнитному воз- действию. Если лампа висит на прямом проводе и все пред- меты удалены от нее, а к ней приблизится на несколько ша- гов наблюдатель, то это заста- вит разряд переместиться на другую сторону, а если наблю- датель будет ходить вокруг нее, то разряд всегда будет

находиться на противоположной стороне. Он может начать вращение вок- руг вывода задолго до того, как достигнет этой чувствительной фазы. Когда начинается вращение, да и несколько раньше тоже, на него оказывает вли- яние магнит, а на определенной стадии он становится крайне восприимчи- вым к его влиянию. Небольшой постоянный магнит, полюса которого отстоят друг от друга на расстоянии двух сантиметров не более, зримо воздейству- ет на кисть на расстоянии двух метров, замедляя или ускоряя ее вращение в зависимости от того, как он расположен по отношению к ней. Мне кажется, я заметил, что в тот момент, когда кисть наиболее чувствительна к магнитному воздействию, она не так подвержена влиянию электростатического поля. Мое объяснение таково: электростатическое притяжение между кистью и стеклом колбы, которое задерживает вращение, растет гораздо быстрее, чем магнитное воздействие, когда возрастает интенсивность потока.

Когда лампочка висит на проводе колбой L вниз, вращение всегда по часовой стрелке. В южном полушарии вращение произойдет в обратную сто- рону, а на экваторе его не будет вовсе. Вращение может быть реверсирова- но при помощи магнита, если его держать на некотором расстоянии. Кисть, кажется, вращается лучше всего, когда она находится под прямым углом к действию сил притяжения Земли. На максимальной скорости она скорее

Никола Тесла. Лекции

всего вращается синхронно с колебаниями тока, скажем, 10 000 раз в секунду. Вращение можно замедлить или ускорить при приближении или удалении на- блюдателя или любого проводника, но его нельзя начать в противоположную сторону, переместив колбу. Когда разряд находится на пике чувствительности и потенциал или частота меняются, чувствительность падает. Даже небольшое изменение любого из этих параметров прекращает вращение. Чувствитель- ность также подвержена влиянию температурных изменений. Для достиже- ния наибольшей чувствительности требуется, чтобы небольшой шар 5 был в центре колбы L, так как в противном случае электростатическое воздействие стеклянной колбы будет препятствовать вращению. Шар s должен быть не- большим и одной толщины; его асимметричность, конечно, приведет к потере чувствительности.

Тот факт, что кисть вращается в постоянном магнитном поле в опре- деленном направлении показывает, что в переменном токе высокой частоты положительные и отрицательные импульсы не равны, но один всегда больше другого.

Конечно, вращение в одном направлении может быть вызвано действием двух составляющих тока друг на друга, или действием поля, произведенного одним из элементов, на другое поле, как в сериесном моторе, причем необя- зательно, чтобы один импульс был сильнее другого. Тот факт, что кисть вра- щается в любом положении, говорит в пользу этого мнения. В таком случае она будет вращаться в любой точке земной поверхности. Но, с другой сторо- ны, трудно объяснить, почему постоянный магнит реверсирует ее вращение, и приходится согласиться с мнением о преобладании импульсов одного вида.

Что же касается самого формирования кисти или потока, полагаю, это происходит вследствие электростатического воздействия колбы и асимметрии частей. Если бы маленькая колба 5 и большая колба L были абсолютно кон- центрическими сферами, а стекло имело во всех точках одинаковую толщи- ну и качество, думаю, кисть не формировалась бы, так как со всех сторон имелась бы одинаковая тенденция к прохождению разряда. То, что создание потока объясняется неравномерностью, очевидно, следует из того факта, что он имеет тенденцию оставаться в одном положении, а вращение происходит только тогда, когда его выводят из равновесия под воздействием электроста- тического или магнитного поля. Когда, достигнув максимальной чувствитель- ности, он находится в одном положении, с ним можно проводить любопытные опыты. Например, экспериментатор может, выбрав правильное положение, поднести руку на достаточно значительном расстоянии к лампе и заставить кисть передвинуться простым напряжением мышц. Когда она начинает вра- щаться и руки находятся на нужном расстоянии, нельзя сделать и малейшего движения, чтобы кисть не отреагировала. Металлическая пластина, соединен- ная с другим выводом катушки, воздействует на нее на большом расстоянии, замедляя вращение на один оборот в секунду.

107

Я полностью убежден, что такая кисть, когда мы научимся ее правильно формировать, послужит полезным инструментом в изучении природы сил, действующих в электростатических и магнитных полях. Если есть какое-либо движение в пространстве, которое можно измерить, то кисть поможет обна- ружить его. Это, так сказать, луч света, движущийся без трения и лишенный инерции.

Полагаю, что это явление может найти практическое применение в те- леграфии. При помощи такой кисти можно посылать сообщения, например, через Атлантику с любой скоростью, так как ее чувствительность может быть настолько велика, что любое изменение будет оказывать на нее воздействие. Если бы можно было сделать поток очень интенсивным и очень узким, то его отражения можно было бы легко сфотографировать.

Мне было интересно выяснить, вращается ли сам поток или в колбе происходит только передвижение заряда под напряжением. Для этих целей я установил небольшую слюдяную крыльчатку, чьи лопасти находились на пути щетки. Если движение потока есть, то крыльчатка завертится. Мне не удалось получить отчетливого вращения крыльчатки, хотя я повторял опыт снова и снова; но поскольку крыльчатка оказывала видимое влияние на по- ток, и очевидное вращение последнего не было достаточно удовлетворитель- ным, эксперимент не привел к определенным выводам.

Мне не удалось получить это явление от разрядной катушки, хотя каж- дое второе такое явление с ее помощью можно получить - много и фактически гораздо лучше, чем от катушки, запитанной от генератора.

Возможно, можно получить кистевой разряд при помощи однонаправ- ленных импульсов или от постоянного потенциала, в таком случае он будет более восприимчив к магнитным полям.

При работе с индукционной катушкой на токах высокой частоты мы с удивлением впервые понимаем, как важно соотношение емкости, самоин- дукции и частоты для конечного результата. Воздействие емкости наиболее впечатляет, так как в этих опытах самоиндукция и частота очень высоки, а критическая емкость очень мала, и нужны небольшие изменения для по- лучения впечатляющих изменений. Экспериментатор может прикоснуться к выводам вторичной обмотки или присоединить к одному или обоим выводам изолированные предметы небольшого объема, такие, как, например, лампоч- ки, и может получить значительное увеличение или снижение напряжения, а также значительно повлиять на ток в первичной обмотке. В ранее пока- занном опыте, когда разряд щетки появляется на проводе, присоединенном к одному выводу катушки, и провод колеблется, когда экспериментатор при- касается изолированным предметом к другому выводу катушки, очевидно на- блюдается внезапный рост потенциала.

Я могу показать вам, как катушка ведет себя по-иному, и это тоже ин- тересно. Здесь у меня небольшая алюминиевая крыльчатка, присоединенная

Никола Тесла. Лекции

к игле и способная свободно вращаться на металлическом предмете, прикру- ченном к выводу катушки. Когда катушка включается, молекулы воздуха ритмично притягиваются и отталкиваются. Так как сила отталкивания больше силы притяжения, то на лопасти крыльчатки оказывается соответствующее сильное воздействие. Если бы крыльчатка была изготовлена из простой ме- таллической пластины, то сила отталкивания была бы одинаковой для обеих ее сторон и не оказывала никакого действия. Но если одну из поверхностей экранировать, или бомбардировку этой поверхности ослабить тем или иным способом, сила отталкивания продолжает воздействовать на другую сторону, и крыльчатка начинает вращаться. Экранирование лучше всего осуществить, разместив на одной из сторон изолированное токопроводящее покрытие, или, если крыльчатка сделана в форме обычного пропеллера, разместив на одной из сторон, ближе к ней, изолированную металлическую пластину. Без стати- ческого экрана, однако, можно обойтись, воспользовавшись толщиной изоля- тора, прикрепленного к одной из сторон крыльчатки.

Для того чтобы показать поведение катушки, крыльчатку можно раз- местить на выводе и она сразу станет вращаться, когда через катушку про- пускается ток очень высокой частоты. При постоянном потенциале, конечно, и даже при работе тока низкой частоты, она не будет вращаться, вследствие очень незначительного обмена воздуха и слабой бомбардировки; но в послед- нем случае она будет вращаться, если потенциал очень высок. Колесико на шпильке, наоборот, подтверждает правильность другого правила: оно враща- ется лучше всего при постоянном потенциале, а усилие тем меньше, чем выше частота. Итак, довольно легко настроить условия таким образом, чтобы по- тенциала было недостаточно для вращения крыльчатки, но чтобы при соеди- нении другого вывода катушки с изолированным предметом он поднимался до значения, при котором крыльчатка вращается, и чтобы также было нетрудно остановить вращение, присоединив к выводу предмет других размеров, умень- шающий потенциал.

Вместо крыльчатки в этом опыте мы можем использовать «электриче- ский» радиометр, который даст такой же эффект. Но в таком случае выясня- ется, что лопасти вращаются только при разрежении или обычном давлении; при небольшом повышенном давлении они вращаться не будут, так как воздух имеет высокие токопроводящие свойства. Это любопытное наблюдение было сделано совместно - мной и профессором Круксом. Я приписываю результат высокой токопроводящей способности воздуха, молекулы которого не ведут себя, как отдельные носители зарядов, но действуют как единый проводник. В таком случае, конечно, если вообще существует отталкивание молекул от лопастей, эта сила должна быть очень мала. Возможно, однако, что результат отчасти объясняется тем, что большая часть заряда проходит по подводящему проводу через газ-проводник вместо того, чтобы рассеиваться с проводящих лопастей.

109

При попытках воспроизвести описанный опыт с электрическим радио- метром потенциал не должен превышать определенного значения, так как электростатическое притяжение между колбой и лопастями может быть на- столько сильным, что вращение прекратится.

Самой любопытной особенностью переменных токов высокой частоты и напряжения является то, что они позволяют нам проводить опыты с одним проводом. Во многих отношениях эта особенность представляет огромный интерес.

В том типе мотора переменного тока, который я изобрел несколько лет назад, я добивался вращения путем индукции при помощи однофазного

Рис. 17

Никола Тесла. Лекции

переменного тока, пропущенного через контур мотора, на массе мотора или в других его контурах, вторичных токов, которые, вместе с первргаными, или индукционными токами, создавали движущее силовое поле. Простую и не- сколько грубоватую форму такого мотора можно получить, намотав на же- лезный сердечник первичную обмотку, а рядом с ней вторичную, соединив концы последней, и поместив свободно вращающийся металлический диск в поле обеих обмоток. Железный сердечник применяется в силу очевидных причин, но это не принципиально для опыта. Для улучшения работы мотора, железный сердечник сделан так, что он охватывает якорь. Еще одно улучше- ние - вторичная обмотка частично наложена на первичную, с тем чтобы она не была свободна от ее индукционного воздействия и не отталкивала силовых линий ее поля. И еще одно улучшение - надлежащий сдвиг по фазе между первичным и вторичным токами достигается при помощи конденсатора, само- индукции, сопротивления или соответствующих витков.

Я выяснил, однако, что вращение достигается при помощи одной обмот- ки и сердечника, и объясняю это явление тем, и это главная мысль при прове- дении опыта, что при намагничивании сердечника существует отставание по времени. Я помню, с каким удовольствием в записках профессора Эйртона, которые попали ко мне позже, я прочитал об идее временной задержки. Дей- ствительно ли это временная задержка или запаздывание происходит благо- даря действию вихревых токов, циркулирующих в устройстве, - этот вопрос открыт, но фактом остается то, что если через обмотку, намотанную на же- лезный сердечник, пропустить переменный ток, создается силовое движущее поле, способное привести якорь в движение. Интересно упомянуть, с связи с историческим опытом Араго, что в моторах, основанных на задержке или сдвиге по фазе, я добивался вращения в направлении, обратном направлению движения поля, что означает, что в том опыте магнит может не вращаться, а может вращаться в направлении, противоположном направлению вращения диска. Вот перед нами мотор (схематично показанный на рисунке 17), состо- ящий из обмотки и железного сердечника, а также свободно подвешенного медного диска, расположенного вблизи сердечника.

Для демонстрации новой и интересной особенности я выбрал, по при- чине, которую объясню, именно этот тип мотора. Когда концы обмотки со единяются с выводами генератора, диск начинает вращение. Но это не тот опыт, теперь уже хорошо известный, а показать хочу тот, где этот мотор вращается при помощи только одного подключенного вывода, то есть, один вывод мотора соединен с одним выводом генератора - в нашем случае со вторичной обмоткой индукционной катушки высокого напряжения, - дру- гие выводы мотора и генератора изолированы и свободны. Для получения вращения обычно (но не абсолютно всегда) необходимо присоединить сво- бодный конец обмотки мотора к изолированному предмету какого-либо размера. Тела экспериментатора более чем достаточно. Если он дотронется

111

предметом, который держит в руке, до свободного вывода, то через обмот- ку пройдет ток и диск начнет вращение. Если к обмотке последовательно подключить вакуумную трубку, то она ярко засветится, указывая на нали- чие сильного тока. Вместо тела экспериментатора с тем же успехом можно использовать металлическую пластину, подвешенную на проводящем шнуре. В данном случае пластина действует как конденсатор, подключенный после- довательно к обмотке. Она компенсирует самоиндукцию последней и позволя- ет прохождение сильного тока. В таком сочетании чем больше самоиндукция, тем меньше должна быть пластина, а это означает, что для работы мотора требуется более низкая частота, следовательно, и более низкое напряжение. Одна обмотка, намотанная на сердечник, имеет высокий показатель самоин- дукции; в основном по этой причине данный мотор был выбран для прове- дения этого опыта. Если бы мы имели на сердечнике вторичную обмотку, то она уменьшала бы самоиндукцию, и нам потребовались бы высокая частота и напряжение. Ни то, ни другое нежелательно, так как высокий потенциал мог нанести вред изоляции небольшой первичной обмотки, а высокая частота привела бы к уменьшению вращательного момента.

Следует отметить, когда в таком моторе применяется замкнутая вторич- ная обмотка, совсем нелегко при высокой частоте получить вращение, пос- кольку вторичная обмотка почти полностью отсекает силовые линии первич- ной - и тем сильнее, чем выше частота, позволяя проходить только слабому току. В таком случае, если только вторичная обмотка не замкнута через кон- денсатор, крайне важно, чтобы добиться вращения, расположить первичную и вторичную обмотки более или менее внахлест.

Но у этого мотора есть и еще одна интересная особенность, а именно: между мотором и генератором вообще не требуется никаких соединений, мо- жет быть, только через землю, ибо изолированная пластина способна не толь- ко отдавать энергию в пространство, но и получать ее из переменного элек- тростатического поля, хотя в последнем случае количество энергии намного меньше. В данном примере один из выводов мотора соединен с изолированной пластиной или предметом, находящемся в переменном электростатическом поле, а другой вывод предпочтительно заземлен.

Вполне возможно, однако, что такие «беспроводные», если их можно так назвать, моторы могут работать от передачи энергии через разреженный воздух с больших расстояний. Переменные токи, особенно высокочастотные, поразительно свободно проходят даже через слаборазреженные газы. Верхние слои воздуха разрежены. Для того чтобы продвинуться на несколько миль в пространстве, требуется преодолеть лишь механические трудности. Нет ни- какого сомнения в том, что при высоких потенциалах, которые можно полу- чить при помощи высоких частот и масляной изоляции, светящиеся разряды могут преодолевать многие мили в разреженном воздухе, и что таким спосо- бом, используя энергию в несколько сот тысяч лошадиных сил, можно питать

Никола Тесла. Лекции

моторы и лампы на значительном расстоянии от стационарных источников. Но подобные схемы я упоминаю только как возможные. Нам вообще не по- требуется передача энергии. Прежде чем сменятся несколько поколений, наши машины будут получать энергию в любой точке вселенной. Эта идея не нова. Человечество пришло к ней уже давно, ведомое разумом и инстинктом. Ее высказывали по-разному и в разных местах в древнейшей и новейшей исто- рии. Мы находим ее в прекрасном мифе об Антее, который использует мощь Земли; мы находим ее в тонких размышлениях одного из ваших выдающихся математиков и во многих намеках и высказываниях мыслителей современно- сти. Везде в космосе есть энергия. Она статическая или кинетическая? Если статическая, то наши надежды напрасны; если кинетическая - а мы знаем, что это так, уверены в этом, - то только вопрос времени, когда же люди смогут подключиться к самой природной сети. Из всех, живых и мертвых, Крукс наиболее приблизился к решению. Его радиометр вращается при свете дня и во тьме ночи; он вращается везде, где есть тепло, а тепло есть везде. Но, к сожалению, его прекрасное маленькое устройство, что касается развития, а это и есть самое интересное, следует внести в список самых неэффективных машин, которые когда-либо создавались!

Описанный перед этим опыт только один из ряда равно интересных экспериментов, которые можно производить, применяя только один провод, с переменным током высокого потенциала и высокой частоты. Мы можем подключить изолированный провод к источнику такого тока, пропустить по нему ток малой силы, и в любой его точке получить сильный ток, способ- ный расплавить толстый медный провод. Или можем, при помощи како- го-нибудь устройства, разлагать раствор в любой электролитической ячей- ке, соединив один из полюсов банки с таким проводом или источником энергии. Мы также можем, присоединив к проводу или только приблизив к нему, зажечь лампу накаливания, вакуумную трубку или флюоресцентную колбу.

Каким бы неприемлемым ни казался этот план действий во многих слу- чаях, он всё же практичен, и рекомендуется для производства света. Усо- вершенствованная лампа потребует небольшого количества энергии, и если провода вообще потребуются, мы должны будем научиться подавать такую энергию без обратного провода.

Теперь признанным фактом является то, что тело можно накалить или заставить светиться, либо подключив его одним проводом, либо просто при- близив к источнику импульсов надлежащего характера, и что в таком случае количества света достаточно для того, чтобы изготовить практичный источник его. Следовательно, по меньшей мере, стоит постараться определить наилуч- шие условия и изобрести наилучшие приборы для достижения такой цели.

Некоторый опыт в этом направлении уже имеется. И я остановлюсь на нем подробнее в надежде на то, что эти эксперименты окажутся полезными.

113

Нагрев проводника, заключенного в колбу и присоединенного к источни- ку переменного тока большой частоты, зависит от стольких вещей различной природы, что трудно сформулировать общее правило, по которому происхо- дит максимальный нагрев. Что касается размеров сосуда, то недавно я обнару- жил, что при обычном или близком к обычному атмосферном давлении, когда воздух хорошо изолирует, и, следовательно, практически такое же количество энергии той же частоты и потенциала отдается предметом, неважно большая колба или маленькая, предмет хорошо нагревается, если его заключить в не- большую колбу, так как локализация тепла в этом случае выше.

При пониженном давлении, когда воздух более или менее проводит ток, или если воздух достаточно нагрет для того, чтобы стать проводником, тело на- каляется сильнее в более просторной колбе, очевидно, потому, что при всех оди- наковых условиях испытания, тело отдает больше энергии в большой колбе.

При высокой степени вакуумизации, когда вещество в колбе становится «лучистым», у большой колбы также имеется преимущество, но совсем не- большое.

И, наконец, при крайне высокой степени разряжения, которой нельзя достичь без применения специальной аппаратуры, за исключением случаев, когда сосуд очень мал, нет различимых отличий в степени нагрева.

Эти наблюдения явились результатом нескольких опытов, из которых один, который демонстрирует эффект размера колбы при высокой степени разряжения, можно описать, так как он имеет интересную особенность. Взя- ли три круглые колбы диаметром 2, 3 и 4 дюйма и в центре каждой помес- тили нить накаливания одинаковой длины и толщины. В каждой колбе часть нити была соединена с платиновым подводящим проводом, помещенным в стеклянную ножку, впаянную в колбу; при этом, конечно, прилагались все усилия для того, чтобы во всех трех случаях устройство было одинаковым. Каждая ножка была заключена в трубку из полированного алюминия, кото- рая удерживалась пружиной. Назначение этой алюминиевой трубки будет объяснено позже. В каждой колбе часть нити одинаковой длины выступала из металлической трубки. Теперь достаточно сказать, что при таких услови- ях нити одинаковой длины и толщины - иными словами тела одинакового объема - накаливались. Три колбы были припаяны к стеклянной трубке, соединявшейся с насосом Шпренгеля. При достижении высокой степени разряжения стеклянная трубка была запаяна. Затем был подан ток после- довательно к каждой колбе и было обнаружено, что все нити накалились примерно одинаково, разве только самая маленькая колба, расположенная между двумя побольше, светилась немного ярче. Этот результат был ожи- даем, так как, когда загоралась каждая из ламп, свечение проходило через две другие, поскольку все три колбы представляли собой один сосуд. Когда все три лампы соединили с катушкой параллельно, в самой большой нить горела ярче всех, в средней немного тусклее, а в самой маленькой нить была

Никола Тесла. Лекции

немного красной. Затем колбы запаяли и включали отдельно. Яркость нитей теперь была такова, какой должна была быть, исходя из предположения, что отдаваемая энергия пропорциональна поверхности колбы, причем эта поверх- ность в каждом случае представляет собой одну из пластин конденсатора. Соответственно, разница между самой большой и средней была меньше, чем разница между средней и маленькой колбами.

Во время этого опыта было сделано интересное наблюдение. Все три колбы подвесили на оголенном проводе, соединенном с выводом катушки, большую - на конце провода, маленькую - на некотором расстоянии, а сред- нюю - на таком же расстоянии от маленькой. Нити.в обеих больших лампах горели, как и ожидалось, в то время как в маленькой она не добрала и ожи- даемой степени свечения. Это наблюдение заставило меня сменить положение ламп, и тогда я обнаружил, что какая бы лампа ни оказалась в середине, она будет гореть тусклее, чем с краю. Этот загадочный результат, конечно, был отнесен на счет электростатического воздействия ламп друг на друга. Когда их поместили вдали друг от друга или в углах равнобедренного треугольника из медного провода, они горели соответственно своему размеру.

Что касается формы сосуда, то она тоже важна, тем более при высокой степени вакуумирования. Из всех возможных конструкций наиболее пред- почтительна шарообразная с телом из тугоплавкого материала внутри. По опыту ясно, что в таком шаре тугоплавкий предмет определенных размеров значительно легче накалить, чем в колбе другой формы. Преимущество также заключается в придании телу накаливания формы шара, по очевидным причи- нам. В любом случае тело надо поместить в центр, где атомы, отскакивающие от стен, соударяются. Этой цели легче всего достичь в сферической колбе; но она достижима и в цилиндрическом сосуде, где нить или нити расположены на его оси, а возможно и в параболическом сосуде или сферическом, где ту- гоплавкие части помещены в его фокусе; хотя последнее вряд ли возможно, так как наэлектризованные атомы должны в любом случае нормально оттал- киваться от поверхности, с которой они соударяются, если только скорости не крайние, тогда они, возможно, будут следовать общим правилам отражения. Неважно, какой формы сосуд, если воздух откачан слабо, нити, помещенные в любую точку, будут накаливаться одинаково; но если воздух откачан сильно и колба имеет сферическую или грушевидную форму, как обычно, то образу- ются фокальные точки и нить накаливается сильнее всего в этих точках или поблизости от них.

Для иллюстрации этого эффекта у меня имеются две небольшие одина- ковые колбы с разной степенью вакуумирования. При подключении к катуш- ке нить в той колбе, откуда воздух откачан слабо, накаливается одинаково по всей длине, в то время как в последней та часть нити, что расположена ближе к центру колбы, светится гораздо более интенсивно, чем остальные. Любо- пытно то, что это явление наблюдается, даже если две нити поместить внутрь

115

и каждую соединить с выводом катушки, и, что еще более любопытно, если они расположены рядом, конечно, при условии, что воздух совсем откачан. Во время опытов я заметил, что нити перегорают в определенный момент, и вначале приписывал это качеству угля. Но когда это произошло несколько раз подряд, понял, почему это происходит.

Для того чтобы накалить тугоплавкое тело в колбе, желательно, по при- чине экономии, чтобы вся переданная в колбу от источника энергия достигла этого тела без потерь; оттуда, и только оттуда, она должна испускаться. Ко- нечно, не подлежит сомнению, что нельзя достичь этой теоретической цели, но при помощи правильной конструкции осветительного прибора можно при- близиться к ее достижению.

По многим причинам накаливаемое тело помещают в центр колбы, обычно оно расположено на стеклянной ножке, через которую проходит подводящий провод. Поскольку потенциал на этом проводе переменный, то разреженный газ вокруг этой ножки подвергается индукции, она нагревается и подвержена бомбардировке. Таким образом, большая часть энергии, пред- назначенная для освещения, - особенно, когда используется высокая часто- та, - может теряться. Дабы избежать этих потерь, или по крайней мере свести их к минимуму, я обычно экранирую разреженный газ от индукции провода, помещая его в трубку из проводника. Сомнений не вызывает, что из всех металлов для этой цели наиболее пригоден алюминий по причине своих мно- гочисленных замечательных свойств. Единственный его недостаток в том, что он легкоплавкий и, следовательно, надо правильно разместить его по отноше- нию к телу накаливания. Обычно изготавливается трубочка, диаметр которой немного меньше диаметра стеклянной ножки, и надевается на нее. Трубочка изготавливается путем оборачивания на токарном станке алюминиевой по- лосы нужного размера вокруг сердечника, при этом надо зажимать полос- ку плотно при помощи чистой замши или промокательной бумаги, а сердеч- ник вращать очень быстро. Полоска плотно наматывается вокруг сердечника и таким образом получается двух- или трехслойная трубка. При надевании на ножку давления обычно хватает, чтобы трубочка не соскользнула, но для вер- ности нижнюю кромку стоит загнуть внутрь. Верхний внутренний угол полос- ки - тот, что ближе всего к телу накаливания, - следует отрезать по диагона- ли, так как он, находясь ближе всего к источнику тепла, часто заворачивается и почти касается или даже касается подводящего провода или нити, поддержи- вающей тело накаливания. В таком случае большая часть поступающей в кол- бу энергии расходуется на нагревание трубочки, и лампа становится бесполез- ной. Алюминиевая трубочка должна выступать над стеклянной ножкой - на дюйм или два, - в противном случае стекло будет находиться слишком близко к раскаленному предмету, сильно нагреется и станет более или менее сносным проводником и вследствие своей проводимости установит электрический кон- такт между металлической трубкой и подводящим проводом, причем большая

Никола Тесла. Лекции

часть энергии, опять же, израсходуется на нагрев последнего. Посему лучше сделать верхний конец трубки диаметром в 1 дюйм или меньше. Для того что- бы еще уменьшить опасность, возникающую от нагревания стеклянной ножки, а также для того, чтобы предотвратить контакт между металлической труб- кой и электродом, предпочитаю обернуть ножку несколькими слоями тонкой слюды, которая по ширине совпадает с металлической трубкой. В некоторых колбах я также применял внешний изолирующий колпачок.

Приведенные замечания предназначены для экспериментаторов на пер- вых стадиях опытов, так как трудности, с которыми они встретятся в дальней- шем, каждый преодолеет по-своему.

Для иллюстрации эффекта экранирования я взял две лампы одинакового размера, размещение их стеклянных ножек, проводов подводки и соединенных с ними элементов накаливания должно быть абсолютно одинаковым. Ножка од- ной лампы имеет алюминиевый колпачок, на ножке другой его нет. Сначала обе лампы были соединены с насосом Шпренгеля. Когда был максимально отка- чан воздух, сначала отсоединили и запаяли основную трубку, затем обе лампы. Итак, уровень разряжения в обеих одинаков. Когда их поочередно соединяют с катушкой, дающей определенный потенциал, угольная нить той лампы, где есть металлический колпачок, сильно накаливается, в то время как нить другой лам- пы, при том же потенциале, даже не краснеет, хотя фактически получает больше энергии, чем первая. Если их вместе подключить к выводу катушки, разница ста- нет еще заметнее, что демонстрирует важность экранирования. Металлический колпачок, надетый на стеклянную ножку с подводящим проводом, фактически выполняет две функции. Первая - он работает более или менее как электроста- тический экран, таким образом экономя энергию, подаваемую в лампу, и вто- рая - каким бы плохим экраном он ни был, он выполняет механическую зада- чу по предотвращению бомбардировки, и соответственно, интенсивного нагрева и возможного повреждения тонкой опоры элемента накаливания, или стеклян- ной ножки с подводящим проводом. Я говорю тонкой опоры, ибо очевидно, что для более полной локализации тепла на элементе накаливания его опора должна быть действительно тонкой, чтобы забирать как можно меньше тепла вследствие своей проводимости. Из всех опробованных опор я обнаружил, что наилучшая - это обычная нить накаливания, в основном потому, что из всех проводников она может выдерживать наибольшую степень нагрева.

Эффективность металлической трубки, как электростатического экрана, за- висит от степени разряжения.

При крайне высокой степени разряжения, которая достигается с трудом при помощи насоса Шпренгеля, когда вещество внутри колбы в состоянии край- не высокой излучательной способности, трубка действует наиболее эффективно. Тень от верхнего края трубки ясно проступает на колбе.

При немного меньшей степени разряжения, которую можно назвать обычным «неударным» вакуумом, и когда частицы вещества в основном дви-

117

жутся по прямой, экран всё еще хорошо работает. Для того чтобы пояснить предыдущее высказывание, необходимо сказать, что то, что есть «неударный» вакуум для катушки, работающий как обычно, от импульсов, или тока низкой частоты, не является даже близко таковым, когда катушка работает от тока очень высокой частоты. В таком случае разряд очень свободно может пройти через разреженный газ, через который может не пройти низкочастотный раз- ряд, даже если потенциал будет гораздо выше. При нормальном атмосферном давлении имеет место противоположное правило: чем выше частота, тем мень- ше вероятность пробоя искры между выводами, особенно если это разрядные головки или шары определенного размера.

И наконец, при низкой степени разряжения, когда газ хорошо проводит ток, металлическая трубка не только не действует, как электростатический экран, но и является недостатком конструкции, усиливающим боковое рас- сеивание энергии от подводящего провода. Этого, конечно, следует ожидать. В данном случае металлическая трубка хорошо контактирует с подводящим проводом и большая часть бомбардировки направлена на трубку. Если элек- трический контакт слаб, то трубка всё-таки полезна, хотя она, может быть, и не экономит энергию, но всё же защищает опору элемента накаливания, а также служит для концентрации энергии на нем.

Если алюминиевая трубка призвана выполнять функцию экрана, то ее полезность ограничивается степенью откачки воздуха, когда она изолирована от электрода, то есть, когда газ в целом не проводник, и молекулы или атомы действуют как независимые отдельные носители зарядов.

В дополнение к работе в качестве эффективного экрана, в истинном понимании этого слова, токопроводящая трубка или покрытие могут так- же играть роль, по причине своей токопроводимости, компенсатора или де- мпфера во время бомбардировки стеклянной ножки. Предположим следу- ющую ситуацию: при ритмической бомбардировке проводящей трубки, по причине ее несовершенства как экрана, обязательно должно случиться так, что некоторые молекулы или атомы ударят по трубке ранее других. Те, что ударятся первыми, отдадут свой избыточный заряд, и трубка наэлек- тризуется, причем электризация моментально распространится по ней. Е1о это должно уменьшить количество энергии, теряемой при бомбардировке по двум причинам: первая - заряд, отданный атомами, распространяется по большому участку поверхности, следовательно, электрическая плотность в любой точке уменьшается и атомы отталкиваются с меньшей энергией, чем если бы они ударились о хороший изолятор; вторая - так как трубка наэлектризована атомами, которые первыми вступили с ней в контакт, про- движение следующих атомов к трубке затрудняется отталкивающей силой, с которой трубка должна воздействовать на одинаково заряженные атомы. Эта сила должна оттолкнуть значительное количество атомов от трубки и, во всяком случае, уменьшить энергию их удара. Ясно, что чем ниже уровень

Никола Тесла. Лекции

разреженности, тем лучшим проводником является газ, и ни один из выше- указанных эффектов не может иметь место, а, с другой стороны, чем меньше количество атомов, тем с большей скоростью они движутся; иными словами, чем тщательнее откачан воздух, до определенного предела, тем более отчетли- выми будут оба явления.

То, что я сейчас сказал, может служить объяснением явлению, наблю- давшемуся профессором Круксом, а именно: разряд в колбе гораздо сильнее, когда в ней находится изолятор, а не проводник. По моему мнению, провод- ник служит демпфером для движущихся атомов двумя указанными способа- ми, поэтому для того чтобы сформировать видимый разряд, требуется гораздо более высокий потенциал, если в колбе проводник, имеющий значительную площадь поверхности.

Для того чтобы разъяснить эти высказывания, я должен обратиться к рисункам 18, 19 и 20, на которых показаны различные конструкции широко применяемых ламп.

На рисунке 18 показана в разрезе сферическая лампа L со стеклянной ножкой 5, содержащей подводящий провод w, соединенный с нитью накали- вания /, которая в свою очередь служит опорой для элемента накаливания т в центре лампы. М - это тонкая полоса слюды, в несколько слоев намотанная на ножку s, а а - это алюминиевая трубка.

119

На рисунке 19 показана такая же лампа, но уже усовершенствованная. Металлическая трубка S приклеена к горловине трубки. В самой трубке ук- реплена пробка Р, изготовленная из изоляционного материала, по центру ко- торой проходит металлический вывод t для соединения с подводящим прово- дом w. Этот вывод должен быть хорошо изолирован от металлической трубки S, следовательно, если клей токопроводящий, - а в большинстве случаев так и бывает, - то пространство между пробкой Р и горловиной колбы надо за- полнить хорошим изолятором, например слюдяным порошком.

На рисунке 20 показана лампа, изготовленная в экспериментальных целях. В этой лампе алюминиевая трубка снабжена внешним выводом для изучения поведения колпачка в различных условиях. О ней пойдет речь при описании дальнейших опытов.

Поскольку бомбардировка ножки, по которой проходит подводящий провод, происходит благодаря индуктивному воздействию провода на раз- реженный газ, было бы полезным уменьшить величину воздействия в прак- тичных пределах, применив тонкий провод, изолированный толстым слоем стекла или другого материала, и как можно более сократить ту часть прово- да, которая проходит сквозь газ. Для выполнения этих условий я применил

Никола Тесла. Лекции

большую трубку Т (рисунке 21), которая немного выступает внутрь колбы, и имеет на вершине очень короткую стеклянную ножку s, в которой запа- ян подводящий провод w, а верхнюю часть ножки я защитил от нагревания небольшой алюминиевой трубкой а, а под ним слоем слюды, как обычно. Провод w, выходящий наружу сквозь большую трубку, должен быть хорошо изолирован, например стеклянной трубкой, а пространство внутри следует за- полнить каким-либо отличным изолятором. Из всех изолирующих порошков, которые я испробовал, наилучшим является слюдяной. Если не принять эту меру предосторожности, то трубка Т, выступающая внутри колбы, непремен- но треснет вследствие нагрева кистевым разрядом, который имеет тенденцию появляться в верхней части трубки, там, откуда откачан воздух, в особенно- сти, если вакуумирование высокое, и, следовательно, необходимый для рабо- ты лампы потенциал очень высок.

На рисунке 22 показана подобная конструкция, где большая трубка Т выступает внутрь колбы и несет элемент накаливания тп. В данном случае подводящий провод снаружи внутрь колбы отсутствует, а энергия поступает с покрытий конденсатора СС. При такой конструкции изолятор Р должен плотно прилегать к стеклу и быть довольно толстым, в противном случае разряд может минбвать провод w, который соединяет внутреннюю пластину конденсатора с элементом накаливания т.

Молекулярная бомбардировка стеклянной ножки внутри колбы достав- ляет много неприятностей. Для примера я опишу явление, которое наблюдал часто и с большим неудовольствием. Можно взять колбу, лучше большую, и хороший проводник, например угольный, укрепить его внутри на платино- вом проводе в стеклянной ножке. Из колбы можно откачать воздух, доволь- но сильно, когда появляется свечение. Когда лампу подключают к катушке, угольный элемент, если он мал, сначала накаляется, но его яркость немедлен- но уменьшается, а затем где-то в середине ножки проходит разряд в форме ярких искр, несмотря на то, что платиновый провод находится в хорошем кон- такте с разреженным газом через угольный элемент или металл сверху. Пер- вые искры очень ярки, и напоминают искры, получаемые на чистой поверх- ности ртути. Но по мере нагревания ими стекла, они, конечно, теряют свою яркость и прекращаются, когда стекло в месте излома накаляется или стано- вится достаточно теплым для того, чтобы проводить ток. Когда наблюдаешь это впервые, явление кажется очень любопытным, оно показывает, как резко меняется поведение переменного тока, или импульсов высокой частоты по сравнению с постоянным током или током низкой частоты. В случае низ- кочастотных токов это явление, конечно, не возникло бы. Когда мы имеем частоту, полученную от механического источника, я думаю, стекло трескается вследствие бомбардировки, которая нагревает его и снижает изолирующие качества, но при высокой частоте, которую мы получаем от конденсатора, без сомнения, стекло может треснуть и без нагрева. Хотя на первый взгляд

121

это и может показаться чрезвычайно необычным, но всё же этого следовало ожидать. Энергия, поступающая на подводящий провод, частично расходует- ся элементом накаливания, а частично - сквозь стекло благодаря действию индукции. Этот случай, таким образом, аналогичен тому, когда конденсатор при помощи проводника включается параллельно в цепь с источником пере- менного тока. При низкой частоте наибольшую нагрузку получает проводник, а конденсатор остается в сохранности; но при крайне высокой частоте, роль проводника может стать ничтожной. В последнем случае разность потенциа- лов на выводах конденсатора может стать такой высокой, что наступит пробой диэлектрика, несмотря на то, что выводы шунтированы проводником низкого сопротивления.

Конечно, необязательно, когда требуется накалить заключенное в кол- бу тело при помощи таких токов, чтобы оно было проводником, так как даже и совершенный изолятор может быстро накаляться. Для этого доста-

точно обернуть электрод изолирующим показанной на рисунке 21, где тонкая нить накаливания обернута изолятором и поддерживает элемент такого же ма- териала на своей верхушке. В начале бомбардировка идет за счет индукции через диэлектрик до тех пор, пока он не нагреется достаточно для того, что- бы стать проводником, и тогда бомбар- дировка продолжается как обычно.

В лампах, сконструированных, как показано на рисунке 23, применя- ется другой метод. В данном случае диэлектрик т укреплен на некотором расстоянии над угольным элементом. Угольный элемент соединен с подво- дящим проводом, который проходит сквозь стеклянную ножку, обернутую в несколько слоев слюды. Алюминиевая трубка а, как обычно, применяется для экранирования. Она устроена так, чтобы выступать на высоту угольного элемен- та и только диэлектрик т возвышается над ней. Бомбардировке в начале под- вергается верхняя часть угольного эле- мента, а нижнюю часть защищает алю- миний. Однако, как только диэлектрик т нагревается, он становится хорошим

материалом, как, например, в лампе,

Никола Тесла. Лекции

проводником и тогда превращается в центр бомбардировки, так как он более всего от- крыт для нее.

Во время таких опытов я сконструи- ровал много ламп с одним проводом или без внутреннего электрода, в которых из- лучение проецировалось или фокусирова- лось на элементе накаливания. На рисунке 24 показана одна из таких ламп. Она состо- ит из сферической колбы L, у которой есть длинная горловина п сверху для усиления действия в некоторых случаях при помощи внешнего проводникового покрытия. Колба L внизу имеет небольшую круглую головку Ь, которая служит для того, чтобы крепко ее удерживать в гнезде S, изготовленном из изоляционного материала, куда колба вклеена. Тонкая нить накаливания f, соеди- ненная с проводом w проходит через центр колбы L. Нить накаляется в середине, где бомбардировка, исходящая снизу, наиболее интенсивна. Нижняя часть колбы до того уровня, куда достает край гнезда S, сде- лана токопроводящей при помощи фольги или чего-то подобного, а внешний электрод соединен с выводом катушки.

Конструкция, показанная на рисунке 24, оказалась несовершенной для накаливания нити или элемента накаливания, находившихся в центре колбы, но хорошо работала, когда стояла цель - получить свечение.

Во время многих опытов, когда различные предметы устанавливались в колбах, как например, на рисунке 23, были сделаны интересные наблю- дения.

Помимо прочего выяснилось, что независимо от того, где начиналась бомбардировка, как только достигалась высокая температура, оказывалось, что один предмет принимает на себя основную часть ударов, а другой пред- мет или другие предметы были разгружены. Это качество зависит в основ- ном от точки плавления и от способности тела к «испарению» или к расщеп- лению - под последним термином понимается не только испускание атомов, но и распад на более крупные частицы. Это наблюдение соответствовало общепринятым понятиям. В колбе, откуда почти полностью откачан воздух, электричество истекает от электрода при помощи независимых носителей, ко- торыми могут быть атомы и молекулы остатков воздуха, а могут быть атомы,

123

молекулы и более крупные частицы самого электрода. Если электрод состоит из материалов различного характера и один из этих материалов более подвер- жен распаду, чем остальные, то по большей части носители тока происходят от этого материала, который легче нагревается, а, нагреваясь быстрее, быст- рее и распадается.

Мне кажется, что подобный процесс имеет место и в лампах с однород- ным электродом, и я полагаю, что это основная причина распада. Должны быть какие-нибудь неровности, даже если поверхность отшлифована, что, ко- нечно, невозможно в случае большинства тугоплавких материалов, которые применяются в качестве электродов. Предположим, что кончик электрода на- гревается, тут же основная часть разряда начинает проходить через эту точку и небольшой кусочек электрода плавится и испаряется. Теперь возможно, что вследствие этого быстрого разрушения в точке атаки падает температура или возникает контрсила, как в дуге; в любом случае местный распад сталкивает- ся с ограничениями, характерными для опыта, и тот же процесс происходит в другом месте. Нам электрод кажется равномерно светящимся, но на нем есть точки, которые постоянно перемещаются, в которых температура гораздо выше средней, и это значительно усиливает процесс распада. То, что нечто подобное происходит, по крайней мере когда температура электрода немного ниже, можно подтвердить следующим опытом. Хорошенько откачаем воздух из колбы, так, чтобы при довольно высоком потенциале разряд не мог прой- ти, то есть не светящийся, ибо слабый, невидимый разряд происходит всегда, при любых условиях. Теперь медленно увеличим потенциал, включая ток в первичной обмотке не более чем на мгновение. В какой-то момент в колбе появятся две, три или полдюжины светящихся точек. Эти места на стекле очевидно подвергаются более интенсивной бомбардировке, чем остальные, а это объясняется неравномерностью электрической плотности, что вызвано острыми выступами или, в общем, неровностями электрода. Но светящиеся участки постоянно перемещаются, что особенно хорошо видно, если удается их создать, а это говорит о том, что форма электрода постоянно меняется.

Из этих опытов я делаю вывод: для наибольшей износоустойчивости элемент накаливания в колбе должен иметь круглую форму и поверхность его должна быть хорошо отшлифована. Такой маленький шарик можно изгото- вить из алмаза или другого кристалла, но лучше всего оплавить при высокой температуре какой-либо оксид, например двуокись циркония, так, чтобы он принял вид капли, а затем поместить его в колбу при температуре ниже его точки плавления.

Интересные и полезные результаты можно без сомнения получить в направлении крайней степени нагрева. Как можно получить такие высокие температуры? Как они достигаются в природе? При столкновениях небесных тел, при высоких скоростях и ударах. При столкновении можно достичь лю- бой степени нагрева. Во время химического процесса мы ограничены. При

Никола Тесла. Лекции

соединении кислорода и водорода, они, образно говоря, падают с опреде- ленной высоты. Мы не можем достичь высокой температура при помощи га- зовой горелки, так же, как и при помощи печи, но в вакуумной колбе мы можем сконцентрировать любое количество энергии на маленьком элементе. Оставим практичность воплощения в стороне, и станет понятно, что таким способом, я полагаю, мы можем получить самую высокую температуру. Но тут мы сталкиваемся с огромной проблемой, а именно: тело распадается пре- жде, чем оплавится и образует каплю. Эта проблема существует в основном применительно к оксидам, таким, как двуокись циркония, так как их нельзя сжать настолько, чтобы они быстро не распались. Я неоднократно пытался оплавить двуокись циркония, помещая его в чашку или в угольную дугу, как показано на рисунке 23. Он светился очень ярко, и частицы, испускавшиеся из угольной чашки были заметно белого цвета; но независимо от того, был ли он сжат слоями или растерт в порошок с углем, он улетучивался раньше, чем плавился. Угольная чашка с двуокисью циркония помещалась очень низко в горловине большой колбы, так как нагрев стекла испускаемыми частицами оксида бал настолько быстрым, что во время первой попытки колба треснула мгновенно, как только пустили ток, нагрев стекла испускаемыми частицами всегда был сильнее, когда в угольной чашке содержалось вещество, которое быстро улетучивалось, полагаю потому, что в таких случаях, при одинаковом потенциале, достигаются более высокие скорости, а также потому, что за еди- ницу времени улетучивается большее количество вещества - то есть, большее количество частиц ударяется о стекло.

С указанной трудностью, однако, не столкнешься, если в угольную чашку поместить вещество, устойчивое к разрушению. Например, если оксид сперва расплавить в кислородной горелке, а затем поместить в колбу, он бы- стро плавился и принимал форму капли.

В целом во время плавки были замечены прекрасные световые эффек- ты, которые трудно описать. Рисунок 23 должен проиллюстрировать эффект, наблюдавшийся с рубиновой каплей. Сначала можно наблюдать узкий столб белого света, который проецировался на верхнюю часть колбы и образовывал неровное световое пятно. Когда кончик рубина оплавляется, свечение стано- вится очень мощным; но по мере того, как всё больше атомов испускается с поверхности капли, стекло нагревается и «устает» и теперь светится только кромка пятна. Таким образом формируется очень яркая и четко очерченная линия, соответствующая внешним очертаниям капли, и начинает медленно распространяться по колбе по мере того, как капля растет. Когда эта масса начинает кипеть, образуются пузырьки и небольшие пустоты, дающие на по- верхности колбы темные пятна. Колбу можно, не боясь, перевернуть вверх дном, так как капля обладает вязкостью.

Здесь я могу упомянуть еще одну интересную особенность, которую за- метил в процессе проведения этих опытов, хотя это наблюдение и не пере-

125

росло в уверенность. Мне показалось, что под воздействием ударов молекул, вызванных частыми колебаниями потенциала, элемент оплавился и оставался в таком состоянии в вакуумной колбе при температуре более низкой, чем была при нормальном давлении и нагреве в обычных условиях, по крайней мере, так мне показалось при том освещении. Один из опытов можно привести как иллюстрацию этого явления. Небольшой кусочек пемзы прикрепили к пла- тиновому проводу и сперва приварили его газовой горелкой. Затем провод поместили между двух кусочков древесного угля и с помощью горелки созда- ли интенсивный нагрев для того, чтобы расплавить кусочек пемзы до состо- яния стеклоподобной головки. Платиновый провод должен быть достаточно толстым, чтобы выдержать нагрев. При нагреве древесным углем и в пламе- ни горелки пемза очень ярко светилась. Затем провод с головкой поместили в колбу и, откачав воздух, стали подавать ток, медленно наращивая его силу, чтобы не треснула головка. Головка нагрелась до точки плавления, и когда она расплавилась, она уже не светилась так ярко, как раньше, что говорит о более низкой температуре. Не беря в расчет возможную, и даже вероятную, ошибку наблюдателя, ставим вопрос, можно ли трансформировать предмет из твердого состояния в жидкое при меньшем количестве выделяемого света?

Когда потенциал предмета часто колеблется, его структура непременно вибрирует. Если потенциал очень высок, хотя вибрации могут быть нечасты- ми, скажем, 20 000 в секунду, воздействие на структуру может быть значи- тельным. Предположим, что путем постоянного энергетического воздействия рубин плавится в каплю. Когда формируется капля, она испускает видимые и невидимые волны, которые находятся в четком взаимодействии, а глазу бу- дет видно, что капля обладает определенной яркостью. Предположим, что мы сократим до любого предела количество подаваемой энергии, а вместо этого будем подавать энергию, которая волнообразно изменяется в соответствии с определенным законом. Теперь, когда формируется капля, из нее будут испускаться три вида вибраций - обычные видимые и два вида невидимых волн, то есть обычные темные волны разных длин и вдобавок - волны вполне определенного характера. Последние не существуют при постоянной энер- гии, и всё же они помогают расшатать и ослабить структуру. Если бы было так, то рубиновая капля испускала бы сравнительно меньше видимых и боль- ше невидимых волн, чем раньше. Так, кажется, когда платиновый провод плавится под воздействием переменного тока высокой частоты, он испускает в точке плавления меньше света и больше невидимого излучения, чем когда на него воздействует постоянный ток, хотя количество энергии, потреблен- ное в процессе плавки, одинаково. Или другой пример, нить накаливания в лампе не способна работать так же долго при токах крайне высокой частоты, как при постоянных токах, при условии, что она одинаково ярко светится. Это означает, что при работе с переменным током, нить должна быть короче и толще. Чем выше частота, то есть чем больше разница между постоянным

Никола Тесла. Лекции

и переменным воздействием, тем хуже для нити. Но если бы требова- лось продемонстрировать правдивость этого высказывания, то ошибочным был бы вывод о том, что такой элемент накаливания, какой используется в этих лампах, быстрее разрушается токами высокой частоты, чем низкой. По опыту могу сказать, что верно как раз обратное: головка лучше выдер- живает бомбардировку токами высокой частоты. Это объясняется тем фак- том, что высокочастотный разряд проходит сквозь разреженный газ гораздо свободнее, чем разряд низкочастотный или постоянного тока, и это говорит о том, что с первым мы можем работать при более низком потенциале, кото- рый производит более слабый удар. Таким образом, если газ для нас не име- ет значения, постоянный или низкочастотный ток для нас предпочтительнее; но если действие газа желательно и важно, то требуются высокие частоты.

В процессе проведения этих опытов было сделано много попыток работы с углеродными головками. Электроды, изготовленные из обычных углерод- ных головок, были определенно более прочными, если их делали с примене- нием высокого давления. Электроды, которые получались хорошо известны- ми способами, не давали таких результатов: от их воздействия колбы вскоре чернели. По результатам многих опытов я могу судить, что нити накалива- ния, изготовленные такими методами, хороши при работе только с посто- янным или низкочастотным переменным током. Некоторые типы углерода такие прочные, что для того, чтобы довести их до точки плавления, головки приходилось делать очень маленькими. В таком случае очень трудно вести наблюдение по причине интенсивного нагревания. Тем не менее нет никакого сомнения в том, что все типы углерода плавятся при молекулярной бомбар- дировке, но в жидком состоянии он очень нестабилен. Из всех опробованных элементов два доказали свою наивысшую прочность - алмаз и карборунд. Их характеристики примерно одинаковы, но последний более предпочтителен по многим причинам. Поскольку, скорее всего, этот материал широко не извес- тен, я позволю себе привлечь к нему ваше внимание.

Его недавно изобрел г-н Е.-Г. Ачесон из города Мононгахила (штат Пенсильвания, США). Он предназначен для того, чтобы заменить алмазный порошок при шлифовке драгоценных камней и т.д. и мне сообщили, что он справляется с этой задачей вполне успешно. Я не знаю, почему его назвали «карборунд», может быть, есть что-то в процессе его изготовления. Благодаря любезности изобретателя, мне удалось недавно получить некоторое количест- во этого материала, который я намеревался испытать, изучив его способность к свечению и устойчивость к высоким температурам.

Карборунд бывает двух видов - в виде кристалла и виде порошка. Пер- вый темный, но очень яркий; второй почти такого же цвета, как алмазный по- рошок, но более мелкий. При осмотре под микроскопом образцы переданных мне кристаллов вроде бы не имели определенной формы, скорее напомина- ли кусочки яичной скорлупы отличного качества. Большинство из них были

127

матовыми, но некоторые были прозрачными и разноцветными. Кристаллы похожи на углерод с вкраплениями; они очень твердые и долгое время выдер- живают даже пламя кислородной горелки. Когда на них направлено пламя го- релки, они сначала образуют слоистую компактную структуру, по-видимому, вследствие вкраплений. Эта масса долгое время может выдерживать пламя без последующего плавления; но по мере дальнейшей обработки выделяется стекловидный осадок, который, как я полагаю, есть расплавленный глинозем. При сильном сжатии кристаллы показывают хорошие качества, но не такие, как настоящий углерод. Порошок, который каким-то образом получают из кристаллов, практически не проводит ток. Это превосходный материал для шлифовки камней.

У меня было слишком мало времени, чтобы провести удовлетвори- тельные исследования свойств этого материала, но за несколько недель я получил достаточный опыт, чтобы сказать, что он обладает некоторыми замечательными свойствами. Он выдерживает крайне высокие температуры, слабо распадается при молекулярной бомбардировке и не пачкает колбу, как обычный углерод. Единственная сложность, с которой я столкнулся при его использовании во время опытов, - мне трудно было отыскать крепежный материал, который так же хорошо выдерживал бы нагрев и бомбардировку, как карборунд.

Здесь у меня несколько ламп, в которых головки из карборунда. Для того чтобы изготовить такие головки, я поступаю следующим образом: я беру обыч- ную нить накаливания и обмакиваю ее конец в деготь или иную вязкую жид- кость, которая быстро обугливается. Затем я продеваю нить через кристаллы и держу вертикально над горячей пластиной. Деготь размягчается и образует каплю на конце нити, а кристаллы прилипают к капле. Регулируя расстояние до пластины, я высушиваю деготь, и головка становится твердой. Затем я еще раз обмакиваю головку в деготь и снова держу над пластиной, пока деготь не испарится, оставляя после себя только твердую субстанцию, которая крепко связывает кристаллы. Если требуется головка побольше, я повторяю процеду- ру несколько раз, а также покрываю нить кристаллами пониже головки. Когда головка помещается в колбу, при хорошей степени вакуумирования, сначала слабый, а потом сильный разряд пропускается через колбу для обугливания дегтя и устранения всех газов, а затем головка сильно накаляется.

При использовании порошка лучше всего действовать так: я развожу плотный раствор карборунда и дегтя и пропускаю через него нить. Стерев пос- ле этого большую часть раствора при помощи замши, я держу нить над горячей плитой, пока деготь не испарится и покрытие не станет твердым. Я повторяю этот процесс столько раз, сколько надо, чтобы достичь нужной толщины пок- рытия. Eta конце нити я делаю головку так, как уже рассказал.

Е[ет сомнения в том, что такая головка - правильно изготовленная под большим давлением - из карборунда, особенно из порошка хорошего качества,

Никола Тесла. Лекции

выдержит бомбардировку не хуже любого известного материала. Проблема в том, что крепежный материал не выдерживает и карборунд медленно уно- сится через некоторое время. Поскольку он нисколько не затемняет колбу, его полезно было бы использовать для покрытия нитей накаливания в обычных лампах, и я думаю, что из него даже можно изготавливать нити или стерж- ни, которые заменят обычные нити накаливания. Покрытие из карборунда кажется более прочным, чем остальные, не только потому, что этот материал может держать высокую температуру, но и потому, что он, кажется, хорошо соединяется с углеродом, лучше, чем все остальные известные мне материалы. Покрытие из циркония или иного оксида разрушается гораздо быстрее. Я из- готавливал головки из алмазной пыли таким же образом, как из карборунда, и они по прочности почти приблизились к нему, но связующий материал не выдержал гораздо быстрее; хотя это я склонен объяснить размером и неров- ностями зерен алмазов.

Было интересно выяснить, обладает ли карборунд свойством фосфорес- ценции. Здесь, конечно, надо быть готовым к столкновению с двумя пробле- мами: во-первых, что касается сырья - кристаллов, они хорошие проводники, а как известно, проводники не светятся; во-вторых, порошок, если он очень мелкий, вряд ли хорошо продемонстрирует это свойство, поскольку мы знаем, что когда кристаллы, даже такие, как алмаз или рубин, растерты в мелкий порошок, они в значительной степени теряют способность к свечению.

Здесь встает вопрос, может ли проводник фосфоресцировать? Что в теле, например в металле, есть такого, что лишает его способности к све- чению, если только это не сама способность проводить ток? Ибо факт, что большинство светящихся предметов теряют эту способность, когда они на- греты достаточно, чтобы стать проводником. Тогда, если металл в основном, а может быть, и полностью, лишить этого свойства, он станет способен све- титься. Следовательно, возможно, что при очень высоких частотах, когда он ведет себя как диэлектрик, металл или другой проводник, может демонстри- ровать способность к свечению, даже если он совершенно не способен светить- ся под воздействием низкочастотного разряда. Есть, однако, еще один способ, при котором проводник может демонстрировать, по крайней мере, кажущееся свечение.

В настоящее время еще существуют значительные сомнения по поводу того, что такое свечение, или фосфоресценция, и все ли явления, объединен- ные этим понятием, вызваны одинаковыми причинами. Предположим, что в вакуумной колбе под ударами молекул поверхность металлического пред- мета или другого проводника сильно светится, но в то же время оказывается, что он относительно прохладный, можно ли такое свечение назвать фосфо- ресценцией? Такой результат, хотя бы и теоретически, возможен, так как это всего лишь вопрос потенциала и скорости. Предположим, что потенциал электрода, а следовательно, и скорость испускаемых атомов, достаточно вы-

129

соки, тогда поверхность металлического тела, о которое ударяются атомы, станет раскаленной, поскольку процесс выработки тепла пойдет несравнимо быстрее, чем процесс излучения и отвода его с поверхности удара. На первый взгляд наблюдателя один удар атома вызовет мгновенную вспышку, но если удары будут повторяться с достаточной скоростью, они будут оказывать пос- тоянное воздействие на сетчатку глаза, и тогда поверхность металла будет ка- заться постоянно раскаленной, равномерно интенсивно светящейся, в то вре- мя как на самом деле свет будет иметь прерывистый характер или, по крайней мере, будет периодически менять интенсивность. Металлический предмет на- греется до предела равновесия, до того уровня, когда энергия, которая излу- чается постоянно, будет равна энергии, подаваемой скачкообразно. Но пода- ваемой энергии может не хватить при таких условиях для того, чтобы довести нагрев до температуры выше среднего значения, особенно если частота ударов атомов очень низка и ее хватает только на то, чтобы глазу была незаметна флуктуация интенсивности излучаемого света. Тогда тело, соответственно ха- рактеру получаемой энергии, будет излучать сильное свечение, но находиться при этом на сравнительно низком температурном уровне. Как же может на- звать наблюдатель свечение, происходящее при таких обстоятельствах? Даже если анализ света и даст ему что-то определенное, всё же он отнесет это яв- ление к разряду фосфоресценции. Вероятно, таким образом и проводники и диэлектрики могут находиться в состоянии свечения определенной интен- сивности, но количество энергии, необходимой для этого, будет варьировать- ся в зависимости от свойств материала.

Эти и последующие высказывания приводятся для того, чтобы обозна- чить любопытные свойства переменного тока или электрических импульсов. С их помощью мы можем заставить тело излучать больше света при опреде- ленной средней температуре, чем если бы оно излучало при постоянной пода- че энергии; а также мы можем довести тело до точки плавления и заставить его излучать меньше света, чем если бы это происходило при подаче энергии обычными средствами. Всё зависит от того, как мы подаем энергию и какие возбуждаем колебания: в одном случае колебаний больше, в другом - мень- ше, их количество соотносим с возможностями нашего зрения.

Некоторые эффекты, ранее мной не наблюдавшиеся, полученные при первых опытах с карборундом, я приписывал фосфоресценции, но в после- дующих экспериментах выяснилось, что он лишен этого свойства. Кристаллы обладают интересным качеством. В колбе с одним электродом в форме не- большого металлического диска, например, при достижении определенного уровня вакуума электрод покрывается тонкой пленкой молочного цвета, кото- рая отделена от свечения, наполняющего колбу, темным пространством. Если металлический диск покрыть кристаллами карборунда, то пленка имеет более интенсивный снежно-белый оттенок. Как я позже выяснил, это всего лишь свойство яркой поверхности кристаллов, ибо когда алюминиевый электрод

Никола Тесла. Лекции

хорошо отшлифован, он демонстрирует такие же качества. Я провел ряд опы- тов с полученными кристаллами в основном потому, что, было бы интересно обнаружить их способность к фосфоресценции по причине их токопроводи- мости. Я не смог получить отчетливое свечение, но вынужден сказать, что нельзя делать окончательных выводов до тех пор, пока не будут поставлены дальнейшие опыты.

Порошок в ходе некоторых экспериментов вел себя так, как будто он со- держал глинозем, но характерного красного оттенка не было. Его мертвенно- бледный цвет становится значительно ярче под ударами молекул, но теперь я убежден, что он не светится. И всё-таки окончательный вывод делать рано, так как порошкообразный карборунд ведет себя не как, например, флюорес- центный сульфид, который можно растереть в порошок, не лишив его таким способом свойства фосфоресцентности; карборунд ведет себя, скорее, как по- рошкообразный рубин или алмаз, и, следовательно, для того чтобы принять какое-то решение, надо получить его в форме большого куска и отполировать поверхность.

Карборунд оказывается полезным в связи с этими и другими опытами, а его основное достоинство в том, что он хорош для производства покрытий, тонких проводников, головок и других электродов, способных выдерживать высокую температуру.

Производство небольшого электрода, способного выдерживать громад- ные температуры, я рассматриваю как задачу чрезвычайной важности при получении света. Мы сможем при помощи токов высокой частоты получать в 20 раз большее количество света, чем то, которое мы получаем сейчас с по- мощью ламп накаливания, при том же уровне расходуемой энергии. Может показаться, что я преувеличиваю, но на самом деле ничуть. Так как это вы- сказывание может быть неверно истолковано, я полагаю необходимым четко очертить проблему, с которой мы сталкиваемся, работая в этом направлении, и обозначить пути ее решения.

Любой, кто начинает изучать эту проблему, склонен думать, что в лам- пе с электродом нам надо достичь высокой степени накала последнего. Это ошибка. Высокая степень накала головки - это необходимое зло, но на са- мом деле нам нужна высокая степень свечения газа вокруг головки. Иными словами, задача в том, чтобы заставить газ светиться как можно ярче. Чем ярче свечение, тем быстрее средняя вибрация и тем больше экономия при производстве света. Но для того чтобы поддерживать высокую интенсивность свечения газа в стеклянном сосуде, нам нужно изолировать его от стекла; то есть сконцентрировать его как можно плотнее в центре колбы.

Во время одного из опытов, показанных нынче вечером, в середине про- вода формировался кистевой разряд. Эта кисть была пламенем, источником света и тепла. Она не вырабатывала много тепла и не светилась ярким светом, но стало ли от этого ее пламя меньше и не жгло мне руку? Меньше ли ее

131

пламя от того, что яркость не слепит мои глаза? Задача в том, чтобы внутри колбы получить такое пламя, меньшее по размеру, но несравнимо более мощ- ное. Если бы у нас были средства для производства электрических импульсов высокой частоты и их передачи, от колбы можно было бы отказаться, может быть, оставив ее только для защиты электрода или экономии энергии при помощи концентрации тепла. Но поскольку таких средств нет, то приходится заводить вывод внутрь лампы и разряжать в ней воздух. Это делается только для того, чтобы устройство могло функционировать так, как оно не может при обычном давлении. Внутри лампы мы можем усилить процесс до любой степени - настолько, что кисть начнет излучать мощный свет.

Интенсивность света зависит от частоты и потенциала импульсов, а так- же от электрической плотности на поверхности электрода. Очень важно ис- пользовать самую маленькую головку, чтобы максимально увеличить плот- ность. Интенсивные удары молекул газа, конечно, очень сильно нагревают маленький электрод, но вокруг него создается воспламененная фотосфера, объемом в сотни раз больше него. Если применяются алмазные, карборундо- вые или циркониевые головки, то фотосфера может превышать объем головки в тысячу раз. Некоторые могут подумать, что при отсутствии отражения дове- денный до крайней степени накала электрод испарится. Но по размышлении, можно прийти к выводу, что теоретически этого не должно случиться, и в этом факте, который, кстати, экспериментально доказан, заключается основ- ное достоинство этой лампы в будущем.

В начале бомбардировки большая часть воздействия оказывается на головку, но когда вокруг нее формируется проводящая фотосфера, нагруз- ка с головки частично снимается. Чем выше степень накала фотосферы, тем более она по проводимости приближается к электроду и, следователь- но, газ и твердый проводник образуют единое целое. В результате - чем далее развивается накаливание, тем большее воздействие оказывается на газ и меньшее - на проводник. Формирование фотосферы, следовательно, и есть средство защиты электрода. Эта защита, конечно, относительна, и не следует думать, что чем выше степень накала, тем меньше портится проводник. И всё же, теоретически, при крайне высоких частотах этот ре- зультат должен быть Достигнут, но, возможно, при температуре более вы- сокой, чем та, которую способны выдерживать все известные нам элементы накаливания. Тогда, при наличии такого электрода, который может выдер- живать крайне высокую степень бомбардировки и внешнего напряжения, он будет в безопасности независимо от того, насколько запредельными будут нагрузки. В лампе накаливания действуют другие правила. Здесь газ не имеет значения: вся нагрузка ложится на нить, и срок службы лампы уменьшается настолько быстро по мере увеличения степени накала, что мо- тивы экономии заставляют нас эксплуатировать ее при низкой степени нака- ла. Но если лампа накаливания работает на высокой частоте, то действием

Никола Тесла. Лекции

газа нельзя пренебрегать, и правила наиболее экономичного режима работы должны меняться.

Для того чтобы довести лампу с одним или двумя электродами до совер- шенства, необходимо использовать высокочастотные импульсы. Среди прочего - высокая частота обеспечивает два основных преимущества, влияющих на эко- номичное производство света. Во-первых, разрушение электрода замедляется вследствии того, что мы задействуем много слабых ударов вместо нескольких сильных, которые быстро подрывают структуру материала; во-вторых, облег- чается формирование фотосферы.

Для того чтобы свести к минимуму разрушение электрода, желательно получить гармонические вибрации, ибо любая внезапность ускоряет процесс разрушения. Срок службы электрода гораздо больше, если в состоянии нака- ла он поддерживается токами, получаемыми от генератора переменного тока, обеспечивающего более или менее гармонические колебания, чем те, что дает разрядная катушка. В последнем случае наибольший вред наносят внезапные разряды.

Одна из составляющих потерь в такой лампе - это бомбардировка колбы. Так как потенциал очень высок, испускаемые молекулы движутся с огромной скоростью; они ударяются о стекло и обычно вызывают сильную фосфоресцен- цию. Производимый эффект обычно очень красив, но с точки зрения экономии возможно стоило бы предотвратить или хотя бы свести к минимуму бомбар- дировку колбы, так как в таком случае, как правило, цель заключается не в фосфоресценции. Эти потери в основном зависят от потенциала импульсов и электрической плотности на поверхности электрода. При использовании очень высоких частот потери энергии от бомбардировки сильно уменьшаются, ибо, во-первых, потенциал, необходимый для выполнения определенной работы, гораздо ниже; а во-вторых, когда вокруг электрода формируется фотосфера, это имеет такой же результат, как если бы электрод был гораздо больше, что означает меньшую электрическую плотность. Но в силу ли уменьшения потен- циала или плотности, результат достигается в направлении избегания сильных ударов, которые деформируют стекло за пределами его эластичности. Если бы частоту можно было достаточно увеличить, то потери, связанные с недоста- точной эластичностью стекла, можно было бы считать ничтожными. Потери от бомбардировки колбы можно, однако, уменьшить применив два электрода вместо одного. В этом случае каждый электрод можно соединить с одним из выводов; или, если предпочтительнее использовать один провод, один электрод можно соединить с выводом, а второй с землей или с каким-то предметом оп- ределенной площади, например абажуром лампы. В последнем случае, если не обдумать всё заранее, один из электродов будет светиться ярче другого.

Но в целом я считаю более целесообразным при работе с высокой час- тотой использовать только один провод и один электрод. Я убежден, что осветительный прибор ближайшего будущего для своей работы не потребует

133

более одного соединительного провода, и в конечном счете не будет иметь подводящего провода, поскольку необходимая энергия может передаваться сквозь стекло. В опытных лампах подводящий провод в основном приме- няется для удобства, поскольку использование конденсирующих покрытий так, как показано на рисунке 22, например, связано с трудностью установки деталей, но она преодолима, если будут изготовлены тысячи ламп, иначе энергию можно передавать сквозь лампу точно так же, как и по проводу, при высоких частотах потери очень малы. Такие осветительные приборы, несомненно, потребуют высоких потенциалов, и в глазах практичных людей это может выглядеть как недостаток. На самом же деле использование вы- сокого потенциала - это ни в коем случае не недостаток, если это касается безопасности прибора.

Есть два способа обеспечить безопасность электроприбора. Первый - ис- пользовать 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 наилуч- шим, так как в этом случае достигается абсолютная безопасность, и она не зависит от стечения обстоятельств, которые могут даже прибор низкого на- пряжения сделать опасным для жизни и собственности. Но практичность тре- бует не только разумного определения габаритов аппарата, но необходимости использования правильного вида энергии. Нетрудно, к примеру, построить трансформатор, способный выдавать при работе от низковольтового генерато- ра, 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 до- рогим 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 производ- ства 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 лег- ких 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 накладыва- ют 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

Никола Тесла. Лекции

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. Использовав- шаяся 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 показа- тельно, 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 раскаля- ется при приближении экспериментатора на несколько футов к лампе, а при

отступлении накал уменьшается.

Во время другого опыта, когда вы- зывалась фосфоресценция, применялась подобная лампа. И снова потенциала было недостаточно для возбуждения све- чения до тех пор, пока действие не было усилено - в данном случае, однако, по- другому - прикосновением металлическо- го 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 при- косновение пальцев вызывало такой же эффект, как применение в обычных усло- виях 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 легко приспособлены для этих целей.

135

На рисунке 24, например, показана экспериментальная колба L, имеющая сверху горловину п для размещения покрытия из фольги, которое можно со- единить с внешним предметом большой площади. Лампа, показанная на рисун- ке 25, также может светиться от присоединения жестяной фольги на горловине п к выводу, а подводящего провода тю 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 дан- ном 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, закупо- ренных 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 вне- шней стороны трубки Т есть еще одно проводящее покрытие С_/ на которое надет металлический отражатель Z, который должен быть отделен от провода w толстым слоем изоляции.

Экономичное использование от- ражателя или усилителя требует, чтобы вся энергия, подаваемая на воздушный конденсатор, была возместима, иными

Рис. 26

Рис. 27

Никола Тесла. Лекции

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 не- сколько 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 про- вод, 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 яв- ляется 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 ин- дукции происходят столкновения. Теперь ясно, что если потенциал постоянен, то таким образом потери энергии будут очень малы, ибо молекулы, находящи- еся ближе всего к шару, получив от удара дополнительный заряд, не притяги- ваются 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 перемен- ный, 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 силь- ными. 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 време- ни, пропорционально произведению количества столкновений в секунду, или частоты, и количеству энергии, потраченной при каждом столкновении. Но энергия столкновения должна быть пропорциональна квадрату электричес- кой 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 потен-

137

циал 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 столкнове- ний и вблизи шара. Для уменьшения рассеивания необходимо добиться не- большой электрической плотности - тем меньшей, чем выше частота.

Но поскольку на основании ранее выдвинутого предположения потери уменьшаются пропорционально квадрату плотности, и так как токи высокой частоты при передаче по проводам вызывают большие потери, следует, что в целом лучше пользоваться одним проводом, а не двумя. Следовательно, если моторы, лампы или иные приборы усовершенствуются и их можно будет эксплуатировать при помощи токов высокой частоты, экономические причи- ны будут диктовать нам использование только одного провода, особенно если расстояния огромны.

Когда энергия адсорбируется конденсатором, он ведет себя так, как будто его емкость увеличилась. Это явление всегда имеет место, в большей или меньшей степени, но оно невелико и не имеет последствий, если частота невысока. При использовании крайне высокой частоты, и обязательно в дан- ном случае высокого потенциала, адсорбция - или то, что в нашем случае, в частности, называется потерей энергии вследствие присутствия газообраз- ной среды, - это важный фактор, который надо учитывать, так как энергия, потерянная в воздухе, может составлять любую часть затраченной энергии. Может показаться, что по измеренной или вычисленной емкости конденсатора очень трудно определить его действительную емкость или период колебаний, особенно если конденсатор имеет маленькую поверхность и высокий потенци- ал. Так как многие важные результаты зависят от точности предположения, этот предмет требует тщательного исследования другими экспериментатора- ми. Для уменьшения шансов на ошибку в указанных опытах я бы посоветовал использовать шары или пластины большой площади, дабы уменьшить элек- трическую плотность. В противном случае, если эго возможно практически, следует пользоваться масляным конденсатором. По видимому, в масле или других жидких диэлектриках, таких потерь, как в газообразной среде, не происходит. Если есть возможность полностью выгнать газ из конденсаторов с твердым диэлектриком, то их следует помещать в масло только лишь по соображениям экономии; тогда они могут получать наивысший потенциал и оставаться холодными. В лейденских банках потери в воздух практически малы, так как покрытия из фольги большие, расположены близко друг к другу и заряженные поверхности не открыты напрямую; но когда потенциалы высоки, потери могут быть значительны на верхнем крае фольги или около него, там, где на воздух оказывается самое сильное воздействие. Если банку поместить в олифу, то она сможет выполнять работу, в четыре раза превышающую

Никола Тесла. Лекции

то же самое количество, выполненное за единицу времени при обычных усло- виях, и потери при этом будут ничтожны.

Не следует думать, что тепловые потери в воздушном конденсаторе обя- зательно связаны с образованием видимых потоков или кистей. Если неболь- шой электрод, помещенный в колбу с воздухом, соединить с выводом катуш- ки, можно заметить потоки, исходящие от него, а воздух в колбе нагреется; если вместо электрода туда поместить большой шар, то потоков не будет, но воздух нагреется.

Также не следует думать, что температура воздушного конденсатора мо- жет дать представление о потерях при нагреве, так как в таком случае теп- лота должна выделяться гораздо быстрее: в дополнение к обычному излуче- нию происходит очень интенсивный отток тепла с независимыми носителями, поскольку не только устройство, но и воздух на некотором расстоянии от него нагреваются из-за возможных столкновений.

Благодаря этому в экспериментах с катушкой повышение температу- ры можно отчетливо наблюдать только, когда предмет, соединенный с ней, достаточно мал. Но если аппарат больших размеров, даже большой предмет нагреется, например, человеческое тело; и я думаю, что опытным врачам по- лезно последить за такими опытами, которые при правильной конструкции устройств не представляют никакой угрозы для здоровья.

Здесь возникает интересный вопрос, в основном, для метеорологов. Как ведет себя Земля? Земля - это воздушный конденсатор, но он совершенен или нет, или является просто стоком энергии? Нет почти никаких сомнений, что во время таких возбуждений, которые происходят во время опытов, Земля - совер- шенный конденсатор. Но всё может быть иначе, когда ее заряд начинает коле- баться под влиянием каких-то небесных воздействий. В таком случае, как ука- зывалось ранее, видимо, только небольшое количество энергии будет передано в космос в форме длинных эфирных волн, но наибольшее количество энер- гии, я думаю, истратится при молекулярных и атомных столкновениях, и уйдет в космос в форме коротких тепловых и, возможно, световых волн. Так как частота колебаний заряда и потенциал, по всей вероятности, крайне вели- ки, преобразованная в теплоту энергия может быть значительна. Поскольку электрическая плотность распределяется неравномерно, как по причине не- ровностей земного рельефа, так и из-за различных атмосферных явлений, полученный эффект будет разным в разных местах. Значительные изменения в температуре и атмосферном давлении вследствие этого могут происходить в разных местах планеты. Изменения могут быть постепенными или внезап- ными, соответственно природе возбуждения, и могут вызывать ливни и грозы, или локально изменять погоду так или иначе.

Из приведенных замечаний можно сделать вывод о том, каким важным фактором становятся потери в воздухе, окружающем заряженные поверхно- сти, когда электрическая плотность велика, а частота импульсов чрезмерна.

139

Но в соответствии с наши- ми объяснениями выходит, что воздух - изолятор, то есть он состоит из незави- симых носителей зарядов, погруженных в изолирую- щую среду. Так получает- ся, когда воздух находится под обычным или немного выше, или очень малым дав- лением. Когда же воздух не- много разрежен и проводит ток, тогда настоящие потери проводника также имеют место. В таком случае, ко- нечно, значительное коли- чество энергии может быть рассеяно в воздухе даже при постоянном потенциале, или импульсах низкой час- тоты, если плотность очень большая.

Когда газ находится под очень небольшим давле- нием, электрод нагревается сильнее, так как достигают- ся более высокие скорости.

Если газ вокруг электрода сильно сжат, то смещения, а соответственно и скорости, очень малы, и нагрев незна- чителен. Но если в таком случае повысить частоту, то электрод нагреется до вы- сокой температуры, точно так же, как он бы нагрелся,

если бы газ находился под низким давлением; на самом деле откачка воздуха необходима, потому что мы не можем получить (и возможно передать) токи требуемой частоты.

Возвращаясь к теме электродной лампы, хорошо было бы как можно больше сконцентрировать тепло возле электрода путем предотвращения цир- куляции воздуха в колбе. Если взять очень маленькую колбу, то в ней тепло

Рис. 28

Никола Тесла. Лекции

будет концентрироваться лучше, чем в большой, но ее емкость может не позволить ей работать от катушки, но если это произойдет, стекло будет сильно греться. Проще всего усовершенствовать конструкцию, взяв лам- пу нужного размера и поместив внутрь нее не- большую колбу, диаметр которой точно выверен, расположив ее над туго- плавкой головкой накали- вания. Эта конструкция показана на рисунке 28.

Колба L в данном случае имеет горловину п, достаточно широкую для того, что через нее прошла маленькая кол- ба Ь. В противном слу- чае конструкция будет такой же, как показано на рисунке 18. Малень- кая колба размещена на стеклянной ножке 5, на которой есть тугоплавкая головка т. От алюминие- вой трубки а ее отделяют несколько слоев слюды М для того, чтобы не до- пустить трещин стеклян- ной ножки вследствие резкого нагревания алю-

миниевой трубки при внезапном включении катушки. Если требуется произво- дить свет только за счет накаливания электрода, то внутренняя колба должна быть как можно меньше. Если желательно вызвать фосфоресценцию, то она должна быть побольше, иначе она может нагреваться и свечение прекратится. В такой конструкции обычно только в маленькой колбе возникает фосфорес- ценция, так как внешняя колба практически не подвергается бомбардировке.

Рис. 29

141

В некоторых лампах, показанных на рисунке 28, маленькие трубки были выкрашены фосфоресцирующей краской и получались прекрасные световые эффекты. Вместо того чтобы увеличивать размер внутренней колбы и избе- жать преждевременного нагрева, целесообразно взять больший электрод т. Это ослабит бомбардировку по причине меньшей электрической плотности.

Много ламп было изготовлено по схеме, изображенной на рисунке 29. Здесь маленькая колба Ь, содержащая тугоплавкую головку т, после того как в ней создали вакуум, была закупорена в большой лампе L, из которой воздух был немного откачан. Она также закупорена. Принципиальное отличие этой конструкции в том, что она позволяет достичь высокой степени вакуума и в то же время использовать большую колбу. В процессе опытов, проводимых с такими лампами, выяснилось, что лучше всего делать ножку 5 возле пробки е очень толстой, а подводящий провод w тонким, так как случалось такое, что ножка в этом месте нагревалась и колба трескалась. Часто получалось так, что вакуума в большой колбе было достаточно лишь для того, чтобы прохо- дил разряд, а пространство между колбами было малинового цвета, давая любопытные эффекты. В некоторых случаях, когда вакуум был небольшой и воздух хорошо проводил ток, чтобы сильно накалить головку т, жела- тельно было в верхней части горловины колбы поместить жестяную фольгу, замкнутую на изолированный предмет, землю или другой вывод катушки, так как хорошо проводящий ток воздух немного ослаблял эффект, возмож- но, потому, что на него индуктивно действовал провод w там, где он входил в колбу в точке е. Еще одна трудность, которая, однако, всегда присутству- ет, когда тугоплавкую головку помещают в небольшую колбу, обнаружилась в конструкции, показанной на рисунке 29, а именно: вакуум в колбе b сни- жался за короткое время.

Основная идея обеих конструкций - сосредоточить тепло в центральной части лампы, прекратив циркуляцию воздуха. Этого удалось добиться, но вследствие нагрева внутренней колбы и постепенного испарения стекла труд- но поддерживать вакуум, даже если выбрать конструкцию, помещенную на рисунке 28, где колбы сообщаются.

Но, конечно, идеальный путь - это достижение достаточно высокой час- тоты. Чем выше частота, тем медленнее воздухообмен и, я полагаю, можно достичь такой частоты, когда циркуляция совсем прекратится, независимо от того, сколько молекул воздуха окружают вывод. Тогда мы сможем получить пламя, при котором не будет потерь материала, и это будет странное пламя, так как оно будет твердым! При такой высокой частоте в игру вступит инер- ция частиц. Так как кисть, или пламя, получит твердость в силу инерции частиц, то их обмен прекратится. Это случится обязательно, так как с ростом числа импульсов уменьшается потенциал каждого из них, и в конце концов установятся только атомарные колебания, а передвижение сквозь измеримое пространство прекратится. Так, у обычной газовой горелки, соединенной

Никола Тесла. Лекции

с источником переменного потенциала можно повысить мощность до опреде- ленного уровня по двум причинам - за счет придания дополнительной виб- рации, а также вследствие замедления процесса расхода материала. Но, пос- кольку обновление затруднится, а оно необходимо для поддержания горения, постоянный рост частоты импульсов, - если предположить, что они переда- ются напрямую пламени, - приведет к «гашению» его, при этом под данным термином мы понимаем прекращение химического процесса.

Я, однако, думаю, что в случае с электродом, помещенным в жидкую изолирующую среду и окруженным независимыми носителями зарядов, на которые он действует индуктивно, достаточно высокая частота приведет к воз- никновению притяжения к электроду. Для этого только надо предположить, что независимые тела имеют неправильную форму; тогда они поворачиваются к электроду стороной, имеющей наибольшую электрическую плотность, а это то положение, при котором сопротивление, которое жидкость оказывает при приближении, меньше того, что она оказывает при отходе.

Нет сомнения, что общее мнение таково, что нет никакой возможности получить такие частоты, которые позволят - при допущении того, что некото- рые из высказанных взглядов верны - прийти хотя бы к некоторым результа- там из тех, что я только что обрисовал как возможные. В ходе исследований, наблюдая за этими явлениями, я пришел к убеждению, что эти частоты могут быть значительно ниже расчетных. В пламени мы вызываем небольшие коле- бания, заставляя молекулы или атомы сталкиваться. Но каков коэффициент этих столкновений и вызываемых вибраций? Конечно, он будет меньше коэф- фициента ударов колокола и звуковых вибраций или коэффициента разрядов и колебаний конденсатора. Мы можем заставить молекулы газа сталкиваться при помощи переменных электрических импульсов высокой частоты; также мы можем инициировать процесс в пламени; а из опытов с частотами, которые мы можем в настоящее время получать, я думаю, можно получить результат с импульсами, которые можно передать по проводу.

Рассуждая подобным образом, мне показалось интересным продемон- стрировать твердость вибрирующего газового столба. Хотя с такой низкой частотой, как 10 000 колебаний в секунду, которую я без труда сумел полу- чить от специально созданного генератора, задача сначала выглядела безна- дежной, я всё же провел ряд опытов. Опыты с воздухом при обычном давле- нии не дали результатов, но когда я немного разредил воздух, мне кажется, получил несомненное опытное подтверждение искомого свойства. Так как та- кой результат может привести умелых экспериментаторов к важным выводам, я опишу один из опытов.

Хорошо известно, что когда из трубки немного откачан воздух, разряд может пройти в форме тонкой светящейся нити. Когда он вызывается током низкой частоты, полученным от катушки, работающей как обычно, эта нить инертна. Если поднести к ней магнит, то ближайшая ее часть притягивается

143

или отталкивается, в зависимости от того, как направлены силовые линии магнита. Мне пришла мысль, что если такую нить получить от тока высокой частоты, то она должна быть более или менее твердой, а так как это можно увидеть, то можно и изучить. В соответствии с этим я приготовил трубку диа- метром 1 дюйм и длиной 1 метр с покрытием на обоих концах. В трубке был создан вакуум до такой степени, что при небольшой нагрузке можно было получить нитевидный разряд. Надо сказать, что общий вид трубки и степень вакуумирования отличаются от того, какими они бывают при работе с обыч- ными низкочастотными токами. Так как предпочтительнее работать с одним выводом, приготовленная трубка была подвешена на проводе, соединенном с одним выводом катушки через жестяное покрытие, к нижнему концу с пок- рытием иногда присоединялась изолированная пластина. Когда образовыва- лась нить, она тянулась через верхнюю часть трубки и терялась внизу. Если она обладала твердостью, то выглядела не как эластичный шнур, натяну- тый между двумя опорами, а как шнур, подвешенный на опоре с неболь- шим грузом на нижнем конце. Когда полюс магнита подносили к верхнему концу светящейся нити, она в этом месте меняла положение под магнитным или электростатическим воздействием; когда раздражитель быстро убирали, получался аналогичный результат, как будто подвешенный шнур оттянули, а потом быстро отпустили рядом с точкой подвешивания. При этом светяща- яся нить начинала вибрировать и на ней образовывались два видимых и один неотчетливый узел. Вибрации продолжались полных восемь минут, посте- пенно затухая. Скорость колебаний часто ощутимо менялась, и можно было заметить электростатическое воздействие стекла на колеблющуюся нить; но было ясно, что электростатика не являлась причиной колебаний, ибо нить обычно была стабильна, а иногда колебания вызывались быстрым приближе- нием пальца к верхней части трубки.

При помощи магнита нить можно было разбить на две части и обе виб- рировали. Поднеся руку к нижней части трубки или к изолированной плас- тине можно было ускорить колебания; это можно было сделать, насколько я заметил, увеличив частоту и потенциал. Так, увеличение частоты или про- хождение более сильного разряда той же частоты, соответствовало натяжению шнура. Я не получил опытного подтверждения при разрядах конденсатора. Световая полоса, возбуждаемая в трубке периодическими разрядами лейден- ской банки, должна обладать твердостью, и если ее деформировать и внезап- но отпустить, должна вибрировать. Но, вероятно, количество вибрирующего вещества было настолько мало, что, несмотря на крайне высокую скорость, инерция не могла проявиться. Кроме того, наблюдение в таких случаях очень трудно производить по причине собственных колебаний.

Демонстрация того факта, который всё еще нуждается в эксперимен- тальном подтверждении, что вибрирующий газовый столб имеет упругость, может сильно изменить взгляды мыслителей. Когда можно заметить это

Никола Тесла. Лекции

свойство при низких частотах и незначительном потенциале, то как же будет вести себя газообразная среда под воздействием огромного электростатиче- ского напряжения, которое может иметь место в межзвездном пространстве, и которое может колебаться с непостижимой скоростью? Существование та- кой электростатической, ритмично колеблющейся силы - электростатическо- го поля - показало бы возможный путь формирования твердых веществ из ультрагазообразного правещества, а также как поперечные и другие типы колебаний могут передаваться сквозь газообразную среду, наполняющую всю Вселенную. Тогда эфир может быть настоящей жидкостью, лишенной упру- гости и находящейся в состоянии покоя, причем это необходимое звено в цепи взаимодействия. Что определяет упругость тела? Это должны быть скорость и количество движущегося вещества. В газах скорость может быть значитель- ной, но плотность крайне мала; в жидкости скорость скорее всего мала, хотя плотность может быть значительной; и в обоих случаях инерционное сопро- тивление, оказываемое смещению, практически равно нулю. Но поместите столб газа (или жидкости) в напряженное, часто колеблющееся электростати- ческое поле, и инерционное сопротивление не заставит себя долго ждать. Тело может более или менее свободно двигаться сквозь вибрирующую массу, но в целом она будет упругой.

Есть тема, которой я должен коснуться в связи с этими опытами: вы- сокий вакуум. Это предмет не только очень интересный, но и полезный, так как его изучение может привести к результатам огромной важности. В по- требительских устройствах, таких, как лампы накаливания, которые питают- ся от обычных систем распределения, более высокая степень вакуумирования не принесет большой пользы. В таком случае вся нагрузка ложится на нить, а газ почти не причем; усовершенствование, следовательно, будет ничтожным. Но когда мы начинаем использовать очень высокие частоты и потенциалы, действие газа становится очень важным, и вакуум серьезно изменяет резуль- таты. До тех пор, пока применялись обычные, даже очень большие катушки, изучение предмета было ограничено, так как именно в тот момент, когда это стало наиболее интересным, изучение прекратилось по причине того, что до- стигнут «неударный» вакуум. Но в настоящее время мы можем получить от разрядной катушки потенциалы гораздо более высокие, чем были способны дать самые большие катушки, и, что еще более важно, мы можем заставить потенциал меняться с огромной скоростью. Оба эти достижения позволяют нам пропускать световые разряды через вакуум любой степени, и поле наших исследований значительно расширилось. Я полагаю, что из всех возможных направлений разработки практичного осветительного прибора, направление высокого вакуума кажется наиболее многообещающим. Но для получения крайней степени вакуума приборы должны быть значительно усовершенство- ваны, и абсолютного совершенства мы не достигнем, пока не заменим механи- ческую помпу усовершенствованной электрической. Молекулы и атомы могут

145

быть вытеснены из лампы под воздействием огромного потенциала: таков бу- дет принцип вакуумной помпы будущего. В настоящее же время мы должны получить наилучший результат механическими средствами. В этом плане не лишними окажутся несколько слов о методе и устройстве для получения край- не высокой степени вакуума, которые я создал в процессе моих исследований. Очень вероятно, что и другие исследователи могли пользоваться подобными установками, но так как, возможно, в описании этой будет нечто интересное, несколько замечаний, которые позволят обрисовать изыскания более полно, я всё же сделаю.

Устройство показано на рисунке 30. У - это насос Шпренгеля, который был изготовлен специально для этой работы. Запорный кран не использовался,

Рис. 30

Никола Тесла. Лекции

а вместо него в горловину резервуара R был вмонтирован полый клапан s. Этот клапан имеет небольшое отверстие h, через которое поступает ртуть; раз- мер выходного отверстия о тщательно выверен и подогнан под сечение трубки г, которая припаяна к резервуару, а не соединена с ним обычным способом. В этом устройстве удалось избежать проблем и недостатков, которые часто возникают вследствие использования запорного крана на резервуаре и соеди- нения последнего с вертикальной трубкой.

Помпа соединяется (7-образной трубкой Т с большим резервуаром R_r С особой тщательностью были пригнаны поверхности кранов р и р_р обе они, а также ртутные чашки над ними сделаны особенно длинными. После того, как (7-образная трубка была пригнана и установлена на место, ее нагрели, чтобы снять напряжение неплотно пригнанных частей. (7-образная трубка имеет запорный кран С и два отвода д и g_t - один для маленькой колбы Ь, где находится едкое кали, а другой - для приемника г, где надо создать вакуум.

Резервуар посредством резинового шланга соединяется с резервуаром R„ который немного больше, и оба они снабжены запорными кранами С_/ и С,, соответственно. Резервуар R, может при помощи штатива опускаться и подниматься таким образом, что, когда он заполнен ртутью и клапан С, за- крыт, так чтобы в поднятом положении в нем создавался вакуум Торричелли, его можно поднять так высоко, чтобы ртуть в резервуаре R_f поднялась выше запорного крана С : а когда этот кран закрыт, а резервуар R, внизу и вакуум Торричелли образуется в резервуаре его можно было опустить так низко, чтобы ртуть полностью перетекла из резервуара R_t в резервуар R._} и встала чуть выше запорного крана С,.

Емкость помпы и сочленений меньше соответственно вместимости резер- вуара R_p так как степень вакуума зависит от соотношения этих величин.

При помощи этого устройства я собрал воедино все средства производ- ства высокого вакуума, применявшиеся в предыдущих опытах, в частности едкое кали. Позволю себе сказать касательно его использования: можно сэко- номить значительное количество времени и усовершенствовать работу помпы, расплавив и доведя до кипения это вещество, как только, или даже раньше, чем помпа установится. Если этого не сделать, то едкое кали, как обычно при низких оборотах, может выделить влагу и помпа будет много часов работать, не давая высокого вакуума. Едкое кали я нагревал спиртовкой, попускал через него разряд или пропускал ток через провод, находящийся в нем. Пре- имущество последнего способа в том, что таким образом нагрев можно быс тро повторить.

В целом процесс откачки воздуха выглядел так: вначале, когда запор- ные краны С и С_; открыты, а все остальные сочленения закрыты, резервуар Я, был поднят так высоко, что ртуть заполнила резервуар R_f и узкую часть (7-образной трубки. Когда помпа начинала работать, ртуть, конечно, быст- ро поднималась в трубке, а резервуар i?, опускался, причем исследователь

147

удерживал ртуть примерно на том же уровне. Резервуар R, уравновешивался длинной пружиной, которая облегчала эту работу, а трения частей было до- статочно, чтобы удерживать его в любом положении. Когда насос Шпренгеля заканчивал свою работу, резервуар R_? опускался еще ниже и уровень ртути в i?_; опускался и она заполняла R₂, после чего клапан С, закрывался. Воз- дух, прижатый к стенкам R_p и воздух, поглощенный ртутью, выпускался, и чтобы освободить ртуть от всего воздуха, резервуар R, много раз опускался и поднимался. Во время этого процесса некоторое количество воздуха, кото- рое собиралось под запорным краном С,, выгонялось из R₂ путем опускания его достаточно низко и открывания крана; кран закрывался перед тем, как поднять сосуд. Когда весь воздух был удален из ртути и больше не скапли- вался в R₂, его опускали и прибегали к помощи едкого кали. Теперь резер- вуар R₇ был снова поднят, пока ртуть в R_t не устанавливалась выше кра- на С_;. Поташ плавили и кипятили, и влага частично устранялась насосом, а частично реадсорбировалась; и этот процесс нагрева и охлаждения повто- рялся много раз, и каждый раз после того, как влага впитывалась или выгоня- лась, резервуар R., много раз поднимали и опускали. Таким образом из ртути удалялась вся влага и оба резервуара были готовы к работе. Тогда резервуар R₇ поднимался в верхнее положение и помпу включали па длительный срок. Когда достигалась наивысшая степень вакуума, колба с поташем оборачива- лась хлопковой тканью, пропитанной эфиром, для того, чтобы держать ее при низкой температуре, затем резервуар R., опускали и, после того как резервуар i?, опустел, приемник г быстро закупоривали.

Когда вставляли новую колбу, ртуть поднималась выше крана C_f, кото- рый был закрыт для того, чтобы оба резервуара и ртуть находились в наилуч- шем состоянии, и ртуть никогда не удалялась из R_jf за исключением тех слу- чаев, когда достигалась наивысшая степень откачки. Необходимо соблюдать это правило, чтобы устройство хорошо работало.

Применяя такую конструкцию, я работал очень быстро, а когда уст- ройство было в абсолютном порядке, можно было получить флюоресценцию в небольшой колбе менее чем за 15 минут, что, конечно, очень быстро для не- большой лабораторной установки, которая потребляет примерно 100 фунтов ртути. При работе с небольшими колбами соотношение емкости насоса, при- емника и сочленений и резервуара R было примерно 1-20, а уровень дости- гаемого вакуума обязательно очень высокий, хотя и не могу назвать точные цифры и уверенно сказать, насколько высок уровень.

Исследователя в процессе опытов более всего впечатляет поведение га- зов, подвергнутых воздействию высокочастотного электростатического напря- жения. Но его не должно покидать сомнение: можно ли наблюдаемые эффек- ты отнести именно на счет молекул или атомов газа, чей химический анализ происходит перед ним, или в игру вступает другое газообразное вещество, имеющее в своем составе атомы или молекулы, погруженные в жидкость,

Никола Тесла. Лекции

заполняющую пространство. Такая среда обязательно должна существо- вать, и я убежден, что, например, даже при отсутствии воздуха поверхность и пространство вокруг предмета нагревались бы от быстро колеблющегося потенциала тела; но такого нагрева поверхности и окружающего простран- ства не может произойти при удалении всех свободных атомов, если бы осталась однородная, несжимаемая и эластичная жидкость - какой должен быть эфир, - ибо тогда не было бы ни ударов, ни столкновений. В таком случае, что касается самого тела, могут происходить только внутренние по- тери от трения.

Поразительным является то, что разряд сквозь газ проходит тем легче, чем больше частота импульсов. В этом случае его поведение диаметрально противоположное металлическому проводнику. В последнем случае с по- вышением частоты роль импеданса возрастает, но газ ведет себя скорее как цепь конденсаторов: возможность прохождения заряда через него, видимо, зависит от скорости изменения потенциала. Если это так, тогда в вакуумной трубке любой длины, неважно какова сила тока, самоиндукция будет нич- тожно мала. Тогда мы имеем проводник в виде газа, способный передавать электрические импульсы любой частоты которую мы сможем получить. Если бы частоту удалось поднять до достаточно высокого уровня, тогда можно было бы реализовать любопытную систему распределения электроэнергии, которая заинтересовала бы газовые компании: металлические трубы, запол- ненные газом, где металл - это изолятор, а газ - проводник. Конечно, мож- но изготовить полый медный стержень, разрядить в нем газ, и пропуская импульсы достаточно высокой частоты через контур вокруг него, довести газ внутри до высокой степени накала; но что касается сил, то весьма сом- нительно, будет ли при таких импульсах медный стержень действовать как статический экран. С такими парадоксами и очевидно невозможными ситу- ациями мы сталкиваемся на каждом шагу в нашей работе, и именно в них в большой степени и заключается основная привлекательность исследований.

Здесь у меня короткая широкая трубка, из которой откачан воздух, покрытая толстым слоем бронзы, не дающей свету поступать внутрь. Метал- лический зажим для подвешивания трубки укреплен посередине и касается трубки. Теперь я хочу зажечь газ внутри, подвесив трубку на проводе, со- единенном с катушкой. Любой, кто проводит этот опыт впервые, скорее всего пожелает остаться в одиночестве, дабы не стать посмешищем для ассистентов. И всё же трубка освещается, несмотря на металлическое покрытие, и свет ясно виден сквозь него. Длинная трубка, покрытая алюминиевой бронзой, доволь- но ярко загорается, если ее держать в одной руке, а другой касаться вывода катушки. Мне могут возразить, что покрытия недостаточно хорошие провод- ники; однако, даже если они имели бы большое сопротивление, они должны экранировать газ. Конечно, они экранируют газ, находясь в состоянии покоя, но не так хорошо, когда на них волнообразно воздействуют. Потери энергии

149

в трубке, несмотря на экран, происходят благодаря газу. Если бы мы взяли полый металлический шар и заполнили его абсолютно несжимаемым жидким диэлектриком, внутри шара не было бы потерь, и, соответственно, можно было бы сказать, что содержимое прекрасно экранировано, хотя потенциал и быстро меняется. Даже если шар заполнить маслом, потери всё равно были бы меньше в сравнении с газом, так как в последнем случае сила порождает смещения, а это означает удары и столкновения.

Неважно, под каким давлением находится газ, он становится важным фактором нагрева проводника, когда электрическая плотность велика, а час- тота высокая. То, что для нагрева проводника путем светящегося разряда воз- дух является очень важным элементом, так же точно, как экспериментально доказанный факт. Можно проиллюстрировать действие воздуха при помощи

следующего опыта: я беру ко- роткую трубку с небольшим ва- куумом внутри, по центру кото- рой от одного конца до другого проходит платиновый провод.

По нему пропускаю постоян- ный или низкочастотный ток и он равномерно нагревается по всей длине. Нагрев происходит вследствие проводимости, или фрикционных потерь, а газ вок- руг провода, как видим, не вы- полняет никакой функции. Но теперь позвольте мне пропус- тить прерывистые разряды или высокочастотный ток. И снова провод нагревается, но только в этот раз в основном на кон- цах и меньше всего в середине; и если частота импульсов, или скорость изменения, достаточно высока, то провод можно даже перерезать посередине, так как весь нагрев происходит благо- даря разреженному газу. Здесь газ может выступать только как проводник, не имеющий сопро- тивления, отводящий ток от про- вода, поскольку сопротивление последнего сильно возрастает,

Никола Тесла. Лекции

при этом лишь нагревая концы провода, так как они сопротивляются прохож- дению разряда. Но совсем необязательно, чтобы газ в трубке был проводни- ком; давление его может быть крайне низким, и всё же концы провода нагре- ются, как доказано опытом, только в данном случае эти два конца не будут иметь электрического контакта через газообразную среду. Итак, то что проис- ходит при высоких частотах и потенциалах в вакуумной трубке, происходит и при разряде молнии при обычном давлении. Нам необходимо лишь помнить об одном из фактов, которые мы обнаружили во время этих исследований, а именно: в ответ на высокочастотные импульсы газ при обычном давлении ведет себя так, как будто он разрежен. Я думаю, что во время разрядов мол- нии часто провода или предметы-проводники испаряются только из-за того, что присутствует воздух, и что если бы проводник был погружен в изолирую- щую жидкость, он был бы в безопасности, так как тогда энергия была бы пот- рачена где-то в другом месте. Исходя из поведения газов в ответ на внезапные импульсы высокого потенциала я склонен сделать вывод, что не может быть более верного пути отвода разряда молнии, чем дать ему пройти через некий объем газа, если только это можно практически осуществить.

Есть еще два свойства, на которых, я считаю, необходимо остановиться в связи с данными опытами, - «лучистое состояние» и «неударный вакуум».

Каждый, кто изучал труды Крукса, должен находиться под впечатле- нием, что «лучистое состояние» - это свойство газа, неотделимое от высокой степени вакуума. Но следует помнить, что явления, наблюдаемые в вакуум- ном сосуде, ограничены характером и емкостью применяемого устройства. Я думаю, что в колбе молекулы или атомы двигаются по совершенно прямой линии не потому, что не встречают препятствия, а потому, что скорость, пере- данная им, достаточна для того, чтобы двигаться по прямой. Средняя длина прямого пути - это одно, а скорость - количество энергии, связанное с дви- жущимся телом, - совсем другое, и при обычных обстоятельствах, я полагаю, это всего лишь вопрос потенциала или скорости. Катушка с разрядником, когда потенциал очень высок, вызывает флюоресценцию и отбрасывает тени при сравнительно низком вакууме. При разряде молнии материя движется по прямой при нормальном давлении, когда средняя длина свободного пробега крайне мала, и часто изображения проводов или иных металлических предме- тов проецируются частицами, резко отброшенными по прямой линии.

Для того чтобы экспериментально продемонстрировать правильность приведенных высказываний, я приготовил лампу. В колбе L (рисунок 31) на нити накаливания f я укрепил кусочек извести i. Нить накаливания соеди- нена с проводом, идущим в лампу, конструкция которой показана на рисунке 19. Когда лампа подключается к проводу, соединенному с выводом катушки, а последняя начинает работать, кусок извести i и выступающая часть нити f начинают подвергаться бомбардировке. Степень откачки воздуха такова, что потенциала катушки достаточно для начала флюоресценции, которая исчеза-

151

ет по мере ухудшения вакуума.

Так как известь содержит вла- гу, которую отдает при нагре- вании, флюоресценция длится несколько мгновений. Когда известь достаточно нагрета, влаги отдается столько, сколь- ко нужно, чтобы уничтожить вакуум. Так как бомбардировка продолжается, одна часть кус- ка извести нагревается больше, чем другие, и в результате поч- ти весь разряд проходит через эту точку, которая сильно на- гревается, и белый поток частиц извести (рисунок 31) испуска- ется из этой точки. Этот поток состоит из «лучистой материи», хотя уровень вакуума низкий.

Частицы движутся по прямой, так как скорость, сообщенная им, велика, и это происходит по трем причинам - большой электрической плотности, вы- сокой температуры небольшого участка, и того, что частицы из- вести легко отрываются и уно-

сятся - гораздо легче частиц углерода. При тех частотах, которые мы можем получить, частицы ощутимо отрываются и отбрасываются на значительное расстояние, но при достаточно высоких частотах такого не произойдет: в этом случае будет распространятся только напряжение или через колбу будут пе- редаваться вибрации. Нечего и говорить о том, чтобы достичь такой высоты, если предположить, что атомы движутся со скоростью света; но я полагаю, что такое невозможно - для этого потребуется огромный потенциал. При тех потенциалах, которые мы можем получить, даже от катушки с разрядником, скорость не должна быть важна.

Что касается «неударного вакуума» следует отметить, что он имеет мес- то только при низкочастотных импульсах и является необходимым в силу невозможности отвода достаточного количества энергии такими импульсами в высоком вакууме, так как те немногие атомы, которые находятся рядом с выводом, вступая с ним в контакт, отталкиваются от него и держатся на рас- стоянии сравнительно долго, и поэтому не выполняется достаточно работы,

Рис. 32

Рис. 33

Никола Тесла. Лекции

чтобы эффект стал виден для глаза. Если разницу потенциалов на выводах поднять, то диэлектрик пробивается. Но при очень высокой частоте импуль- сов такого пробоя не произойдет, так как любое количество работы может быть выполнено путем постоянного возбуждения атомов в вакуумном сосуде. Нетрудно - даже при той частоте, которую мы получаем от нашего генерато- ра, - достичь той стадии, когда разряд не проходит между двумя электродами в узкой трубке, причем каждый электрод соединен с выводом катушки, но трудно достичь того момента, когда световой разряд не формируется вокруг каждого электрода.

Естественно, в связи с высокочастотными токами возникает мысль, о том, чтобы использовать их мощную электродинамическую индукцию для получения световых эффектов в запаянной стеклянной колбе. Подводящий провод - один из недостатков современных ламп накаливания, и если не будут сделаны другие шаги вперед, то хотя бы от этого недостатка надо избавиться. И потому я провел несколько опытов в разных направлениях, некоторые из которых описал в своих прошлых публикациях. Здесь хочу упомянуть одно или два направления, в которых я двигался.

Много ламп было создано, как показано на рисунках 32, 33.

На рисунке 32 широкая трубка Т плотно соединена с меньшей по раз- меру VH-образной трубкой U из фосфоресцентного стекла. В трубке Т распо- лагается обмотка С из алюминиевого провода, на концах которого имеются маленькие алюминиевые шарики t и t_p размещенные в трубке U. Трубка Т установлена в гнезде, содержащим первичную обмотку, через которую обыч- но пропускались разряды лейденских банок, а разреженный газ в маленькой трубке U возбуждался до яркого свечения токами высокого напряжения, на- веденными в обмотке С. Когда, для того чтобы индуцировать токи в обмотке С, использовались разряды лейденской банки, выяснилось, что необходимо плотно набить трубку Т изолирующим порошком, так как между витками об- мотки часто возникали разряды, особенно когда первичная обмотка толстая и промежуток, через который разряжались банки, большой - всё это доста- вило много хлопот.

На рисунке 33 показана лампа другой конструкции. На этот раз трубка Т запаяна в колбе L. Трубка содержит обмотку С, которая проходит сквозь маленькие трубки t и Д, которые припаяны к трубке Т. Две тугоплавкие головки m и гп, укреплены на нитях накаливания, соединенных с концами проводов, проходящих через стеклянные трубочки t и t_r В целом в лампах, изготовленных по этой схеме, колба L сообщалась с трубкой Т. Для этой цели концы трубочек t и /;₍ были немного оплавлены горелкой, чтобы держать про- вод, но не мешать сообщению. Трубка Т с маленькими трубками и проводами в них и тугоплавкие головки гп и гп, были сначала приготовлены, а затем запаяны в колбу L, после чего внутрь была помещена обмотка С и к ее кон- цам присоединены провода. Затем трубка была плотно набита изолирующим

153

порошком, закрыта и на конце оставлено лишь небольшое отверстие, куда досыпали порошок, а потом и его закрыли. Обычно в лампах, изготовленных в соответствии с рисунком 33, на кончики s трубок t и надевались алюмини- евые трубочки а для защиты от нагрева. Головки т и т₁ можно было довести до любой степени накала, пропуская по обмотке С разряды лейденских банок. В таких лампах с двумя головками происходит любопытный эффект образо- вания теней каждой головки.

Еще одно направление, по которому я неутомимо продвигался, - воз- будить при помощи электродинамической индукции ток или световой разряд в вакуумной трубке или колбе. Этот предмет получил такую тщательную раз- работку у профессора Дж. Дж. Томсона, что я вряд ли могу что-нибудь доба- вить, даже если бы сделал его темой сегодняшней лекции. И всё же, посколь- ку опыты постепенно привели меня к определенным результатам и взглядам, этой теме следует посвятить несколько слов.

Многим, конечно, приходило в голову, что если вакуумную трубку сде- лать длиннее, то эдс на единицу длины трубки, необходимой для прохожде- ния через нее заряда, постоянно уменьшается; так что даже при низкой частоте световой разряд можно возбудить в такой трубке, замкнутой на себя. Такую трубку можно пустить вокруг зала или по потолку и тут же получится источник хорошего освещения. Но такой прибор нелегко изготовить и трудно им управ- лять. Не получится сделать трубку из коротких отрезков, так как при обычной частоте на покрытии будут значительные потери, и, кроме того, если приме- нять покрытия, лучше подавать ток напрямую в трубку, соединив покрытия с трансформатором. Но если удастся справиться со всеми этими препятствиями, всё-таки при низких частотах преобразования света будут неэффективны, как я уже говорил. При использовании крайне высоких частот длину вторичной об- мотки - иными словами, размер сосуда - можно уменьшить, и эффективность преобразования света возрастает, если только придумать методы продуктивного получения таких частот. Так мы приходим из теоретических и практических соображений к необходимости применения высоких частот, а это значит - вы- сокой эдс и малого тока в первичной обмотке. Когда мы работаем с зарядами конденсатора - а они в настоящее время являются единственным известным средством получения крайне высоких частот, - мы получаем эдс в несколь- ко тысяч вольт на один виток первичной обмотки. Мы не можем увеличить в несколько раз электродинамический индуктивный эффект, намотав больше витков первичной обмотки, так как приходим к выводу, что лучше всего ра- ботать с одним витком, хотя от этого правила иногда приходится отступать, и нам приходится довольствоваться тем, что мы можем получить от одного витка. Но прежде чем мы проведем много опытов с крайне высокими частота- ми, необходимыми для получения в лампе эдс в несколько тысяч вольт, мы поймем огромную важность электростатических эффектов, а они усиливаются соответственно электродинамическим по мере роста частоты.

Никола Тесла. Лекции

Итак, если нам что-то и нужно, так это увеличение частоты, а это плохо отразится на электродинамических эффектах. С другой стороны, можно уси- лить электростатическое воздействие, добавив витков во вторичной обмотке или соединив самоиндукцию и емкость для увеличения потенциала. Следует также помнить, что, понизив до минимума силу тока и увеличив потенциал, можно гораздо проще передавать электрические импульсы высокой частоты по проводнику.

Эти и подобные мысли вселили в меня решимость посвятить больше вни- мания электростатическим явлениям и попытаться получить как можно более высокие и как можно более быстро меняющиеся потенциалы. Тогда я обнару- жил, что могу возбудить вакуумную трубку на значительном расстоянии при помощи проводника, соединенного с правильно сконструированной катушкой, и, преобразовав колеблющийся ток от конденсатора в больший потенциал, сформировать переменные электростатические поля, которые действовали на всём пространстве комнаты, зажигая трубку независимо от того, где ее держа- ли. Я понял, что сделал шаг вперед и держался этого направления; но хочу сказать, что со всеми, влюбленными в науку и прогресс, делю одно желание - достичь полезного результата, действуя в любом направлении, куда ведет меня мысль или эксперимент. Я думаю, что выбрал правильное направле- ние, так как не вижу, наблюдая за явлениями, которые проявляются по мере увеличения частоты, что еще может действовать между двумя цепями, по ко- торым проходят импульсы с частотой, к примеру, несколько сотен миллионов колебаний в секунду, как не электростатические силы. Даже при ничтож- но малых частотах энергия почти вся будет потенциальной, и я укрепился в убеждении, что какова бы ни была природа движения света, он происходит от огромного электростатического напряжения, вибрирующего с крайне высо- кой скоростью.

Из всех этих явлений с токами, или электрическими импульсами высо- кой частоты, самыми поразительными для аудитории являются, несомненно, те, которые происходят в электростатическом поле, действующем на значи- тельном расстоянии, и начинающему лектору лучше всего начать и закон- чить выступление демонстрацией этих удивительных эффектов. В одной руке я держу трубку и перемещаю ее, а она загорается в любом месте; на всём про- странстве действуют невидимые силы. Но беру другую трубку, и она может не загореться, так как вакуум очень высок. Я возбуждаю ее при помощи ка- тушки с разрядником, и теперь она светится в электростатическом поле. Могу отложить ее на несколько недель или месяцев и всё же она не утратит способ- ности возбуждаться. Какие изменения я произвел в трубке, возбудив ее? Если атомам сообщается движение, то трудно понять, как оно может продолжаться так долго, не затухая от фрикционных потерь; и если создать напряжение в диэлектрике, как это происходит при простой электризации, то нетруд- но увидеть, как оно бесконечно существует, но очень трудно понять, почему

155

такое состояние способствует возбуждению, когда мы имеем дело с часто меняющимся по- тенциалом.

Так как я демонстрировал эти явления впервые, я обна- ружил некоторые интересные эффекты. Например,я получил накал головки,нити или прово- да, заключенных в трубку. Для получения такого результата не- обходимо было экономить энер- гию, полученную от поля,и на- править ее на небольшой пред- мет, который надо было нака- лить. Поначалу задача казалась трудной, но накопленный опыт позволил мне быстро добить- ся результата. На рисунках 34 и 35 показаны две такие труб- ки, которые специально при- готовлены для такого случая.

На рисунке 34 короткая труб- ка 7\, припаянная к еще одной длинной трубке Т, имеет стек- лянную ножку 5 с платиновым проводом в ней. Очень тонкая нить накаливания / соединена с этим проводом, а наружу вы-

водится при помощи медного р_ис 34 р_ис ^

провода w. Трубка имеет вне- шнее и внутреннее покрытия С

и С_п соответственно, и заполнена до уровня покрытий и немного выше изо- лирующим порошком. Эти два покрытия служат для проведения всего лишь двух опытов с трубкой, а именно: для получения желаемого эффекта при соединении с телом экспериментатора или другим предметом провода w, или с индуктивным действием сквозь стекло. Ножка 5 снабжена алюминиевой трубкой а, для чего, объяснялось ранее, и только небольшая часть нити вы- ступает из этой трубки. Если держать трубку Т в любом месте электростати- ческого поля, то нить накаляется.

Более интересное устройство изображено на рисунке 35. Конструкция его такая же, как и прежде, но здесь вместо нити накаливания небольшой

Никола Тесла. Лекции

платиновый проводок р запаян в стеклянную ножку 5 и согнут над ней коль- цом, а затем соединен с внутренним покрытием С. Небольшая ножка s₁ снаб- жена иголкой, на конце которой свободно закреплена крыльчатка v из тон- кой слюды. Для того чтобы крыльчатка не упала, тонкая стеклянная ножка д надлежащим образом согнута и соединена с алюминиевой трубкой. Если стеклянную трубку держать в любом месте электростатического поля, то пла- тиновый провод быстро накаляется и слюдяная крыльчатка начинает быстро вращаться.

Интенсивное свечение в лампе можно вызвать, просто соединив ее с пластиной внутри поля, и при этом пластине не обязательно по размеру быль больше абажура лампы. Фосфоресценция, вызываемая этими токами, несравненно более мощная, чем та, что вызывается обычным устройством. Небольшая фосфоресцентная лампа, если ее соединить с катушкой, излуча- ет достаточно света, чтобы читать шрифт обычного размера на расстоянии пяти-шести шагов. Мне было интересно понаблюдать, как некоторые из фос- форесцентных ламп профессора Крукса будут вести себя с этими токами, и он оказал мне любезность, предоставив в мое распоряжение несколько таких ламп. Полученные эффекты замечательны, особенно при использова- нии сульфида кальция и сульфида цинка. От катушки с разрядником они светятся очень интенсивно, даже если их держать в руке, а другой касаться вывода катушки.

К каким бы результатам ни вели эти исследования, основной инте- рес заключается в производстве эффективного осветительного прибора. Ни в одной из отраслей электроиндустрии прогресс так не желателен сейчас, как в производстве света. Каждый думающий человек, когда он размышля- ет над варварскими методами, которые сейчас применяются, над прискорб- ными потерями, имеющими место в наших лучших системах производства света, должен спросить себя: а что же такое свет будущего? Это твердый элемент накаливания, как теперь, или светящийся газ, или светящееся тело, или что-то вроде горелки, но гораздо более эффективное?

Вряд ли удастся серьезно усовершенствовать газовую горелку, скорее всего не потому, что изобретательный человек ломал над этим голову не- сколько столетий без каких-либо радикальных шагов вперед, - хотя и этот аргумент не лишен оснований, - но потому, что в горелке вибрации более высокой частоты не могут быть получены, если не начать с низких вибра- ций. Ибо как еще образуется пламя, если не путем падения поднятого груза? Такой процесс нельзя поддерживать без обновления, а обновление повторя- ется переходом от низких к высоким колебаниям. Видимо, есть только один способ усовершенствовать горелку - постараться получить более высокий уровень накала. Больший накал означает более быструю вибрацию, и как следствие - больше света из того же материала и большая экономия. В этом направлении сделано несколько усовершенствований, но прогресс замедля-

157

ется несколькими ограничениями. Оставив в стороне горелку, у нас остается три упомянутых способа, которые по природе своей электрические.

Допустим, что освещение будущего будет основано на накале твердого элемента. Тогда, не правда ли, лучше использовать маленькую головку вместо хрупкой нити? Из многих соображений следует, что головка способна давать большую экономию, если предположить, что трудности, связанные с эксплу- атацией такой лампы, успешно преодолены. Но для работы такой лампы тре- буется высокий потенциал, а для его экономного получения нам требуются высокие частоты.

Такие рассуждения более подходят к теме производства света при по- мощи накаливания газа, или флюоресценции. В любом случае нам требуются высокий потенциал и высокая частота. Эти мысли посетили меня уже давно.

Кстати, при работе с высокими частотами, мы получаем много выгод, например, экономию при производстве света, возможность работать с одним проводом, возможность отказаться от подводящего провода и т.д.

Вопрос в том, насколько высокие частоты использовать? Обычные про- водники быстро теряют способность передавать электрические импульсы, ког- да частота резко возрастает. Предположим, что производство импульсов ог- ромной частоты доведено до совершенства, каждый тогда задастся вопросом: как передавать импульсы, если возникнет необходимость?

При передаче таких импульсов через проводники мы должны помнить, что имеем дело с давлением и потоком в обычном понимании этих терминов. Увеличьте давление до огромного значения и, соответственно, уменьшите по- ток, тогда такие импульсы - а они всего лишь варианты давления - без сом- нения, можно передавать по проводу, даже если их частота - много сотен миллионов колебаний в секунду. Нет, конечно, и разговора о том, чтобы пере- давать такие импульсы по проводу, находящемуся в газообразной среде, даже если он защищен толстым слоем самого лучшего изолятора, так как большая часть энергии будет потрачена на бомбардировку и, соответственно, нагрев. Конец провода, соединенный с источником, будет нагреваться, а другой конец получит ничтожную долю передаваемой энергии. Основная задача, следова- тельно, заключается в следующем: чтобы использовать такие импульсы, нуж- но найти средство для уменьшения рассеивания.

Первая мысль - использовать тончайший провод в толстой изоляции. Следующая мысль - применить электростатический экран. Оплетка провода может быть покрыта тонким проводящим слоем, замкнутым на землю. Но это не подойдет, так как тогда вся энергия через экран уйдет в землю и мы ниче- го не получим на другом конце провода. Если ставить заземление, то только через провод с огромным сопротивлением или через низкоемкостный конден- сатор. Это, однако, не решает других проблем.

Если длина волны импульсов намного меньше, чем длина провода, тогда соответствующие короткие волны возбуждаются в покрытии и получается то

Никола Тесла. Лекции

же самое, как если бы оно было заземлено. Следовательно, надо, чтобы пок- рытие состояло из отрезков меньшей длины, чем длина волн. Такая конструк- ция не дает абсолютного экранирования, но всё же это в десятки тысяч раз лучше, чем никакого. Я полагаю, что покрытие лучше поделить на отрезки, даже если длина волны больше, чем покрытия.

Если провод укрыт абсолютным электростатическим экраном, это то же самое, как если бы все предметы были удалены от него на бесконечно боль- шое расстояние. Емкость тогда бы уменьшилась до емкости провода, то есть очень малой величины. Тогда стало бы возможным посылать по этому проводу электрические вибрации очень высокой частоты на огромные расстояния, не оказывая большого влияния на характер вибраций. Абсолютный экран - это, конечно, невозможно, но я полагаю, что с тем экраном, который я только что описал, передача телефонных вызовов через Атлантику стала бы возмож- ной. Исходя из моей идеи, провод, изолированный гуттаперчей, имеет третье проводящее покрытие, поделенное на участки. Поверх всего этого надо опять поместить слой гуттаперчи и другого изолятора, а затем армировать провод. Но такой провод не будет создан, пока информация, передаваемая без прово- дов, не будет пульсирующим сигналом пронизывать всю планету как живой организм. Удивительно то, что при нынешнем уровне знаний и накопленного опыта, не делаются попытки возбудить электростатическое и магнитное поля Земли для передачи, если уж нечего больше передавать, информации.

Моей целью сегодня было представить вам явления и новые свойства и выдвинуть идеи, которые, я надеюсь, послужат отправной точкой для но- вых открытий. Моим желанием было показать вам несколько новых занима- тельных опытов. Ваши аплодисменты, звучавшие часто и подолгу, убедили меня, что я своей цели достиг.

В заключение позвольте мне сердечно вас поблагодарить за вашу лю- безность и внимание, и заверить, что возможность обратиться к такой имени- той аудитории и удовольствие представить свои идеи перед обществом таких опытных исследователей - а среди вас есть такие, в чьих трудах многие годы я находил свет озарения и истинное наслаждение, - никогда не будут мною забыты.

О СВЕТЕ И ДРУГИХ ВЫСОКОЧАСТОТНЫХ ЯВЛЕНИЯХ

ВВЕДЕНИЕ. НЕКОТОРЫЕ МЫСЛИ О ГЛАЗЕ

Когда мы смотрим на мир вокруг нас, на природу, нас впечатляют ее красота и великолепие. Каждый предмет, который мы воспринимаем, ка- ким бы малым он ни был, есть уже мир сам по себе, как и вся Вселенная, материя и сила, которыми управляет закон, - мир, размышления о кото- ром наполняют нас чувством восхищения и который побуждает нас мыслить и исследовать. Но во всём огромном мире, из всех предметов, доступных нашим органам чувств, самым удивительным и возбуждающим воображение является, несомненно, высокоразвитый организм, мыслящее существо. Если какое-то творение Природы и достойно восхищения, то это наверняка то самое непостижимое создание, что производит бесконечное множество движений в ответ на внешние раздражители. Понять его работу, глубже проникнуть в этот шедевр Природы - вот что всегда было делом жизни мыслителей, и после столетий титанически трудных исследований человечество пришло к более или менее правильному пониманию функций его организма и органов чувств. И вот, из всего совершенства и гармонии частей тела, частей, которые составляют материальную, осязаемую часть нашего существа, из всех органов глаз - особенно удивителен. Из всех органов чувств, или органов познания, он наиболее ценен, он - великие врата, через которые всё знание проникает в наш разум, он состоит в самых тесных отношениях с тем, что мы называем интеллектом. Эти отношения настолько интимны, что мы иногда говорим: глаза - это зеркало души.

Можно принять как факт, подразумеваемый теорией функции глаза, что при каждом внешнем воздействии, то есть при каждом воздействии обра- за на сетчатку, кончики глазных нервов, задействованные в передаче этого образа мозгу, должны находиться под напряжением, или вибрировать. Те- перь уже не является неправдоподобным то, что когда силой мысли вызыва- ется образ, кончики глазных нервов испытывают отчетливое, хотя и слабое рефлекторное воздействие, а следовательно, его испытывает и сетчатка. Бу- дет ли человечество способно когда-нибудь анализировать состояние сет- чатки, когда на нее оказано воздействие усилием мысли или рефлекторно,

Лекция прочитана перед сотрудниками Института Франклина в Филадельфии 24 февраля 1893 года и Национальной ассоциации электрического освещения в Сент-Луисе 1 марта 1893 года.

Никола Тесла. Лекции

при помощи каких-либо оптических или иных устройств, обладающих такой чувствительностью, что с их помощью можно в любое время получить пред- ставление о состоянии сетчатки? Если бы это было возможно, тогда проблему чтения мыслей человека с точностью, равной чтению букв в книге, можно было бы решить легче, чем многие проблемы позитивной физики, в решение которых большинство ученых, если не все, безоговорочно верят. Гельмгольц доказал, что глазное дно само по себе способно светиться, и что он мог видеть, в полной темноте, движение собственной руки при свете его собственных глаз. Это один из самых замечательных опытов в истории науки и, возможно, не- многие смогли его успешно повторить, так как скорее всего свечение глаз связано с необычно мощной мозговой деятельностью и большой силой вооб- ражения. Это флюоресценция мозговой активности, так сказать.

Еще одним фактом, имеющим особенное значение в связи с нашим пред- метом, и который замечен многими, так как он упоминается в поговорках и пословицах, хотя я и не припомню, чтобы этот факт был описан как поло- жительный результат наблюдений, это то, что иногда, когда на ум приходит неожиданная идея или образ, мы видим перед глазами вспышку света, быва- ет и болезненную, даже при дневном свете.

Таким образом, выражение «Глаза - это зеркало души» имеет под собой основу, и мы видим, что оно несет в себе истину. Глубокое значение оно имеет для того, кто, подобно поэту или художнику, лишь следуя врожденному чув- ству любви к природе, находит радость в бесконечном процессе мышления и простом созерцании природных явлений, но еще более глубокое значение оно имеет для того, кто, ведомый духом научного эксперимента, пытается ус- тановить причины явлений. Именно для философа, естествоиспытателя, фи- зика глаз является предметом наиболее полного восхищения.

Два факта должны неумолимо поражать разум физика, несмотря на его предположения, что глаз - это несовершенный оптический прибор, забывая при этом, что и само понятие о том, что совершенно, а что нет, он получает через этот самый прибор. Первое, глаз - это единственный орган, который не- посредственно испытывает влияние той тонкой среды, которая, как учит нас наука, пронизывает всё пространство; второе, это наиболее чувствительный из наших органов, несравненно более чувствительный к внешним воздействи- ям, чем все остальные.

Орган слуха должен подвергнуться воздействию массивных предметов, орган обоняния - улавливает передаваемые свободные материальные части- цы, органы вкуса и осязания или силы, ощущают прямой контакт, или, по крайней мере, воздействие ощутимых предметов, и это верно даже для живых организмов, у которых некоторые из перечисленных органов развиты почти до совершенства. При всём при этом удивительно, что орган зрения один спо- собен возбуждаться тем, что все остальные органы, вместе взятые, не в силах заметить, и что всё же играет важнейшую роль во всех природных явлениях,

161

что передает энергию и поддерживает движение, и, что самое удивительное, жизнь, но обладает такими качествами, что даже разум самого опытного уче- ного не может не провести границу между ним и всем, что именуется мате- рией. Одна лишь мысль о том, что глаз своей удивительной властью раздви- гает горизонты нашего восприятия - обычно такие узкие - далеко за преде- лы нашего небольшого мира, и оно становится способным объять мириады иных миров, солнц и звезд в неисчерпаемых глубинах Вселенной, - приводит к предположению, что глаз - это орган высшего порядка. Его возможности находятся за пределами нашего понимания. Насколько мы знаем, природа еще не создавала ничего более удивительного. Мы можем получить слабое представление о его поистине колоссальных возможностях путем анализа и сравнения. Когда волны эфира накатываются на тело, они вызывают чув- ства тепла или холода, удовольствия или боли, а, может быть, они вызывают иные ощущения, которых мы не знаем, и эти ощущения могут быть любой степени, и количество этих степеней бесконечно, как бесконечно количество определенных ощущений. Но наше осязание не может нам раскрыть различ- ных степеней этих ощущений, если только они не очень сильны. Теперь мы можем легко себе представить, как организм, например человеческий, в бес- конечном процессе эволюции, или, выражаясь более философски, адаптации к природным условиям, при условии возможности пользоваться только чув- ством осязания, например, мог бы развить это чувство до такой степени, что смог бы различать мельчайшие различия нагрева предмета даже на некотором расстоянии с точностью до сотой, тысячной или миллионной доли градуса. И всё же, даже такая, очевидно невозможная степень совершенства не срав- нится с работой глаза, который способен различить и мгновенно передать в мозг бесчисленные подробности предмета: форму, цвет или нечто иное. Та- кая способность глаза основывается на двух вещах, а именно: на его способ- ности линейно отображать источник раздражения и на его чувствительности. Сказать, что глаз чувствителен - значит, не сказать ничего. В сравнении с ним остальные органы чудовищно грубы. Орган обоняния, ведущий пса по следу оленя, орган осязания, ведущий насекомое в его скитаниях, орган слу- ха, реагирующий на малейшие колебания воздуха, - всё это чувствительные органы несомненно, но что они по сравнению с человеческим глазом! Без сомнения, он реагирует на самые слабые отголоски и отзвуки среды; без сом- нения, он доносит до нас эхо других миров, бесконечно далеких, но делает это так, что мы не всегда можем понять. Почему же мы не можем? Потому что мы живем в среде, наполненной воздухом, газами, испарениями и плот- ной массой твердых частиц, летающих в воздухе. Они играют важную роль в различных явлениях; они распыляют энергию колебаний до того, как они смогут достичь глаза; они - микробы разрушения, они попадают в наши лег- кие и другие органы, забивают каналы и незаметно, но неотвратимо, тормозят ток жизни. Если бы мы могли избавиться от взвешенных частиц на линии

Никола Тесла. Лекции

окуляра микроскопа, перед нами бы открылись невообразимые чудеса. Даже невооруженный взгляд, я полагаю, смог бы различить в чистой среде неболь- шие предметы на расстоянии, возможно, сотен, а то и тысяч миль.

Но есть нечто, что впечатляет нас гораздо больше, чем все эти удиви- тельные способности, которые мы описали с точки зрения физика, рассмат- рртая этот орган лишь как оптический прибор, - нечто, что завораживает нас больше, чем его чудесная способность прямо воспринимать колебания среды, без вмешательства грубой материи, и больше, чем его непостижимая чувствительность и избирательность. Это его важность для жизненных про- цессов. Независимо от того, каковы взгляды человека на природу и жизнь, он должен поразиться, когда впервые его мысль постигнет важность глаза для физических процессов и умственной деятельности человеческого организма. Да и как может быть иначе, если глаз - это средство, при помощи которого человечество получило все имеющиеся у него знания, которое контролирует все наши эмоции и, более того, все наши поступки.

Знания можно получать только при помощи глаз. Какова основа всех философских систем прошлого и современности, фактически, всей филосо- фии человека? Я существую, я мыслю, я мыслю, следовательно, я сущест- вую. Но как бы я мыслил, и откуда бы мне было известно, что я существую, если бы у меня не было глаз? Ибо знание подразумевает сознание; созна- ние означает идеи, понятия; понятия подразумевают картинки или образы, а образы - зрение, а следовательно, и орган зрения. Но вот вопрос, а как быть со слепыми людьми? Да, слепой человек может создавать великолепные поэмы, формы и сцены настоящей жизни, из того мира, который он физи- чески не видит. Слепой человек может трогать клавиши инструмента с без- ошибочной точностью, может спроектировать самое быстроходное судно, он может открывать и изобретать, считать и строить, может выполнять и более поразительные задачи, но все слепцы, которые творили такое, произошли от тех людей, у которых были зрячие глаза. Природа может достигать цели разными путями. Как в физическом мире, в безбрежном океане той среды, что пронизывает всё, так и в мире организмов, в жизни заданный импульс распространяется временами, может быть, со скоростью света, а иногда так медленно, что веками он кажется застывшим на месте, претерпевая процессы, неподвластные человеческому разуму, но во всех его формах, на всех стадиях энергия его сохраняется. Одинокий луч света далекой звезды, в незапамятные времена коснувшийся глаз тирана, возможно, изменил течение его жизни, изменил судьбы народов, может быть, изменил лик Земли, настолько слож- ны, настолько непостижимо запутаны природные процессы. Только тогда мы можем получить представление о величии Природы, когда понимаем, что в со- ответствии с законом сохранения энергии, где бы то ни было, силы находятся в совершенном равновесии, и поэтому энергия одной мысли может определить движение Вселенной. Совсем необязательно, чтобы отдельный индивидуум,

163

или даже поколение, или несколько поколений имели орган зрения, то есть формировали идеи и понятия; но в какой-то момент эволюции глаз должен существовать, а иначе мысль, как мы ее понимаем, будет невозможна; иначе понятия, такие, как дух, разум, интеллект, называйте их как хотите, будут невозможны. Понятно, что в каком-то ином мире, у каких-то других существ глаз заменен другим органом, таким же или более совершенным, но эти су- щества не могут быть людьми.

Итак, что подталкивает всех нас к намеренным движениям разного рода? Снова глаз. Если я осознаю движение, я должен иметь идею или понятие, а значит - глаз. Если я не совсем осознаю движение, то это происходит пото- му, что образы расплывчаты и смазаны, наложены один на другой. Но когда я произвожу движение, импульс, который меня толкает, происходит изнутри или извне? Величайшие физики не считали для себя зазорным попытаться ответить на этот и подобные ему вопросы и иногда полностью отдавались восторгу чистой и ничем неограниченной мысли. Такие вопросы обычно не относят к сфере позитивной физики, но вскоре станут относить. Гельмгольц, возможно, думал о жизни больше, чем любой из современных ученых. Лорд Кельвин высказал мысль о том, что жизнь имеет электрическую природу, и что есть сила, которая является неотъемлемой частью организма, опреде- ляющая его движения. Так же, как я убежден в каждой физической истине, я убежден в том, что исходный импульс должен поступать извне. Ибо рассмот- рим простейший организм, известный нам, - возможно, имеется нечто более простое - скопление всего лишь нескольких клеток. Если он может совершать намеренное движение, то он совершает бесчисленное количество движений, все они определенны и точны. Но механизм, состоящий из конечного числа частей, которых и не очень много, не способен совершать бесчисленное коли- чество определенных движений, поэтому импульсы, руководящие его движе- ниями, должны поступать из окружающей среды. Так, атом, мельчайший эле- мент в структуре Вселенной, постоянно мечется в пространстве, как игрушка в руках внешних сил, как лодка в бушующем море. Прекратись его движе- ние - он умрет. Материя в покое, если бы такое могло существовать, была бы мертвой материей, лишенной смысла! Никогда еще мысль, более наполненная философским смыслом, доселе не звучала. Именно так выразился профес- сор Дьюар, описывая свои восхитительные опыты, где с жидким кислоро- дом обращаются как с водой, а воздух при нормальном давлении сгущается и даже твердеет под воздействием крайнего холода. Эти опыты призваны про- иллюстрировать, как он выражается, последние слабые проявления жизни, последние судороги материи, которая вот-вот умрет. Но человеческий глаз не засвидетельствует такую смерть. Материя бессмертна, ибо на всех просторах Вселенной она должна двигаться, колебаться, то есть жить.

Всё это я говорил, ступая по зыбкой почве метафизики, в надежде сде- лать вступление в предмет моей лекции перед уважаемой аудиторией не совсем

Никола Тесла. Лекции

скучным. Но теперь, возвращаясь к этому предмету - этому божественному органу - зрению, этому неотъемлемому инструменту мысли и интеллектуаль- ного восторга, который открывает нам чудеса Вселенной, при помощи кото- рого мы получили все знания, которыми располагаем, и который стимулирует и контролирует всю нашу физическую и умственную деятельность. Что на него влияет? Свет! А что есть свет?

В последние годы все мы были свидетелями огромных успехов во всех областях науки. Прогресс настолько велик, что мы не можем не задаться воп- росом, так ли всё это или это просто сон? Столетиями люди жили, мыслили, делали открытия, изобретали и верили в то, что они парят, тогда как они дви- гались со скоростью улитки. Также и мы можем ошибаться. Но принимая за истину наблюдаемые события, как нечто неоспоримое и научно подтвержден- ное, мы должны радоваться огромному прогрессу, но еще более грядущему, судя по тому, какие возможности открылись перед нами благодаря современ- ным исследованиям. Это не открытия, изобретения или достижения в одном направлении. Это - продвижение во всех областях научной мысли и экспери- мента. Я имею в виду обобщение естественных сил и явлений, проявляющиеся очертания некоей широкой идеи на научном небосклоне. Именно к этой идее, которая давно завладела прогрессивными умами, я намерен привлечь ваше внимание, и которую я проиллюстрирую опытами в качестве первого шага для ответа на вопрос: «Что есть свет?», и для современного понимания этого слова.

В мою задачу сегодня не входит рассуждать о свете в общем, цель моей сегодняшней лекции - представить вашему вниманию определенную группу световых явлений и ряд феноменов, наблюдавшихся при изучении этих яв- лений. Но для того чтобы быть последовательным в своих высказываниях, надо отметить, что в соответствии с той идеей, ныне принятой большинством научного сообщества как положительный результат теоретических и практи- ческих изысканий, что различные формы проявления энергии, которые обыч- но именуются «электрические» или более точно - «электромагнитные», есть проявления энергии того же свойства, что и лучистое тепло или свет. Следо- вательно, явления света и тепла, а также некоторые другие могут быть на- званы электрическими явлениями. Так наука об электричестве стала матерью всех наук, и ее изучение стало наиважнейшим. В тот день, когда мы поймем, что такое «электричество», станем свидетелями события еще более великого и более важного, чем все события в истории человечества. Придет время, ког- да удобства, а, может быть, и само существование человека, станет напря- мую зависеть от этого удивительного фактора. Для нашего существования нам требуются тепло, свет и механическая энергия. Как нам получить всё это? Мы получаем всё это из топлива. Мы получаем всё это, расходуя материалы. Что будет делать человек, когда исчезнут леса, когда иссякнут угольные залежи? Исходя из наших сегодняшних знаний останется только одно - передавать

165

энергию на огромные расстояния. Люди отправятся к водопадам, к местам приливов, которые являются самой малой частью бесконечно огромных запа- сов природной энергии. Там они обуздают энергию и направят ее в свои посе- ления, чтобы согреть свои дома, дать свет и заставить упорно трудиться своих послушных рабов - машины. Но как они передадут энергию, если не при по- мощи электричества?! Вот и посудите, правда ли, что тогда удобства, нет, само существование человечества будет зависеть от электричества? Я понимаю, что это не мнение инженера-практика, но это и не мнение мечтателя, так как со- вершенно точно, что передача энергии, которая сейчас всего лишь стимул для предпринимательства, однажды станет насущной необходимостью.

Для студента, начинающего изучать световые явления, более важно тщательно познакомиться с современными взглядами, чем штудировать целые книги о свете как таковом, которые не имеют ничего общего с этими взгляда- ми. Так что если бы мне пришлось демонстрировать мои опыты перед студен- тами, ищущими информацию, - а ради нескольких таковых, которые здесь присутствуют, позволю себе это предположить, - моей главной задачей стало бы внедрить эти взгляды в их разум посредством нескольких экспериментов.

Для этого, возможно, было бы достаточно произвести один очень прос- той и широко известный опыт. Я мог бы взять знакомое устройство, лейден- скую банку, зарядить ее от фрикционной машины, а затем разрядить. Объяс- няя вам ее стабильное состояние во время зарядки и переходное состояние во время разряда, и обратив ваше внимание на силы, которые вступают в игру и на те явления, которые они вызывают к жизни, я мог бы полностью опи- сать эту современную идею. Без сомнения, на мыслителя этот простой опыт произвел бы такое же впечатление, как самая красочная демонстрация. Но это должна быть и экспериментальная демонстрация, такая, что кроме целей обучения преследует и цели развлечения, а в этом случае простой опыт, вроде описанного, вряд ли бы достиг целей, которые имеет в виду лектор. Следо- вательно, мне должно выбрать другой путь показа, может быть, более брос- кий, но, возможно, не менее поучительный. Вместо фрикционной машины и лейденской банки я буду пользоваться в течение этих опытов индукционной катушкой, обладающей определенными свойствами, детально описанными мной во время лекции, прочитанной перед аудиторией Лондонского элект- ротехнического института в феврале 1892 года. Эта катушка способна выра- батывать токи огромного напряжения, колеблющиеся с огромной скоростью. С помощью этого устройства я попытаюсь показать вам три особых класса эффектов, или явлений, и намереваюсь в ходе этих опытов не только проил- люстрировать их, но и сделать так, чтобы эти опыты научили нас какой-либо новой истине или показали нам какой-либо новый аспект этой захватывающей науки. Но прежде чем мы приступим, было бы полезно описать используемые устройства, а также методику получения высоких потенциалов и высокочас- тотных токов, которые работают во время этих опытов.

Никола Тесла. Лекции

ОБ УСТРОЙСТВАХ И МЕТОДАХ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ТОКА

Эти высокочастотные токи получаются особым способом. Применяе- мая методика была предложена мною около двух лет назад во время лекции в Американском институте электроинженеров. Несколько способов, практи- куемых в лабораторных условиях, получения таких токов из постоянного или низкочастотного переменного тока показаны на рисунке 1, который будет поз- же подробно описан. В целом необходимо заряжать конденсаторы от источ- ника постоянного или переменного тока, желательно высокого напряжения, и разряжать их пробивным разрядом, соблюдая при этом необходимые усло- вия колебания тока. Ввиду всеобщего интереса, проявляемого к токам высо- кой частоты и эффектам, которые они порождают, мне кажется желательным немного задержаться на этом методе преобразования. Для того чтобы дать вам ясную картину происходящего, я предположу, что применение источника пос- тоянного тока, часто очень удобно. Желательно, чтобы генератор давал такое высокое напряжение для возможности произвести разряд между контактами на небольшом расстоянии в воздухе. Если этого не происходит, следует при- бегнуть к помощи вспомогательных устройств, некоторые из которых будут

\b~td ip id

-О-О-О-О Ы ii ii

-о-<£-0-0-

бшш.

tmvmm

s

~с

txAJ*

гшш

Si

ттт

—{£}—

рШЖ|

Рис. 1

167

описаны позже. Когда конденсаторы заряжаются до определенного потен- циала, воздух, или изолирующее пространство, пробивается и происходит разряд. Тогда происходит резкий бросок тока, то есть расходуется большое количество накопленной электрической энергии. Затем конденсаторы заряжа- ются, и такой же процесс повторяется более или менее быстро. Для произ- водства таких резких бросков тока необходимо соблюдать определенные усло- вия. Если скорость разряда конденсаторов соответствует скорости зарядки, то в таком случае ясно, что конденсаторы в процессе не участвуют. Если скорость разряда меньше скорости зарядки, то и тогда конденсаторы не могут играть важной роли. Но если, напротив, скорость разряда выше скорости зарядки, тогда достигается последовательность резких бросков тока. Очевидно, если скорость, с которой энергия рассеивается во время разряда, намного выше скорости подачи энергии на конденсаторы, внезапные разряды будут немного- численными, между ними будут большие интервалы. Это всегда происходит, когда конденсатор большой емкости заряжается сравнительно слабым уст- ройством. Если скорости заряда и рассеивания не различаются сильно, тогда разряды будут происходить более быстро и часто, и тем быстрее и чаще, чем меньше разница в скорости, до тех пор, пока скорость и частота разрядов не достигнут ограничений, присущих каждому отдельному случаю и зависящих от ряда причин. Таким образом, от источника постоянного тока мы можем по- лучить последовательность разрядов желаемой скорости. Конечно, чем выше напряжение, выдаваемое генератором, тем меньше должна быть емкость кон- денсаторов и, в основном, по этой причине лучше использовать генератор высокого напряжения. Кроме того, такой генератор позволяет получить более высокую скорость колебаний.

Броски тока могут быть одного направления, но в описанных условиях обычно формируемые колебания накладываются на основные. Когда условия опыта определены таким образом, что наложенных колебаний нет, импульсы тока следуют в одном направлении, и мы имеем средство преобразования пос- тоянного тока высокого напряжения в постоянный ток низкого напряжения, что, как я полагаю, может найти прикладное применение.

Этот способ преобразования крайне интересен и я был сильно впечатлен его красотой, когда впервые применил его. Он идеален во многих отношени- ях, и не требует применения никаких механических устройств, позволяет по- лучать токи нужной частоты от обычной схемы постоянного или переменного тока. Частоту базовых разрядов в зависимости от относительной скорости подачи энергии и рассеивания можно широко изменять путем несложной ре- гулировки этих показателей, а частоту наложенных колебаний - путем опре- деления емкости, самоиндукции и сопротивления цепи. Потенциал же схемы можно поднять до нужной величины настолько, насколько может выдержать изоляция, путем соотнесения показателей емкости и самоиндукции во вторич- ной обмотке, которая может состоять из нескольких витков.

Никола Тесла. Лекции

Рис. 2

Поскольку условия проведения опыта часто таковы, что прерывистость или колебания сразу не устанавливаются, особенно при использовании источ- ника постоянного тока, полезно связать прерыватель с дугой, как я применял некоторое время назад дутьё или магнит, если такие приспособления есть под рукой. При преобразовании постоянного тока особенно эффективен магнит. Если первичным источником является генератор переменного тока, то жела- тельно, как я указывал ранее, чтобы частота была низкой, а сила тока, фор- мирующего дугу, высокой.

Вариант такого разрядника, который оказался удобным в использова- нии и применялся в нескольких опытах, в частности, для преобразования постоянного тока, показан на рисунке 2. NS - это полюса очень сильного магнита, возбуждаемого катушкой с. Полюсные наконечники имеют отверстия для регулировки и закрепляются в нужном положении винтами ss_r Штоки разрядника dd_r заостренные па концах, для того чтобы приблизиться к зуб- цам полюсов, проходят через медные муфты £>Ь_/ и крепятся винтами s₂s₂. Пру- жины гг₁ и шайбы cc_f надеты на штоки, причем шайбы служат для установки концов штоков на определенном приемлемом расстоянии при помощи винтов .s',s,, а пружины - для разведения концов. Когда необходимо получить дугу, надо ударить легонько по одной из резиновых рукояток hh_p и тогда концы штоков соприкасаются, но сразу разводятся пружинами гг_г Такая конструк- ция хорошо зарекомендовала себя, когда эдс была недостаточна для пробоя между контактами, она также позволяет избежать короткого замыкания гене- ратора металлическими концами штоков. Скорость прерывания тока магнитом зависит от напряжения магнитного поля и разности потенциалов на концах дуги. Прерывания обычно столь часты, что вызывают музыкальный сигнал. Несколько лет назад было замечено: когда мощная катушка индуктивности разряжается между полюсами сильного магнита, во время разряда раздается

169

звук сродни пистолетному выстрелу. Было сделано туманное замечание от- носительно того, что искра усиливалась наличием магнитного поля. Теперь стало ясно, что ток пробоя, текущий некоторое время, прерывается много раз, что и порождает звук. Это явление особенно заметно, когда цепь возбужде- ния большого магнита или динамо-машины разрывается мощным магнитным полем.

Когда сила тока разряда относительно высока, желательно, чтобы на концах разрядных штоков были укреплены очень жесткие кусочки углерода, и дуга бы играла между ними. Это предохраняет разрядные штоки и, кроме того, имеет то преимущество, что пространство между ними имеет более высо- кую температуру, поскольку тепло не так быстро рассеивается через углерод, в результате чего для поддержания той же последовательности разрядов тре- буется меньшая эдс.

Разрядник другой формы, также с успехом применяемый в отдельных случаях, показан на рисунке 3. В данном случае стержни разрядника dd₁

Рис. 3

Никола Тесла. Лекции

проходят через отверстия в деревянном коробе В, который на внутренней поверхности имеет толстый слой слюды, что обозначено на рисунке жирными линиями. Отверстия снабжены слюдяными гильзами тт₁ некоей толщины, которые, по возможности, не должны касаться стержней dd_г Короб снабжен крышкой с, окружность которой несколько больше самого короба. Искровой промежуток подогревается лампой /, установленной внутри короба. Пласти- на р над лампой позволяет потоку воздуха проходить только через воздухо- вод лампы е, а подача воздуха происходит через отверстия оо над днищем короба, причем воздух движется в направлении, указанном стрелками. Во время работы разрядника крышка короба закрыта, так что свет дуги не ви- ден снаружи. Желательно исключить свечение, насколько это возможно, так как оно мешает проведению некоторых экспериментов. Разрядник такой кон- струкции очень прост и эффективен, если с ним правильно обращаться. Когда воздух нагревается до определенной температуры, он теряет свои свойства изолятора; становится слабым диэлектриком, и последствия этого таковы, что дуга устанавливается на большем расстоянии. Дуга, естественно, должна быть в достаточной степени изолятором, чтобы разряд проходил резко. Дуга, сфор- мированная при таких условиях, довольно длинная, может быть достаточно чувствительной, и слабого тока воздуха через воздуховод с достаточно, чтобы произвести быстрые прерывания. Настройка производится путем регулирова- ния температуры и скорости потока воздуха. Вместо использования лампы це- лей эксперимента можно достичь, добиваясь потока теплого воздуха другими способами. Очень простой метод, который уже применялся, - поместить дугу в длинную вертикальную трубку, сверху и снизу ограниченную пластинами для регулировки температуры и скорости потока воздуха. Следует предпри- нять меры для устранения звука.

Ослабить диэлектрические свойства воздуха можно путем его разре- жения, применяя и магнит. Для этой цели берется большая трубка с мощ- ными углеродными или металлическими электродами, между которыми воз- никает разряд, причем трубка помещается в мощном магнитном поле. Воз- дух из трубки откачивается до такой степени, что разряд проходит легко, но давление в ней должно быть более 75 мм, когда происходит обычный нитевидный разряд. В разряднике другого типа, совмещающем в себе все описанные особенности, разряд возникает между двумя подвижными по- люсными наконечниками, причем пространство между ними нагревается до определенной температуры.

Следует отметить, что при использовании таких или подобных раз- рядных устройств пробойного типа ток проходит через первичную обмотку катушки, при этом нежелательно, чтобы число прерываний тока в секунду было больше, чем естественная частота колебаний тока в цепи питающей ди- намо-машины, а она обычно мала. Следует также обратить внимание аудито- рии на то, что хотя устройства, упомянутые в связи с пробойным разрядом,

171

и полезны при определенных условиях, они всё же могут быть источниками проблем, так как создают прерывания и другие неполадки, с которыми сле- дует бороться.

Вынужден признать, к сожалению, что этот прекрасный способ преоб- разования имеет один недостаток, который не является, впрочем, жизненно важным, и его я постепенно преодолеваю. Лучше всего мне обратить на него ваше внимание и указать перспективное направление движения, сравнив элек- трический процесс с его механическим аналогом. Этот процесс можно проил- люстрировать следующим образом. Представьте себе бак, в днище которого имеется широкое отверстие, которое закрыто пружинной задвижкой так, что она открывается внезапно, когда жидкость, поступающая в бак, достигает определенного уровня. Пусть жидкость поступает в бак через трубу, подаю- щую ее с определенной скоростью. Когда уровень жидкости в баке достигает критической отметки, пружина подается и днище открывается. Через широ- кое отверстие жидкость моментально выливается и пружина, встав на место, снова запирает отверстие. Бак снова наполняется, и через некоторое время процесс повторяется. Ясно, если жидкость поступает в бак быстрее, чем она успевает слиться сквозь отверстие в днище, отверстие будет всегда открытым, но бак будет переполнен. Если скорость наполнения и скорость слива будут одинаковы, то задвижка будет частично открыта, и в целом колебания уровня жидкости и задвижки не будут наблюдаться, хотя их и можно определенным способом инициировать. Но если бак будет наполняться медленнее, чем осво- бождаться, то колебания всегда будут присутствовать. И опять же, каждый раз, когда днище открывается и закрывается, пружина и уровень жидкости, если эластичность пружины и инерция движущихся частей выбраны правиль- но, будут совершать независимые колебания. В данном примере жидкость можно сравнить с электричеством или электрической энергией, бак с кон- денсатором, пружину - с диэлектриком, а трубу - с проводом, подающим электричество к конденсатору. Для того чтобы аналогия была более полной, следует предположить, что задвижка, каждый раз когда резко открывается, сильно бьется о неупругий ограничитель, и в результате этого удара происхо- дит некоторая потеря энергии, и, кроме того, энергия частично рассеивается, в результате фрикционных потерь. В приведенном примере жидкость нахо- дится под постоянным давлением. Если давление жидкости ритмично меняет- ся, то это следует уподобить переменному току. Тогда процесс становится не- простым для понимания, но механический и электрический процессы в прин- ципе идентичны.

Желательно, для экономичного поддержания колебаний, насколько это возможно, исключить потери от трения и удара. Что касается трения, что в варианте электрическом соответствует потерям от сопротивления в цепи, то от него нельзя избавиться полностью, но их можно свести к минимуму, пра- вильно выбрав размер цепи и применив тонкие проводники в форме ленты.

Никола Тесла. Лекции

Но потери, вызванные первым пробоем диэлектрика, в механическом вариан- те это соответствует сильному удару о неэластичный ограничитель, преодо- леть гораздо важнее. В момент пробоя воздух в зазоре имеет определенное, очень высокое сопротивление, величина которого сильно снижается, когда ток достигает какого-то значения и воздух в зазоре нагревается. Потери энергии можно существенно снизить, если поддерживать температуру пространства зазора на высоком уровне, но тогда не будет прерывания разряда. Когда мы умеренно нагреваем зазор при помощи лампы или иным способом, экономия в отношении дуги ощутимо возрастает. Но магнит или другое прерывающее устройство не снижает потерь в дуге. Точно так же поток воздуха только увеличивает рассеивание энергии. Воздух, да и вообще газ, в таких усло- виях ведет себя любопытно. Когда два тела, заряженные до очень высокого потенциала, пробойно разряжаются сквозь воздух, последний может рассе- ять любое количество энергии. Эта энергия, очевидно, уносится физическими носителями при столкновениях и соответствующих молекулярных потерях. Молекулярный обмен в пространстве происходит с непостижимой скоростью. Когда между двумя электродами происходит мощный разряд, они могут ос- таваться совсем прохладными, и всё же потери в воздухе могут достигать любой величины. На практике часто случается, что при большой разнице потенциалов на электродах несколько лошадиных сил рассеиваются в дуге разряда и при этом даже не наблюдается значительного повышения темпе- ратуры электродов. Таким образом, все фрикционные потери происходят в воздухе. Если молекулярный обмен в воздухе предотвращен, как например тогда, когда воздух заперт в герметичном сосуде, газ внутри такого сосуда быстро достигает высокой температуры даже при несильном разряде. Трудно подсчитать, какое количество энергии рассеивается звуковыми волнами, не- важно, слышны они или нет, при мощном разряде. Когда ток разряда высок, электроды могут быстро нагреться, но это не есть надежный показатель того, какое количество энергии потеряно в дуге, так как потери в самой дуге могут быть сравнительно малы. Воздух, или вообще газ, при нормальном давлении не являются наилучшей средой для пробойного разряда. Воздух или иной газ под большим давлением, конечно, гораздо более приемлемая среда для зазора. Я проводил долгие опыты в этом направлении, к сожалению, не при- ведшие к блестящим результатам с точки зрения преодоления этих трудностей и получения воздуха под большим давлением. Но даже если среда в зазоре твердая или жидкая, имеют место те же потери, хотя они и меньше в целом, ибо как только устанавливается дуга, твердое или жидкое вещество испаря- ется. И в самом деле, неизвестно такое тело, которое бы не распалось под действием дуги, и в научной среде остается открытым вопрос, возможен ли вообще дуговой разряд в воздушной среде, если от электродов не отделяются частицы материала. Когда сила тока в дуге невелика, а сама дуга длинная, я полагаю, что при распаде электродов расходуется достаточно значитель-

173

ное количество энергии, а электроды - частично по этой причине - могут оставаться довольно прохладными.

Идеальная среда для искрового промежутка должна просто пробивать- ся, а идеальный электрод должен быть изготовлен из материала, который не способен распадаться. При небольшой силе тока, текущего через промежуток, лучше всего использовать алюминий, но не при сильном токе. Пробойный разряд в воздухе, или иной обычной среде, не имеет природу трещины, его скорее можно сравнить с тем процессом, когда бесчисленное количество пуль проходит сквозь среду, оказывающую сильное сопротивление полету пуль, а это приводит к значительным потерям энергии. Среда, которая трескается при возникновении электростатического напряжения, - а так скорее всего и происходит в абсолютном вакууме, то есть чистом эфире, - дает очень ма- лые потери в искровом промежутке, настолько малые, что ими можно пренеб- речь, по крайней мере теоретически, так как трещина происходит вследствие крайне незначительной деформации. Когда я очень осторожно откачивал воз- дух из вытянутой трубки с двумя алюминиевыми электродами, мне удалось получить такой вакуум, что при прохождении вторичного разряда катушки он имел форму тонких искровых потоков. Любопытно, что разряд полно- стью игнорировал электроды и начинался далеко за пределами алюминиевых пластин, служивших таковыми. Эта необычайно высокая степень вакуума может существовать очень короткое время. Возвращаясь к идеальной среде, представьте себе, для примера, кусок стекла или подобный предмет, зажатый в тиски, который сжимает его всё сильнее и сильнее. В определенный момент малейшее нарастание давления вызовет трещину в стекле. Потеря энергии при расколе стекла может быть ничтожной, и хотя сила и велика, деформация бу- дет незначительной. Теперь представьте себе, что стекло обладает свойством полностью восстанавливать целостность при малейшем уменьшении давления. Вот так и должен вести себя диэлектрик в искровом промежутке. Но посколь- ку в промежутке всегда будут иметь место потери, среда, которая должна быть сплошной, будет производить обмен в промежутке с огромной скоро- стью. В предыдущем примере, когда стекло идеально закрыто, это значит, что диэлектрик в зоне разряда обладает отличными изолирующими свойствами; если стекло трескается, это означает, что среда в промежутке - хороший про- водник. Сопротивление диэлектрика должно сильно меняться при малейших изменениях значения эдс в промежутке. Это условие достижимо, но очень несовершенным способом: нагревая воздух в искровом промежутке до опре- деленной критической температуры, зависящей от эдс в промежутке, или путем нарушения изолирующих свойств воздуха. Но, по сути дела, разряд в воздухе никогда не происходит пробойно, в строгом понимании этого терми- на, так как перед внезапным броском тока всегда присутствует слабый, пред- варяющий ток, который сначала постепенно, а потом резко нарастает. Вот по- чему скорость обмена гораздо выше, например, когда пробивается стекло, чем

Никола Тесла. Лекции

когда разряд проходит сквозь слой воздуха с той же диэлектрической про- чностью. Следовательно, в качестве среды для искрового промежутка твердое вещество или жидкость были бы гораздо предпочтительнее. Довольно трудно себе представить твердое тело, моментально заращивающее трещину. Но жид- кость под большим давлением ведет себя как твердое тело и к тому же имеет способность восстанавливать целостность. Поэтому у меня сложилось мнение, что жидкий изолятор может быть более приемлемым в качестве диэлектрика, чем воздух. Исходя из этой идеи, были поставлены опыты с разрядниками различных типов, в которых применялись такие изоляторы разнообразной формы. Полагаю, что достаточно будет сказать несколько слов об одном из них. Он показан на рисунках 4а и 46.

Полый металлический шкив Р (рисунок 4а) был укреплен на валу а, который вращался со значительной скоростью при помощи соответствующего механизма. Внутри шкива, но не соприкасаясь с ним, был установлен тон- кий диск h (показанный толстым для ясности рисунка) из твердой резины с впрессованными металлическими сегментами ss, имеющими металлические выступы ее, к которым привинчены провода tt, покрытые тонким слоем ре- зины t_it_f. Резиновый диск h с металлическими сегментами ss был обработан на токарном станке и вся его поверхность тщательно отполирована для того, чтобы уменьшить трение при вращении в жидкости. В полый шкив было залито масло так, чтобы заполнить все пространство вплоть до отверстия, оставленного во фланце f на передней части шкива, которое тщательно за- винтили. Выводы tt соединили с противоположными слоями батареи кон- денсаторов так, чтобы разряд происходил в жидкости. При вращении шкива жидкость прижималась к ободу и создавалось значительное давление. Таким

Рис. 4а

Рис. 46

175

простым способом искровой промежуток заполнялся средой, которая вела себя практически как твердое тело и имела свойство мгновенно восстанавли- ваться после разрыва и, кроме того, циркулировала в искровом промежутке с огромной скоростью. При помощи таких разрядников с жидким прерывателем были получены очень мощные явления, причем эти разрядники были созданы в нескольких вариантах. Было обнаружено, как и ожидалось, что при данной длине провода можно получить более длинную искру, если применять для прерывания воздух. В целом скорость, а следовательно, и давление жидко- сти, были ограничены трением жидкости в описанном разряднике, но скоро- сти, получаемой на практике, было более чем достаточно для производства разрядов, приемлемых для обычных цепей. В таких случаях металлический шкив Р изнутри имел зубцы и тогда возникало несколько пробоев, количество которых можно было высчитать, исходя из скорости вращения шкива. Экс- перименты проводились с использованием жидкостей с разной изолирующей способностью с целью снижения потерь в дуге. Если изолирующую жидкость немного подогреть, потери в дуге снижаются.

Во время опытов с такими разрядами был отмечен интересный мо- мент. Например, было обнаружено, что в то время, как условия опыта были подобраны таким образом, чтобы получать искру наибольшей длины, ток, полученный таким способом, не лучшим образом подходил для получения световых эффектов. Опыт, несомненно, показывает, что в таких случаях предпочтительнее иметь гармоническое колебание потенциала. Неважно - на- каляется твердое тело до состояния свечения или энергия передается кон- денсатором сквозь стекло, - можно с уверенностью сказать, что гармонич- но повышающийся и понижающийся потенциал оказывает менее разруши- тельное действие, и что вакуум поддерживается гораздо дольше. Это можно легко объяснить, если бы было установлено, что процесс, имеющий место в вакуумном сосуде, имеет электролитическую природу.

Блок-схема на рисунке 1, к которой мы уже обращались, демонстри- рует наиболее вероятные случаи. От источника подается либо постоянный, либо переменный ток. В лабораторных условиях удобнее всего применять устройство G, показанное на рисунке, способное давать оба типа тока. В та- ком случае также предпочтительно использовать многоконтурную машину, так как во многих опытах предпочтительнее и удобнее иметь разнофазные токи. На схеме D означает цепь постоянного, а А — переменного тока. Каж- дая часть имеет по три групповые цепи, каждая из групп имеет линейный выключатель ssssss. Сперва рассмотрим преобразование постоянного тока; вариант 1а самый простой. Если эдс генератора достаточна для пробоя сквозь небольшой промежуток, заполненный воздухом, по крайней мере, если последний нагрет или его изолирующие свойства ослаблены иным спо- собом, нетрудно поддерживать колебания довольно экономично, осторожно подстраивая емкость, самоиндукцию и сопротивление в цепи L, имеющей

Никола Тесла. Лекции

устройства Пт. В данном случае магнит NS может удачно сочетаться с воз- душным промежутком. Разрядник dd с магнитом можно поместить любым способом, как показано сплошной или пунктирной линией. Контур 1а со все- ми клеммами и устройствами должен быть таких размеров, чтобы успешно поддерживать колебания. Но обычно эдс в контуре 1а устанавливается на уровне 100 В или около, этого недостаточно для пробоя через искровой про- межуток, заполненный воздухом. Для решения этой проблемы и повыше- ния эдс в промежутке можно использовать много разных средств. Самое простое, вероятно, включить последовательно с цепью L большую катушку самоиндукции. Когда дуга устанавливается, как в разряднике на рисунке 2, магнит разрушает ее в самый момент формирования. Тогда через промежуток резко устремляется дополнительный ток пробоя, имеющий высокую эдс, и для тока динамо-машины вновь устанавливается цепь низкого сопротив- ления, что приводит к резкому броску тока от машины при ослаблении или затухании дополнительного тока пробоя. Этот процесс очень быстро повторя- ется, и таким способом мне удавалось поддерживать колебания при напряже- нии в промежутке всего лишь 50 В. Но преобразование тока по такой схеме не рекомендуется по причине большой силы тока в промежутке и сильного нагрева электродов; кроме того, получаемая частота очень низка вследствие высокой самоиндукции, обязательно возникающей в цепи. Желательно, во- первых, иметь как можно более высокую эдс для повышения экономии при преобразовании, а во-вторых, высокую частоту. Разность потенциалов при электрических колебаниях, конечно, соответствует силе растяжения пружи- ны при механических колебаниях. Для получения очень быстрых колебаний в цепи с высокой инерцией требуется большая сила растяжения или разность потенциалов. Соответственно, если эдс высока, конденсатор, включенный в цепь, должен иметь небольшую емкость, имеются и другие преимущества. В целях повышения эдс до значения в несколько раз выше того, что мы имеем в обычных бытовых сетях, применяется вращающийся трансформатор д, как показано на рисунке 1а, либо генератор G питает отдельную маши- ну, выдающую высокое напряжение. Последний вариант, вообще-то, более предпочтителен, поскольку он более гибкий. Схема подключения к обмотке высокого напряжения похожа на ту, что показана на рисунке 1а за исключе- нием того, что регулируемый конденсатор С включен в цепь высокого напря- жения. Обычно в таких экспериментах применяется катушка самоиндукции, включенная в цепь последовательно. При высоком напряжении тока магнит, работающий в разряднике, имеет небольшую ценность, поскольку нетрудно подобрать такие габариты контура, чтобы поддерживать колебания. Приме- нение постоянной эдс при высокочастотном преобразовании дает некоторые преимущества по сравнению с переменной эдс, так как легче регулировать цепь и контролировать ее работу. Но, к сожалению, существует ограничение по напряжению. Часто выходит из строя обмотка вследствие сильного искрения

177

между секторами якоря или преобразователя, когда устанавливаются сильные колебания. Кроме того, такие трансформаторы дороги. Практика показала, что лучше всего использовать схему Шй. Здесь вращающийся преобразова- тель д используется для преобразования низковольтного постоянного тока в низкочастотный переменный ток, желательно также низкого напряжения. Напряжение затем повышается стационарным трансформатором Т. Вторичная обмотка этого трансформатора соединена с регулируемым конденсатором С, который разряжается через промежуток dd, размещенный любым из указан- ных способов, через первичную обмотку Р разрядной катушки, причем ток высокого напряжения снимается со вторичной обмотки s₁ этой катушки, как указывалось ранее. Это, без сомнения, наиболее дешевый и удобный способ преобразования постоянного тока.

Три групповые цепи контура А представляют собой наиболее частые случаи практического применения преобразователей переменного тока. На рисунке lb конденсатор С, обычно большой емкости, включен в цепь L, содержащую устройства //, mm. Устройства mm должны иметь высокую са- моиндукцию, для того чтобы более или менее уравнивать частоту контура с частотой динамо. В данном случае разрядник dd должен выдавать в се- кунду количество разрывов, вдвое превышающее частоту динамо. Следует помнить, что преобразование и получение тока высокого напряжения проис- ходит и тогда, когда разрядник dd, показанный на схеме, не применяется. Но эффекты, производимые токами, которые резко возрастают, как при пробойном разряде, совершенно отличаются от тех, которые мы имеем, ког- да сила тока повышается и понижается гармонично. Так, например, в каком- либо случае разрядник dd может давать число разрывов и соединений, вдвое превышающее частоту динамо, или, иными словами, может наблюдаться то же число базовых колебаний, которое бы имелось при отсутствии искрового промежутка, и даже могут отсутствовать наложенные колебания; и всё же разность потенциалов в разных точках контура, сопротивление и другие явления не будут иметь ничего общего в обоих случаях. Так, при работе с разрядными токами в расчет надо принимать не частоту, как могут думать некоторые исследователи, а скорость изменения за единицу времени. При низких частотах, в определенной мере, можно наблюдать те же явления, что и при высоких, при условии, что скорость изменения достаточно высока. Так, если ток низкой частоты преобразовать до напряжения, скажем, 75 000 В, и высоковольтный ток пропустить через ряд нитей накаливания, важ- ность наличия разреженного газа вокруг нити станет очевидной; или, если низкочастотный ток силой в несколько тысяч ампер пропустить через ме- таллический брусок, можно наблюдать поразительные явления, вызванные сопротивлением, так же, как и в случае с током высокой частоты. Но оче- видно, что при низкой частоте невозможно получить такую скорость изме- нения за единицу времени, как при высокой частоте, а поэтому и эффекты,

Никола Тесла. Лекции

производимые высокочастотными токами, более рельефны. На всё выше- сказанное было необходимо обратить ваше внимание, так как многие из при- веденных явлений неосознанно ассоциировались с высокой частотой. Частота сама по себе на самом деле ничего не значит, за исключением того случая, когда речь идет о спокойном гармоническом колебании.

В контуре lllb показана конструкция, похожая на контур IЬ, с той лишь разницей, что токи, разряжающиеся через промежуток dd, используются для наведения токов во вторичной обмотке s трансформатора Т. В данном случае вторичная обмотка должна быть соединена с регулируемым конденсатором для настройки ее на первичную обмотку.

Схема lib демонстрирует образец преобразования переменного тока высокой частоты, применяется наиболее часто и признана самой удобной. Об этой схеме я говорил в предыдущих лекциях и не стоит на ней задержи- ваться.

Некоторые из результатов были получены с использованием высокочас- тотного генератора. Описание этих машин можно найти в моей лекции, про- читанной в Американском институте электроинженеров, и периодических из- даниях того времени, в частности, в журнале «Electrical Engineer» от 18 марта 1891 года.

Теперь я перейду к описанию экспериментов.

О ЯВЛЕНИЯХ, ПРОИЗВОДИМЫХ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОЙ СИЛОЙ

Первая группа явлений, которые я хочу вам продемонстрировать, - это явления, производимые электростатической силой. Это та самая сила, кото- рая управляет движением атомов, заставляет их сталкиваться и отдавать энер- гию, которая дает нам тепло и свет, необходимые для жизни, и заставляет их соединяться бесчисленным множеством способов, согласно изобретательным замыслам Природы, и образовывать те удивительные формы, которые мы наблюдаем вокруг; фактически, если наши взгляды на мир верны, это для нас самая важная в природе сила, которую надо изучать. Поскольку термин «электростатическая» подразумевает некое электрическое постоянство, следу- ет заметить, что в этих опытах сила не постоянна, она меняется со скоростью, которую можно назвать умеренной, примерно миллион раз в секунду или около того. Это позволяет мне получать эффекты, невозможные при условии постоянной силы.

Когда два тела изолированы и наэлектризованы, мы говорим, что между ними действует электростатическая сила. Эта сила проявляется в притяжении, отталкивании и напряжении внутри тел и пространстве или окружающей их среде. Напряжение в воздухе или окружающей среде может быть настолько велико, что эта среда может не выдержать, и мы наблюдаем искры или пучки

179

света или так называемые стримеры. Эти потоки образуются в изобилии, когда сила, действующая в воздухе, быстро изменяется. Я продемонстри- рую действие электростатической силы в новом опыте, где я задействую индукционную катушку, о которой уже рассказывал. Катушка помещается в ванночке с маслом, находящейся под столом. Два конца провода вторич- ной обмотки пропущены через две толстые резиновые изолирующие трубки, концы которых выступают над столом. Необходимо хорошо изолировать концы обмотки толстым слоем твердой резины, так как даже сухое дерево не может служить достаточным изолятором, когда работают токи такого вы- сокого напряжения. К одному из выводов катушки я присоединил большой шар из листовой меди, который, в свою очередь, соединен с еще большей медной пластиной, что, как вы увидите, позволит мне произвести опыт при надлежащих условиях. Теперь я включаю катушку и подношу к свободно- му выводу зажатый в руке металлический предмет, чтобы избежать ожога. Когда я подношу руку на расстояние 8-10 дюймов, с конца провода вторич- ной обмотки срывается неистовый поток искр, который проходит сквозь ре- зиновую изоляцию. Искрение прекращается, когда металлический предмет в моей руке касается провода. Мою руку при этом пронизывает мощный ток, колеблющийся с частотой в несколько миллионов раз в секунду. Вокруг меня чувствуется действие электростатической силы, а молекулы воздуха и частицы пыли, на которые она воздействует, отчаянно бьют по моему телу. Частицы настолько возбуждены, что если выключить свет, то вы сможете заметить потоки слабого света на некоторых частях моего тела. Когда обра- зуется такой стример, или поток, он дает ощущение покалывания. Если бы потенциал был достаточно высок, а частота довольно низка, кожа, скорее всего, не выдержала бы и лопнула под воздействием огромного напряжения,

Рис. 5

Никола Тесла. Лекции

а кровь устремилась бы наружу тонкими струями, настолько тонкими, что их не различить глазом, подобно маслу, если его поместить на положительный полюс машины Хольца. Прорыв кожи, хотя это и кажется невозможным, на первый взгляд, скорее всего, имел бы место, поскольку ткани под кожей го- раздо лучшие проводники. По крайней мере, это кажется правдоподобным, исходя из некоторых наблюдений.

Я могу сделать так, чтобы эти потоки стали видны всем, прикоснувшись металлическим предметом одного из выводов, а другую руку поднеся к ме- таллическому шару, который соединен с другим выводом катушки. По мере приближения руки воздух между ней и шаром, а также вокруг, возбуждается более интенсивно, и вы видите, как потоки света устремляются с моих паль- цев и со всей ладони (рисунок 5). Если бы я поднес руку ближе, возникло бы мощное искрение, что могло бы привести к травме. Стримеры не причиняют боли, за исключением того, что на кончиках пальцев чувствуется жжение. Не стоит путать эти потоки с теми, что образуются от электрофорного генерато- ра, так как во многом те и другие ведут себя по-разному. Я присоединил шар и пластину к одному из выводов для того, чтобы избежать образования види- мых потоков на этом выводе, а также чтобы предотвратить искрение на боль- шом расстоянии. Кроме того, с такой конструкцией катушка работает лучше.

Световые потоки, которые вы наблюдали, когда они срывались с моей руки, образуются вследствие огромного потенциала, примерно в 200 000 В, колеблющегося с неравномерными интервалами около миллиона раз в се- кунду. Вибраций такой амплитуды, но в четыре раза быстрее, для поддер- жания которых требуется потенциал в 3 000 000 В, было бы достаточно, чтобы мое тело было охвачено пламенем. Но это пламя не сожгло бы меня; как раз наоборот, по всей вероятности, я даже не был бы ранен. И всё же сотой части этой энергии, направленной иначе, вполне достаточно, чтобы убить человека.

Количество энергии, которое таким способом можно передать в тело че- ловека, зависит от частоты и потенциала тока, и установив их на очень высо- кой отметке, телу можно передать громадное количество энергии, не причинив никакого неудобства, за исключением, возможно, руки, которую пронизывает настоящий ток проводника. Причиной, по которой тело не чувствует боли и ему не причиняется вреда, является то, что везде, если представить себе, что по телу течет ток, он направлен под прямым углом к поверхности; следо- вательно, тело экспериментатора имеет большое сечение, и плотность крайне мала, за исключением руки, в которой плотность может быть значительной. Но если только небольшую долю этой энергии передать таким образом, что ток, пронизывающий тело, уподобится низкочастотному току, можно получить смертельный удар. Постоянный или низкочастотный переменный ток смерте- лен, я полагаю, потому, что его распределение в организме неоднородно, он должен делиться на небольшие потоки огромной плотности, при этом некото-

181

рые органы смертельно по- ражаются. В том, что та- кой процесс имеет место, я нисколько не сомневаюсь, хотя этому нет никаких свидетельств, или экспери- ментальных подтвержде- ний. Вероятнее всего ранит и убьет постоянный ток, но наиболее болезнен перемен- ный ток низкой частоты.

Мое выражение этих взглядов, которые есть результат долгих экспериментов и наблюдений как постоянного, так и переменного тока, вызвано интересом, проявленным к этому предмету, а также очевидно ошибочными идеями, кото- рые предлагаются на обсуждение в профильных журналах.

Я могу проиллюстрировать действие электростатической силы еще од- ним поразительным опытом, но прежде я бы хотел обратить ваше внимание на несколько фактов. Я уже говорил о том, что когда среда между двумя противоположно заряженными телами испытывает чрезмерное напряжение, она пробивается и, выражаясь популярным языком, два противоположных электрических заряда соединяются и нейтрализуют друг друга. Этот пробой среды в целом происходит, когда сила, действующая между телами, постоян- на или меняется с умеренной скоростью. Если бы скорость этого изменения была достаточно высокой, то такого разрушительного пробоя не произошло бы, неважно, как велика эта сила, ибо в таком случае вся энергия тратилась бы на излучение, конвекцию и механическую и химическую работу. Таким образом, длина искры или наибольшее расстояние, при котором между двумя наэлектризованными телами возникнет искра, тем меньше, чем больше амп- литуда изменений или временные промежутки таковых. Но это правило верно только в общем, при сравнении очевидно разных скоростей.

На примере покажу вам различие эффектов, получаемых от быстро ме- няющейся и постоянной или умеренно меняющейся силы. Здесь у меня две круглые медные пластины рр (рисунки 6а и 66), установленных на изолиру- ющих подставках на столе, и соединенных с вторичной обмоткой катушки, подобной той, что мы применяли в последний раз. Я ставлю пластины на расстоянии 10-12 дюймов друг от друга и включаю катушку. Вы видите, что всё пространство между пластинами, около двух кубических футов, запол- нено однородным светом (рисунок 6а). Этот свет образуют потоки, которые вы наблюдали в предыдущем опыте, но которые сейчас гораздо интенсивнее. Я уже говорил о важности этих потоков для использования в коммерческих устройствах, но еще более они важны для постановки чисто научных экспе- риментов. Часто они слишком слабы, чтобы их заметить, но они всегда есть,

Никола Тесла. Лекции

и они потребляют энергию и изменяют действие устройств. При такой интен- сивности, как сейчас, они в большом количестве производят озон и, как от- метил профессор Крукс, азотистую кислоту. Химическая реакция настолько стремительна, что если катушку, такую, как наша, оставить работать доста- точно долго, то атмосфера в комнате станет невыносимой, настолько сильно будет воздействие на глаза и горло. Но если потоки производить в умеренном количестве, они прекрасно освежают воздух и производят, несомненно, благо- приятный эффект.

Во время этого эксперимента сила, работающая между пластинами, ме- няет интенсивность и направление с большой скоростью. Теперь я замедлю скорость изменений за единицу времени. Этого я добиваюсь, понижая часто- ту разрядов через первичную обмотку катушки, а также уменьшая скорость вибраций во вторичной обмотке. Первое удобно сделать, уменьшив эдс в промежутке в первичном контуре, а второе - приблизив пластины друг к другу на расстояние 3-4 дюйма. При включении катушки вы не наблюдаете ни стримеров, ни света между пластинами, и всё же пространство между ними находится под огромным напряжением. Я еще увеличу напряжение, подняв эдс в первичном контуре, и вскоре вы увидите, что воздух пробит и всё помещение озарено дождем ярких и шумных искр (рисунок 66). Эти искры можно получить и от постоянной силы; много лет это явление хорошо изве- стно, хотя и получалось от другого устройства. Описывая эти два феномена, такие разные на вид, я намеренно употреблял понятие «силы», действующей между пластинами. Если я скажу, что между пластинами действовала «пе- ременная эдс», то это вполне будет соответствовать современным взглядам на предмет. Этот термин вполне верен и применим во всех случаях, когда есть свидетельства того, что хотя бы возможна взаимозависимость электри- ческих состояний пластин или электрического действия окружающей среды. Но если пластины раздвинуть бесконечно далеко, или на определенное боль- шое расстояние, то вероятность и необходимость взаимозависимости исчезнут. Я предпочитаю термин «электростатическая сила» и считаю, что такая сила действует вокруг каждой пластины или наэлектризованного изолированного тела в целом. При использовании этого термина возникает неудобство, так как он подразумевает статическое электрическое состояние; но правильная терминология со временем расставит всё по местам.

Теперь я вернусь к эксперименту, на который уже ссылался и при помо- щи которого я намереваюсь продемонстрировать один поразительный эффект, производимый меняющейся электростатической силой. К концу провода I (ри- сунок 7), соединенного с выводом вторичной обмотки катушки индуктивно- сти, я присоединяю вакуумную лампу Ь. Внутри лампы находится тонкая уг- леродная нить f, соединенная с платиновым проводом w, запаянным в стекло и выходящим наружу, где он соединен с проводом /. Воздух можно откачать до любой степени при помощи обычных устройств. Совсем недавно вы на-

183

б люд ал и пробой воздуха между двумя заряженными медными пластинами. Вы знаете, что стеклянная пластина, или пластина из другого изолирующего мате- риала, пробивается подобным же образом. Следовательно, если бы я обернул лампу листом металла или поместил металлическую пластину, соединенную с другим выводом катушки, рядом с лампой, вы были бы готовы к тому, что сейчас стекло будет пробито при условии достаточного напряжения. Даже если бы покрытие не было соединено с другим выводом катушки, но присоединялось к изолированной пластине, если вы следили за происходившим ранее, вы бы ожидали, что стекло треснет.

Но вы будете удивлены, когда заметите, что под действием переменной электростатической силы стекло пробивается, когда все остальные предметы удаляются от лампы. На самом деле, все окружающие предметы можно удалить от лампы на бесконечно огромное расстояние, при этом ни капли не повлияв на результат опыта. Когда включается катушка, стекло неизменно трескается у основания или в другом узком месте, и вакуум быстро исчезает. Такой раз- рушительный пробой не происходит при постоянной силе, даже если она во много раз сильнее. Разрушение происходит вследствие возбуждения молекул газа внутри лампы и снаружи. Это возбуждение, которое гораздо сильнее в уз- ком месте, приводит к нагреву и трещине. Этого разлома, однако, не случится,

Рис. 7

Рис. 8а

Рис. 86

Никола Тесла. Лекции

если среда, наполняющая лам- пу, и среда снаружи будут со- вершенно однородны. Пробой происходит гораздо быстрее, если верхняя часть лампы вы- тягивается до толщины волок- на. В лампах, работающих от таких катушек, следует избе- гать таких узких, заостренных каналов.

Когда проводник помещен в воздух или подобную изоли- рующую среду, состоящую или содержащую мелкие, свободно движущиеся частицы, способ- ные электризоваться, и когда электризация тела подвергает- ся быстрому изменению, - что

соответствует тому, что электростатическая сила, действующая вокруг тела меняет интенсивность, - мелкие частицы притягиваются и отталкиваются и их сильные удары могут вызвать механическое движение тела. На явления та- кого рода стоит обратить внимание, так как они не наблюдались ранее, когда применялась обычная аппаратура. Если очень легкий шарик из проводника подвесить на крайне тонком проводе и зарядить до любого постоянного по- тенциала, пусть и очень высокого, шарик останется в покое. Даже если потен- циал будет быстро меняться, при условии, что небольшие частицы материи, молекулы и атомы, равномерно распределены, это не приведет к движению шарика. Но если одну сторону шарика покрыть толстым слоем изоляции, удары частиц заставят его двигаться по неровной траектории (рисунок 8а). Таким же образом крыльчатка, изготовленная из тонкого металла и частично покрытая слоем изоляции, как описывалось ранее, соединенная с выводом катушки, начинает вращаться.

Все эти явления, которые вы наблюдали, а также те, которые будут про- демонстрированы позже, имеют место благодаря присутствию такой среды, как воздух, и были бы невозможны в непрерывной среде. Действие воздуха еще лучше можно проиллюстрировать следующим опытом. Я беру стеклянную трубку t (рисунок 9) диаметром, примерно, 1 дюйм, в нижнем конце которой находится запаянный в стекло платиновый провод, к которому присоединена тонкая нить накаливания f. Я соединяю провод с выводом катушки и вклю- чаю ее. Платиновый провод теперь электризуется попеременно положительно и отрицательно, и сам провод и воздух в трубке быстро нагреваются от ударов частиц, которые могут быть настолько сильными, что нить быстро накаляется.

185

Но если налить в трубку масло и как только оно покроет нить, всё действие моментально прекращается, и признаков нагрева нет. Причина тому - масло, практически непрерывная среда. Смещение в такой среде при таких частотах, судя по всему, несравнимо меньше, чем в воздухе, поэтому работа, происхо- дящая в ней, незначительна. Но масло поведет себя совсем не так при частоте во много раз выше, поскольку даже если смещение и меньше, а частота намно- го выше, работа, производимая в масле, будет соответственно больше.

Электростатические притяжения и отталкивания тел измеримых габа- ритов 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 оттал- кивающие друг друга с силой в несколько сотен фунтов, а между тем меж- ду 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 электро- статической силой, интенсивность которой не имеет предела. Во время разря- дов 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 притяжени- ями и отталкиваниями, которые существуют между молекулами и атомами и которых достаточно, чтобы направлять их движение со скоростью несколь- ко километров в секунду, так что под их яростными ударами предметы сильно раскаляются и испаряются. Особенно интересно для мыслителя, занятого ис- следованием природы этих сил, отметить, что в то время как действие между молекулами и атомами происходит, кажется, при любых условиях, притяже- ние 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 заря- женными 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 нака- ливания или провод, помещенные в лампу и соединенные с выводом вторич- ной 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 энер- гичной, когда его сильно сжимали. Она прекращалась, когда воздух откачи- вали до такой степени, что он становился хорошим проводником. В это время я обнаружил, что колебаний не происходило, когда в колбе был высокий

Никола Тесла. Лекции

вакуум. Но я предположил, что вибрация, которую я приписывал электроста- тическому 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 нака- ливания f. В нижнюю часть колбы была впаяна трубка t, окружающая нить. Воздух максимально откачан.

Эта лампа подтвердила мое предположение, так как нить начала вра- щаться 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 при- тяжение 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 моле- кулярная бомбардировка наиболее сильна, а частично вследствие того, что отдельные удары были более сильными, и что энергия совсем не преобразовы- валась в механическое движение. Поэтому, согласно общепринятым взглядам, в данном эксперименте накаливание следует отнести к ударам частиц, моле- кул 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 простран- ство в трубке, в целом, - проводник.

В этой связи интересно отметить, хотя притяжение между двумя заря- женными 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 сре- де, однако, как показал профессор Крукс, усиливается молекулярной бомбар- дировкой.

ТОК ИЛИ ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ

До сих пор мои выступления были посвящены эффектам, вызванным меняющейся электростатической силой в изолирующей среде, такой, как воз- дух. Когда такая сила действует в крупном проводнике, она вызывает в нем

187

или на его поверхности электрические деформации и порождает электриче- ский ток, а он приводит к иного рода явлениям, некоторые из которых я сей- час 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 от- крытием 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 от- ступает, даже среди практиков, и вскоре будет совсем забыта.

Если я соединю металлическую пластину Р (рисунок И) с одним из выводов Т катушки индуктивности, даже если пластина хорошо изолирова- на, 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 боль- шая 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 соеди- няю концы этой катушки с пластиной Р , а другой с выводом Г_/ катушки индуктивности и включаю ее, через катушку С течет ток и его существова- ние можно продемонстрировать разными способами. Например, я вставляю в катушку железный сердечник i. Так как ток высокой частоты, хоть и не- большой 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,

Рис. 11

Никола Тесла. Лекции

но обычный железный провод толщиной \/₁₍. или '/ дюйма вполне сгодится. Во время работы катушки ток пронизывает включенную в цепь вторую катушку и нескольких мгновений достаточно для того, чтобы размягчить воск s и сде- лать так, чтобы картонная прокладка р выпала. Но при помощи той аппара- туры, что есть у меня здесь, можно провести более интересную демонстрацию. У меня имеется вторичная обмотка 5 из грубого провода (рисунок 12), намо- танная на катушку, подобную первой. В предыдущем опыте сила тока в ка- тушке 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 напря- жения, который проходит через первичную обмотку Р, в сильный вторичный ток низкого напряжения, и этот ток сделает то, что я от него хочу. В стеклян- ную 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 Т катушки индуктивности, как и прежде. Когда катушка включается, платиновый провод моментально накаляется и может расплавиться, даже если он толстый.

Вместо платинового провода теперь беру обычную 50-вольтовую лам- пу в 16 свечей. Когда я включаю катушку, нить накаливания лампы момен- тально нагревается. Однако нет необходимости использовать изолированную пластину, так как лампа / (рисунок 13) накаляется, даже если пластина Р отсоединена. Вторичную обмотку можно соединить с первичной, как показа- но пунктиром на рисунке 13, для того чтобы исключить электростатическую индукцию или другим образом изменить работу устройства.

Рис. 12

189

Рис. 13

Здесь можно обратить внимание на несколько интересных моментов ка- сательно лампы. Во-первых, я отсоединяю один из выводов лампы от вторич- ной обмотки s. Во время работы катушки индуктивности заметно свечение, на- полняющее всю лампу. Это свечение возникает благодаря электростатической индукции. Оно усиливается, если лампу взять в руку, добавив таким образом емкость человеческого тела ко вторичной цепи. Вторичная обмотка по свое- му действию приравнивается к металлическому кожуху, помещенному рядом с первичной обмоткой. Если бы вторичная обмотка, или ее эквивалент - кожух, размещались симметрично по отношению к первичной, то электростатическая индукция была бы равна нулю при обычных условиях, то есть, когда исполь- зуется первичная обратная цепь, так как обе половины нейтрализуют действие друг друга. Вторичная обмотка фактически расположена симметрично по отно- шению к первичной, но действие обеих половин последней, когда только один из ее выводов соединен с катушкой индуктивности, неравномерно; поэтому имеет место электростатическая индукция, а отсюда свечение в лампе. Я могу уравновесить действие обеих половин первичной обмотки, присоединив другой, свободный вывод ее к изолированной пластине, как в предыдущем опыте. При соединении пластины свечение пропадает, если присоединить пластину помень- ше, то свечение пропадает не полностью и способствует яркости накала нити, когда вторичная обмотка замкнута, нагревая воздух в колбе.

Для демонстрации еще одной интересной особенности я использовал две катушки, настроенные особенным способом. Сначала я соединяю оба вывода лампы со вторичной обмоткой, когда один конец обмотки соединен с выводом Т₁ катушки индуктивности, а другой - с изолированной пластиной Р_р как и ранее. Когда подается ток, лампа светится ярко, как показано на рисунке 146, где С - это обмотка из тонкого провода, а 5 - обмотка из грубого прово- да, намотанная на нее. Если отсоединить изолированную пластину Р_г и один

Никола Тесла. Лекции

Рис. 14а и 146 Рис. 15а и 15б

из концов провода а остается изолированным, нить гаснет или светится не так ярко (рисунок 14а). Присоединяя пластину Р и повышая частоту тока, я гашу нить, или могу сделать так, чтобы она была едва красной (рисунок 156). Отсоединю пластину еще раз. Можно предположить, что при отсоеди- нении пластины сила тока в первичной обмотке уменьшится и, следователь- но, эдс во вторичной обмотке s упадет, уменьшив накал нити. Так, вероятно, и результата можно добиться, настроив катушки, равно как и изменив частоту и потенциал тока. Но, возможно, еще более интересно то, что яркость лампы возрастает, когда пластина отсоединена (рисунок 15а). В данном случае вся энергия, которую получает первичная обмотка, передается в лампу, как заряд батареи океанскому кабелю, но большая ее часть восстанавливается вторичной обмоткой и служит накалу лампы. Ток, пронизывающий первичную обмотку, сильнее всего на конце Ь, соединенном с выводом T_f катушки индуктивности и сила его уменьшается по мере приближения к концу а. Но динамическая индукция во вторичной обмотке 5 сейчас сильнее, чем раньше, когда пластина была соединена с первичной обмоткой. Такие результаты могут порождаться несколькими причинами. Например, при присоединении пластины Р катушка С может отреагировать, уменьшив потенциал на выводе Т₁ катутттки индук- тивности, а следовательно, и ослабив ток в первичной обмотке катушки С. Или, отсоединив пластину, мы можем уменьшить емкость первичной обмотки

191

таким образом, что сила тока падает, хотя потенциал на выводе Т₁ катушки индуктивности может оставаться неизменным или даже вырасти. Либо такой результат мог быть достигнут благодаря изменению фазы тока в первичной и вторичной обмотках и соответствующей реакции. Но основополагающим фактором всё же является соотношение между самоиндукцией и емкостью катушки С и пластины Р и частотой тока. Повышенная яркость нити на ри- сунке 15а, однако, частично объясняется нагревом разреженного газа в лампе, вызванном электростатической индукцией, как указывалось ранее, которая увеличивается при отсоединении пластины.

Я могу представить вашему вниманию еще один интересный момент. Когда пластина отсоединена от вторичной обмотки и конец ее свободен, мы можем поднести к нему небольшой предмет и заметим слабое искрение, что указывает на то, что в данном случае электростатическая индукция мала. Но если вторичная обмотка замкнута на себя или через лампу, нить горит ярко, и вторичная обмотка дает обильное искрение. Электростатическая индукция в данном случае гораздо сильнее, так как замкнутая вторичная обмотка под- разумевает более сильный ток через первичную обмотку, а именно через ту ее часть, что соединена с катушкой индуктивности. Если теперь взять лампу в руку, то емкость вторичной обмотки в соотношении с первичной допол- нится емкостью тела экспериментатора и яркость нити увеличится, причем накал увеличится частично вследствие более сильного тока в нити, а частично вследствие молекулярной бомбардировки разреженного газа в колбе.

Предыдущие опыты готовят нас к следующим интересным результа- там, полученным в ходе дальнейших изысканий. Поскольку я могу добиться появления тока в изолированном проводе, просто соединив один его конец с источником электрической энергии, и с помощью этого тока могу индуцировать другой ток, намагнитить железный сердечник, или, выражаясь короче, прово- дить все действия так, будто использую обратную цепь, очевидно, могу и завести мотор при помощи только одного провода. В прошлый раз я описал вариант простого мотора, состоящего из одной обмотки, железного сердечника и диска. На рисунке 16 показана модифицированная модель мотора переменного тока,

Рис. 16

Никола Тесла. Лекции

работающего от одного питающего провода, а также несколько вариантов це- пей для управления определенным классом моторов, чье действие основано на разнофазных токах. В связи с настоящим положением дел в этой облас- ти представляется возможным лишь вкратце описать их. Схема на рисунке 16 II изображает первичную обмотку Р, соединенную с питающей линией L, соединенную с высоковольтным трансформатором Т_v С первичной обмот- кой индуктивно соединена вторичная обмотка 5 из проволоки, соединенная параллельно с обмоткой С. Токи, индуцированные во вторичной обмотке, электризуют железный сердечник г, который предпочтительно, но не обя- зательно, имеет составную конструкцию, и вращают металлический диск d. Такой мотор М_у как показан на рисунке 16 II, называется «двигателем маг- нитного запаздывания», но такое наименование может быть оспорено теми, кто приписывает вращение диска действию вихревых токов, циркулирующих по коротким цепям, когда сердечник i окончательно разделен. Для того чтобы мотор эффективно работал по указанной схеме, надо, чтобы токи не имели слишком высокой частоты, не более четырех или пяти тысяч, хотя вращение достигается даже при десяти тысячах в секунду или более.

На рисунке 16 1 показан мотор М_; с двумя цепями питания А и В . Цепь А соединена с питающей линией L, последовательно с ней включена первичная обмотка Р, свободный конец которой может быть соединен с изолированной пластиной Р_г возможность такого соединения показана пунктиром. Другая цепь мотора В соединена со вторичной обмоткой s, индуктивно соединенной с первичной обмоткой Р. Когда на вывод трансформатора T_f подается перемен- ный ток, токи пронизывают открытую линию L, а также цепь А и первичную обмотку Р. Токи в последней индуцируют вторичные токи в цепи А, которые проходят через электризующую обмотку В мотора. Токи во вторичной обмотке Айв первичной обмотке Р различаются по фазе на 90 градусов или около того, и способны вращать ротор, индуктивно соединенный с цепями А и В.

На рисунке 16 III показан подобный мотор М₃ с цепями возбуждения А₁ и В_г Первичная обмотка Р соединена одним концом с питающим проводом L и имеет вторичную обмотку А, которую желательно намотать так, чтобы по- лучить умеренную эдс, и к которой присоединены обе возбуждающие цепи мотора: одна напрямую к концам вторичной обмотки, а вторая - через кон- денсатор, действие которого позволяет добиться сдвига по фазе токов в цепях А₁ и B_t

Рисунок 16 IV - еще одна схема. Здесь две первичные обмотки Р и P_f соединены с питающим проводом, одна через конденсатор С небольшой ем- кости, а вторая - напрямую. Первичные обмотки имеют вторичные А, и А,, последовательно соединенные с возбуждающими цепями П, и В., и мотором М_у причем конденсатор С вновь служит для создания необходимого сдвига по фазе токов в цепях мотора. Поскольку такие фазовые моторы уже широко известны в данной отрасли, здесь они были показаны схематически. Эксплу-

193

атация мотора подобным образом не представляет никакой трудности; и хотя такие эксперименты до сегодняшнего дня представляли исключительно науч- ный интерес, в скором времени они будут ставиться с вполне практическими целями.

Мне кажется, будет не лишним, если я приведу несколько своих мыслей касательно работы электрических устройств от одного провода. Представляет- ся очевидным, что при использовании высокочастотных токов заземление - по крайней мере, когда эдс токов высока, - лучше, чем обратная цепь. С этим можно поспорить, когда используются низкочастотные и постоянные токи по причине их разрушительного химического воздействия, а также помех, которые они создают для окружающих электроприборов; но в случае с высокочастотны- ми токами эти факторы практически отсутствуют. И всё же, даже заземление становится излишним, когда эдс достаточно высока, так как вскоре будет достигнут рубеж, когда ток можно будет более экономично передавать по разо- мкнутой, а не замкнутой цепи.

Какой бы отдаленной ни казалась возможность промышленного исполь- зования такого способа передачи тому, кто не опытен в экспериментах такого рода, она не покажется таковой тому, кто посвятил некоторое время исследо- ваниям в данном направлении. И в самом деле, я не понимаю, почему такая схема может показаться непрактичной. Не вижу также, зачем обязательно надо применять токи высокой частоты, ибо если достичь потенциала в 30 000 В, пе- редача через один провод может осуществляться и при низкой частоте, мною проводились опыты в этом направлении.

Когда частота очень высока, в лабораторных условиях оказалось до- вольно легко регулировать эффекты так, как показано на рисунке 17. Здесь мы имеем две первичные обмотки Р и Р , каждая из которых одним концом соединена с проводом заземления L, а другим - с пластинами конденсатора С и С соответственно. Рядом с ними помещаются другие пластины конден- сатора С₁ и C_f, причем первая соединена с проводом L, а вторая с большой изолированной пластиной Р . На первичные обмотки намотаны вторичные из проволоки S и S_r соединенные с устройствами d и / соответственно. При изменении расстояния между пластинами С и С₁ и С и C_f меняется сила

Никола Тесла. Лекции

тока на обмотках S и S_r Интересна большая чувствительность устройства, при малейшем изменении расстояния пластин конденсатора сила тока в об- мотках значительно меняется. Чувствительность можно довести до крайнего значения, так настроив частоту, что сама первичная обмотка, когда ничего не соединено с ее свободным концом, удовлетворяет, совместно с замкнутой вторичной, условиям резонанса. При таких условиях даже небольшое измене- ние емкости свободного вывода приводит к большим изменениям. Например, мне удалось так настроить устройство, что простое приближение человека к катушкам производит значительное изменение яркости накала ламп, со- единенных со вторичной обмоткой. Такие наблюдения и опыты в настоящее время, конечно, имеют чисто научный интерес, но вскоре они смогут иметь и практическую пользу.

Очень высокие частоты, конечно, непрактичны для использования в моторах, так как требуют применения железного сердечника. Но можно ис- пользовать броски низкой частоты и так добиться преимущества применения высокочастотных токов, когда железный сердечник не перестанет чувствовать изменения и это не повлечет значительных затрат энергии в нем. Я обнаружил, что вполне практично при помощи таких низкочастотных бросковых разрядов эксплуатировать моторы переменного тока. Группа таких моторов была раз- работана мной несколько лет назад, они содержат замкнутые вторичные цепи и вращаются довольно резво, когда разряды направлены через возбуждающие катушки. Одной из причин, почему такой мотор хорошо работает при таких разрядах, является сдвиг по фазе между первичными и вторичными конту- рами в 90 градусов, чего не бывает при гармонических колебаниях низкочас- тотных токов. Мне кажется, будет небезынтересно продемонстрировать опыт с простым мотором такого типа, поскольку, по всеобщему убеждению, разря- ды не годятся для этих целей. Мотор показан на рисунке 18. Он состоит из железного сердечника i, имеющего пазы, в которые жестко вставлены медные шайбы СС. На небольшом расстоянии от сердечника расположен свободно вращающийся диск D. Сердечник имеет первичную возбуждающую обмотку Сф концы которой а и Ъ соединены с выводами вторичной обмотки S обыч- ного трансформатора, где первичная обмотка Р соединена с генератором G переменного тока низкой или умеренно низкой частоты. Выводы вторичной

195

Рис. 19а

Рис. 196

Рис. 19в

Никола Тесла. Лекции

обмотки S соединены с конденсатором С, который разряжается через искро- вой промежуток dd, который в свою очередь можно включить последователь- но или параллельно с обмоткой С_г Если настройки произведены верно, диск D вращается со значительным усилием и сердечник i не сильно нагревается. Если ток получается от генератора высокой частоты, напротив, сердечник вскоре сильно нагревается, а диск не развивает достаточного усилия. Для пра- вильного проведения опыта следует удостовериться в том, что диск D не вра- щается до тех пор, пока не произойдет разряд в промежутке dd. Желательно применять большой железный сердечник и конденсатор большой емкости, для того чтобы ослабить наложенные колебания или вовсе избавиться от них. Я обнаружил, что при соблюдении определенных элементарных правил очень практичным является использование последовательных или параллельных моторов постоянного тока, где применяются такие разряды, и это можно де- лать, используя или не используя обратный провод.

ЯВЛЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ

Среди явлений, вызванных электрическим током, возможно, наиболее интересными являются те, что порождены сопротивлением проводника тока- ми, меняющимися с высокой скоростью. В моей первой лекции, прочитанной в Американском институте электроинженеров, я описал несколько поразитель- ных явлений такого характера. Так, я показал, что, когда такие токи или раз- ряды пропускаются через толстый металлический брусок, на его поверхности могут возникнуть точки на расстоянии лишь нескольких дюймов друг от дру- га, между которыми имеется достаточная разница потенциалов, необходимая для поддержания яркого накала обычной нити лампы. Я также описывал лю- бопытное поведение разреженного газа, окружающего проводник, вследствие таких внезапных бросков тока. Эти явления с той поры были изучены более тщательно, и несколько опытов было бы полезно привести сейчас.

На рисунке 19а В и В_t - толстые медные бруски, нижние концы кото- рых соединены с пластинами конденсатора С и С₁ соответственно, пластины конденсатора в свою очередь соединены с выводами вторичной обмотки S трансформатора высокого напряжения, первичная обмотка которого Р запи- тана от низковольтной динамо-машины G или обычной сети. Конденсатор, как обычно, разряжается через промежуток dd. Установив быстрые колеба- ния, мне удалось провести следующий любопытный эксперимент. Бруски В и В сверху соединялись низковольтной лампой /,; немного ниже помещалась на клеммах СС еще одна 50-вольтовая лампа 1₂; а еще ниже - 100-вольтовая лампа l_t; и, наконец, на некотором расстоянии ниже вакуумная трубка Т. После тщательной выверки положения всех устройств стало возможным под- держивать в них соответствующий уровень свечения. И всё же они все были

197

параллельно соединены многочисленными дугами с медными брусками и тре- бовали разного напряжения. Этот эксперимент требует, конечно, тщательной настройки, но после этого его вполне легко поставить.

На рисунках 196 и 19в показаны два других опыта, не требующие столь тщательной настройки параметров. На рисунке 196 показаны две лампы /_/ и 1₂, первая - на 100 вольт, а вторая - на 50, размещенные на определен- ном расстоянии одна над другой, причем 100-вольтовая лампа располагается ниже. Когда в искровом промежутке формируется дуга и через бруски ВВ₁ подаются броски тока, 50-вольтовая лампа, как правило, горит с максималь- ной яркостью, или, по крайней мере, этого нетрудно добиться, в то время как 100-вольтовая остается темной (рисунок 196). Теперь можно соединить бруски В В_] толстым поперечным бруском В, сверху и становится возможным поддерживать полный накал в 100-вольтовой лампе, а 50-вольтовая остается темной (рисунок 19в). Результаты не стоит приписывать полностью частоте, но скорее скорости изменения колебаний, которая может быть высокой даже при низкой частоте. Таким образом, можно получить много интересных ре- зультатов, в особенности для тех, кто привык работать только с постоянным током, и эти результаты дают ценные ключи к разгадке многих секретов элек- трического тока.

В предыдущих опытах я имел возможность показать некоторые свето- вые явления и теперь было бы правильным исследовать их детально; но чтобы сделать эти исследования наиболее полными, я полагаю необходимым вначале высказаться относительно электрического резонанса, поскольку это явление всегда наблюдается во время таких опытов.

ОБ ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ РЕЗОНАНСЕ

Эффекты, порождаемые резонансом, всё чаще замечаются инженерами и приобретают всё большую важность при работе с любой аппаратурой пере- менного тока. Следовательно, надо сделать несколько замечаний по поводу этих эффектов. Ясно, если нам удастся практически использовать эффекты электрического резонанса при эксплуатации электроприборов, обратный про- вод, само собой, станет бесполезным, так как электрические колебания можно передавать при помощи одного провода так же хорошо, как и при помощи двух. Значит, сначала надо ответить на вопрос: «А можно ли производить такие эффекты?» Теория и эксперименты показывают, что в природе это не- возможно, так как по мере возрастания колебаний потери в колеблющемся теле и окружающей его среде быстро растут и обязательно останавливают колебания, которые иначе могли бы вырасти бесконечно. Это большая удача, что резонанс в чистом виде получить нельзя, ибо, если бы это было возмож- но, трудно было бы предугадать, какие опасности поджидали бы бедного

Никола Тесла. Лекции

экспериментатора. Но до определенной степени резонанс получить возможно, причем степень его проявлений ограничена несовершенством проводника, не- достаточной эластичностью среды, или, говоря в общем, фрикционными по- терями. Чем меньше эти потери, тем более впечатляют его проявления. То же самое происходит и при механических колебаниях. Толстый металлический брусок может колебаться под воздействием падающих на него с определенным интервалом капель воды; а в случае со стеклом, которое еще более эластично, проявления резонанса еще более значительны, ведь стеклянный бокал можно разбить, если пропеть в него ноту определенного тона. Электрический резо- нанс получается тем сильнее, чем меньше сопротивление участка цепи и чем лучше изолирующие свойства диэлектрика. При разрядах лейденской бан- ки через толстый многожильный провод с тонкими жилами эти требования удовлетворены наилучшим образом, и резонанс проявляется наиболее выпук- ло. Так не происходит, однако, в динамо-машинах, цепях трансформатора или в целом в коммерческих устройствах, где наличие сердечника затрудняет проявление резонанса или делает его вовсе невозможным. Что же касается лейденских банок, при помощи которых эффекты резонанса часто демонстри- руются, я бы сказал, что они часто приписываются действию резонанса, а не являются его следствием, ибо в этом случае очень легко допустить ошибку. Это убедительно можно проиллюстрировать следующим опытом. Возьмем, к примеру, две изолированные металлические пластины или два шара А я В, расположим на определенном небольшом расстоянии друг от друга и заря- дим их при помощи фрикционной машины или электрофорного генератора до такого потенциала, что даже небольшое его изменение вызывает пробой воздушной подушки или изоляции между телами. Этого легко добиться путем предварительных попыток. Теперь, если еще одну пластину, - закрепленную на изолирующей рукоятке и соединенную с одним из выводов вторичной об- мотки катушки индуктивности высокого напряжения, которую питает генера- тор (желательно высокочастотный), - поднести к одному из заряженных тел А или В, причем ближе к одному из них, между ними обязательно произойдет разряд; по крайней мере, он произойдет, если потенциал пластины достаточно высок. Это явление легко объясняется тем фактом, что поднесенная пласти- на индуктивно воздействует на заряженные предметы А и В, вызывая искру между ними. Когда возникает эта искра, заряды, которые были ранее переда- ны предметам, должны теряться, так как между ними устанавливается связь через сформированную дугу. Итак, эта дуга образуется вне зависимости от того, есть резонанс или нет. Но даже если искра не образуется, всё же меж- ду предметами имеет место эдс, когда пластину подносят; следовательно, приближение пластины, даже если фактически и не вызовет, то, во всяком случае, будет иметь тенденцию к пробою промежутка вследствие индуктив- ного воздействия. Вместо пластин или шаров А я В мы можем с таким же успехом взять пластины лейденской банки, а вместо машины - желательно,

199

чтобы это был высокочастотный генератор, так как он лучше подходит для проведения опыта или для его обоснования, - мы можем взять еще одну лей- денскую банку или несколько. Когда такие банки разряжаются через цепь низкого сопротивления, ее пронизывают токи очень высокой частоты. Те- перь внешнюю пластину можно соединить с одной из пластин второй банки, и когда ее подносят ближе к первой банке, заряженной перед этим до высоко- го потенциала при помощи электрофорного генератора, результат получается тот же, что и ранее, и первая банка разряжается через узкий промежуток, когда на вторую банку оказывается воздействие. Но обе банки и не требуется приближать на расстояние, более близкое, чем самая низкая басовая нота по отношению к писку комара, так как в промежутке уже возникнут небольшие искры или, по крайней мере, воздух в промежутке будет значительно на- пряжен вследствие возникшей благодаря индукции эдс в тот момент, когда одна из банок начинает разряжаться. Может быть допущена и другая ошиб- ка подобного свойства. Если цепи двух банок установлены параллельно и близко друг от друга, и экспериментатор разряжает одну из них при помощи второй, а после добавления к одной из цепей витого провода опыт не удается, вывод о том, что цепи не настроены, будет далек от истины. Так как эти кон- туры работают, как конденсатор, а добавление витков провода эквивалентно замыканию его в месте включения витков небольшим конденсатором, а он в свою очередь, не дает произойти пробою, уменьшая эдс, действующую в искровом промежутке. Можно привести и многие другие замечания, но, дабы не углубляться в обсуждение, далекое от нашего предмета, с вашего позволения, не прозвучат; эти же сделаны лишь для того, чтобы предостеречь ничего не подозревающего исследователя от того, чтобы у него не сформи- ровалось неверное мнение о его способностях, когда он увидит, что каждый его опыт удачен; эти замечания ни в коем случае не претендуют на новизну в глазах опытных экспериментаторов.

Для получения надежных результатов при наблюдении резонанса же- лательно, да и необходимо, применять генератор, подающий гармонические колебания, так как при разрядном токе результатам наблюдений не всегда можно доверять, поскольку многие явления, которые зависят от скорости изменений, можно получать при различных частотах. Даже при исполь- зовании такого генератора можно допустить ошибку. Когда контур соеди- нен с генератором, мы имеем бесконечно большое число значений емкости и самоиндукции, которые в различных соотношениях отвечают условиям ре- зонанса. Как и в механике может быть бесконечное множество камертонов, которые отзываются на ноту определенного тона, или нагруженных пружин, имеющих определенную амплитуду колебаний. Но резонанса можно опре- деленно добиться в том случае, когда движение происходит с наибольшей свободой. Итак, в механике, когда речь идет о колебаниях в обычной сре- де, то есть в воздухе, большой разницы нет, имеет ли один камертон размер

Никола Тесла. Лекции

больше, чем другой, поскольку потери в воздухе незначительны. Можно, конечно, поместить камертон в вакуумный сосуд и, таким образом сведя к минимуму потери от трения о воздух, добиться наибольшего резонанса. И всё же разница будет невелика. Но она будет огромной, если камертон поместить в ртуть. При электрических колебаниях очень важно обеспечить наибольшую свободу движения. Количественный показатель резонанса, в остальном при одинаковых условиях, зависит от количества электриче- ства, приведенного в действие, или от силы тока, движущегося в цепи. Но цепь сопротивляется прохождению тока по причине ее импеданса и, следо- вательно, для получения наилучшего результата надо свести сопротивление к минимуму. Невозможно избавиться от него совсем, но частично возможно. Когда же частота импульсов очень высока, протекание тока практически определяется самоиндукцией. Самоиндукцию можно преодолеть, связав ее с емкостью. Если соотношение между ними таково, что они гасят друг друга, то есть имеют такие значения, что они удовлетворяют условиям резонан- са, и через внешнюю цепь протекает наибольшее количество электричества, мы имеем наилучший результат. Проще всего и надежнее, когда конденса- тор включен в цепь последовательно с индуктивностью. Конечно, ясно, что в таких сочетаниях, при определенной частоте, и учитывая только базовые колебания, мы будем иметь наилучшие значения, когда конденсатор вклю- чен с катушкой самоиндукции параллельно, и таких значений будет больше, чем при последовательном включении. Но выбор определяется требованиями практики. В последнем случае при проведении опыта можно взять небольшую катушку и большую емкость или большую катушку и маленькую емкость, но последнее более предпочтительно, так как неудобно настраивать большую емкость мелкими шагами. Если взять катушку с очень большой самоиндук- цией, то критическая емкость падает до очень малого значения, и емкости самой катушки может быть достаточно. Нетрудно, при помощи некоторых приспособлений, намотать катушку, которая понизит импеданс до омического сопротивления и для каждой катушки, естественно, существует частота, при

L

Рис. 20

201

которой через нее протекает максимальный ток. Соблюдение соотношения между самоиндукцией, емкостью и частотой становится особенно важным при эксплуатации устройств переменного тока, таких, как трансформаторы или моторы, поскольку при опытной настройке частей аппаратуры применение дорогостоящего конденсатора становится необязательным. Так, при обычных условиях через обмотку мотора переменного тока можно пропускать ток нуж- ной силы с низкой эдс и полностью избавиться от ложных токов, и чем боль- ше мотор, тем проще это практически сделать, но для этого надо использовать токи высокого потенциала и частоты.

На рисунке 20 I показана схема, которая применялась при исследовании явления резонанса с помощью высокочастотного генератора. С₁ ~ это мно- говитковая катушка, которая поделена на небольшие участки для удобства настройки. Окончательная настройка производилась при помощи нескольких тонких железных проводов (хотя это и не всегда желательно) или при помощи замкнутой вторичной обмотки. Катушка С одним концом замкнута на провод L, ведущий к генератору G, а другим - на одну из пластин конденсатора СС, причем пластина его соединена с еще большей пластиной Р. Таким способом и емкость, и индуктивность настраивались на частоту динамо-машины.

Что касается повышения потенциала через резонансное действие, конечно теоретически, то он может подняться до любого значения, поскольку зависит от индуктивности и сопротивления, а эти величины могут иметь какое угодно значение. Но на практике величина ограничена, и, кроме того, есть и другие факторы. Можно начать, скажем, с 1 000 вольт и увеличить величину эдс в 50 раз, но нельзя начать с 100 000 вольт и поднять эту цифру в 10 раз, так как потери в окружающей среде высоки, особенно при высокой частоте. Должно быть возможно, например, начать с двух вольт в контуре высокой или низкой частоты динамо-машины и поднять эдс в несколько сотен раз. Так, катушки надлежащих габаритов можно соединить одним концом с питающим проводом машины с низкой эдс, и хотя контур машины не будет замкнут в обычном понимании этого термина, она может сгореть, если мы получим нужный ре- зонанс. Мне не удавалось получить и не удавалось наблюдать при токах, полученных от динамо-машины, такого скачка потенциала. Возможно или даже вероятно, что при токах, полученных от машин, содержащих железный сердечник, возмущающее действие последнего и есть причина, что теоретиче- ски существующие возможности не реализуются на практике. Но если так, то я отношу это единственно к запаздыванию фаз и к потерям от токов Фуко в сердечнике. Обычно приходилось работать на повышение, когда эдс была низка, и применялась обычная катушка, но иногда было удобно использовать схему, показанную на рисунке 20 II. В данном случае катушка С разбита на очень много участков, некоторые из них служат первичной обмоткой. Таким образом, и первичная и вторичная обмотки поддаются настройке. Один ко- нец катушки соединен с проводом L, идущим к генератору переменного тока,

Никола Тесла. Лекции

а другой провод L соединен со средней частью катушки. Такая катушка, с на- страиваемой первичной и вторичной обмотками, также может быть удобна во время опытов с разрядами. Когда достигается настоящий резонанс, пик волны должен, конечно, находиться на свободном конце катушки, или, например, на выводе люминесцентной лампы В. Это легко подтвердить, измерив потенциал на конце провода w возле катушки.

В связи с проявлениями резонанса и проблемой передачи энергии по одному проводу, о которой говорилось ранее, я бы хотел сказать несколько слов о предмете, который постоянно занимает меня и который касается бла- гополучия всех людей. Я имею в виду передачу четких сигналов, а может быть и энергии, на любое расстояние без помощи проводов. С каждым днем я убеждаюсь в реальности такого плана; и хотя я полностью отдаю себе отчет в том, что абсолютное большинство ученых не поверят, что такого результата можно добиться на практике в короткий срок, всё же думаю, что объем работ в этой области свидетельствует о том, что необходимо поощрять исследования и эксперименты в этом направлении. Мое убеждение настолько укрепилось, что я больше не рассматриваю такой способ передачи энергии или разумных сигналов лишь как теоретически возможный, но как серьезную инженерную задачу, которая должна быть однажды решена. Идея передачи информации без проводов есть результат последних исследований в области электриче- ства. Некоторые энтузиасты выражают убежденность в том, что передача те- лефонного сигнала на любое расстояние при помощи индукции по воздуху возможна. Мое воображение не простирается так далеко, но я твердо верю, что практически возможно при помощи мощных машин возбуждать элект- ростатическое поле Земли и так передавать информацию или, может быть, энергию. На самом деле, что же может помешать воплощению такого плана? Теперь мы знаем, что электрические колебания можно передавать по одному проводу. Почему же не попытаться использовать для этого Землю? Не стоит пугаться расстояний. Для усталого путника, считающего верстовые столбы, Земля может показаться очень большой, но для счастливейшего из людей, для астронома, который смотрит на звезды и по их состоянию вычисляет размеры земного шара, он может показаться очень небольшим. Таким же он должен казаться и электрику, ибо, когда он думает о скорости электрического сигнала, с которой он пронизывает Землю, все его представления о расстоя- нии должны испариться.

Во-первых, очень важно было бы узнать, какова емкость Земли? И ка- кой заряд она содержит при электризации? Хотя у нас нет положительных свидетельств тому, что рядом в пространстве есть другие тела, заряженные противоположным образом, вполне возможно, что Земля именно такое тело, ибо каков бы ни был процесс, результатом которого явилось отделение Зем- ли - а именно таковы сегодня общепринятые взгляды на ее происхожде- ние, - она должна была сохранить заряд, как это происходит во всех про-

203

цессах механического деления. Если это заряженное тело, изолированное в пространстве, то его емкость должна быть крайне мала, менее одной ты- сячной фарады. Но верхние слои атмосферы - проводники, такой же может являться и среда за пределами атмосферы, а она может иметь противопо- ложный заряд. Тогда емкость может быть несравнимо выше. В любом слу- чае очень важно понять, какое количество электричества содержит Земля. Трудно сказать, получим ли мы когда-нибудь такие знания, но надеюсь, что получим, и именно при помощи электрического резонанса. Если мы когда- либо сможем установить, каков период колебаний Земли при возбуждении ее заряда по отношению к противоположно заряженному контуру, мы полу- чим факт, скорее всего наиболее важный для благополучия всего человече- ства. Я предлагаю искать этот период при помощи электрического осцилля- тора, или источника переменного тока. Один из выводов, например, будет соединен с землей, или городским водопроводом, а другой с изолированным предметом больших размеров. Возможно, что верхние слои атмосферы или открытый космос, имеют противоположный заряд и вместе с Землей образу- ют конденсатор огромной емкости. В таком случае период колебаний может быть очень небольшим, и динамо-машина переменного тока могла бы отвечать целям эксперимента. Затем я бы преобразовал ток так, чтобы получить мак- симально возможный потенциал и соединил концы вторичной обмотки высо- кого напряжения с землей и изолированным телом. Варьируя частоту тока и тщательно выдерживая потенциал изолированного тела, а также наблюдая за возмущениями в различных соседних точках земной поверхности, можно обнаружить резонанс. Если, как и полагают большинство ученых, период достаточно мал, то динамо-машина не подойдет и придется построить соответ- ствующий электрический осциллятор, и, возможно, такие быстрые колебания получить невозможно. Но возможно это или нет, имеет Земля заряд или нет, и каков бы ни был период ее колебаний, абсолютно точно возможно - и тому мы имеем свидетельства - произвести некие электрические возмущения, до- статочно мощные для того, чтобы их зарегистрировали в любой точке земной поверхности при помощи соответствующих приборов.

Предположим, что источник переменного тока соединен, как на рисунке 21, одним из своих выводов с землей (удобнее всего заземлить конец на водо- провод), а другим - с предметом большой площади Р. Когда устанавливаются электрические колебания, электричество будет двигаться в обоих направле- ниях через предмет Р, а переменные токи будут проходить через землю, рас- ходясь или сходясь в точке С, где сделано заземление. Таким образом будут

Рис. 21

Никола Тесла. Лекции

возмущаться соседние точки на земной поверхности, расположенные в круге с неким радиусом. Но возмущение будет ослабевать по мере удаления, и рас- стояние, на котором этот эффект всё еще можно будет зарегистрировать, будет зависеть от количества электричества, приведенного в действие. Поскольку предмет Р изолирован, для того чтобы привести в движение значительное ко- личество электричества, потенциал источника должен быть крайне высоким, так как площадь поверхности предмета Р ограничена. Параметры устройства можно настроить так, что источник S будет порождать такое же движение электричества, как если бы его цепь была замкнута. Так, конечно, практи- чески возможно наложить электрические колебания определенного низкого периода на Землю при помощи надлежащей аппаратуры. На каком расстоя- нии эти колебания можно принять, можно только предполагать. По другому поводу мне пришлось поразмышлять над тем, как Земля может реагировать на электрические возмущения. Нет никакого сомнения в том, что во время та- кого эксперимента электрическая плотность у поверхности может быть очень мала, учитывая размеры Земли, и воздух не будет выступать как возмущаю- щий фактор, а также не будет больших потерь энергии в воздухе, как могло быть, если бы плотность была высокой. Тогда теоретически не потребуется огромного количества энергии для производства возмущений, которые можно прочитать на очень большом расстоянии, если не по всему земному шару. Итак, совершенно очевидно, что в любой точке в пределах определенного круга, центром которого служит источник S, можно при помощи резонанса заставить работать прибор индуктивности и емкости. Но можно сделать не только это, но включить еще один источник S. (рисунок 21), подобный источ- нику S, или любое количество источников, работающих синхронно с первым, и таким образом усилить вибрацию и распространить ее на большой площади, или получить электрический ток из источника или к источнику S , если его фаза будет противоположной фазе источника S. Не сомневаюсь, можно экс- плуатировать электрические приборы по всему городу через заземление или систему водоснабжения при помощи резонанса от одного электроосциллятора, установленного в центральной точке. Но практическое решение этой задачи будет несравнимо менее важным для человека, чем передача информации или энергии на любое расстояние через Землю или окружающую ее среду. Если это вообще возможно, то расстояние не имеет значения. Для начала надо по- строить надлежащие приборы, с помощью которых попытаться решить зада- чу, и я довольно долго над этим размышлял. Я твердо уверен в том, что это можно сделать, и мы доживем до того момента, когда это будет сделано.

205

О СВЕТОВЫХ ЯВЛЕНИЯХ, ПОЛУЧЕННЫХ ПРИ помощи

ВЫСОКОЧАСТОТНЫХ ТОКОВ ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ,

И ОБЩИЕ ЗАМЕЧАНИЯ ПО ЭТОМУ ВОПРОСУ

Возвращаясь теперь к световым явлениям, которые были основным предметом исследований, хотелось бы заметить, что все эти явления можно разделить на четыре класса: 1. Накал твердого вещества. 2. Фосфоресценция. 3. Накаливание или фосфоресценция разреженного газа. 4. Свечение газа при обычном давлении. Первый вопрос таков: как получаются эти световые эффек- ты? Для того чтобы ответить на этот вопрос, удовлетворяя всем современным требованиям и учитывая приобретенный мной опыт, а также для того, чтобы сделать демонстрацию интересной, я расскажу о некоей особенности, кото- рой придаю огромное значение, поскольку она обещает, кроме всего прочего, пролить больше света на природу явлений, произведенных высокочастотными электрическими токами. Как-то я уже указывал на важность присутствия раз- реженного газа, или атомарной среды в целом, вокруг проводника, через ко- торый протекает переменный ток высокой частоты, когда речь идет о нагреве проводника протекающим током. Мои опыты, описанные ранее, показали, что чем выше частота и разность потенциалов тока, тем более важным становится газ, в который помещен проводник, для его нагрева. Однако разность потен- циалов, как я тогда указывал, элемент более важный, чем частота. Когда оба эти параметра достаточно высоки, нагрев может происходить целиком за счет присутствия разреженного газа. Следующие эксперименты продемонстрируют важность разреженного газа, газа при обычном или ином давлении для нака- ливания или иных световых эффектов, производимых токами этого типа.

Я беру две одинаковые 50-вольтовые лампы по 16 свечей, которые оди- наковы во всём, за исключением того, что одна лампа была вскрыта сверху, и ее заполнил воздух, а вторая находится в обычном состоянии вакуума, как обычные коммерческие лампы. Когда я присоединяю вакуумную лам- пу к выводу индукционной катушки, которую я уже использовал в опытах, проиллюстрированных на рисунке 15а, и включаю ток, нить, как вы уже не раз убеждались, сильно накаляется. Когда я присоединяю вторую лампу, наполненную воздухом, нить всё же светится, но не так ярко. Этот экспери- мент только частично демонстрирует истинность предыдущих высказываний. Важность того, что нить помещена в разреженный газ, наглядно показана, но не так отчетливо, как хотелось бы. Причина тому - вторичная обмотка этой катушки рассчитана на низкое напряжение и имеет всего лишь 150 витков, следовательно, разность потенциалов на выводах лампы мала. Если бы я взял другую катушку с большим количеством витков, результат был бы виден бо- лее рельефно, так как он частично зависит от напряжения, как указывалось ранее. Е1о так как он таким же образом зависит и от частоты, то правильнее было бы сказать, что он зависит от периода изменения разности потенциалов.

Никола Тесла. Лекции

Рис. 22а Рис. 22б Рис. 22в

Чем больше это изменение, тем важнее становится газ как фактор нагрева. Я могу воспроизвести и гораздо большую скорость изменений, но по-иному, и этот способ, к слову сказать, имеет то преимущество, что после него вряд ли возникнут возражения, которые могли появиться после демонстрации пре- дыдущего эксперимента, даже если обе лампы включить последовательно или параллельно, а именно: исходя из реакции между первичной и вторичной обмотками, сделанные выводы ненадежны. Такого результата я добиваюсь, заряжая батарею конденсаторов от обычного трансформатора, запитанного от подстанции переменного тока, и разряжаю их прямо через контур с неболь- шой самоиндукцией, как показано на рисунках 19а, 196 и 19в.

На рисунках 22а, 226 и 22в тяжелые медные бруски соединены с противоположными пластинами батареи конденсаторов, или, в целом, таким образом, что внезапные разряды высокой частоты пронизывают их. Сначала я присоединяю к брускам при помощи клемм С С обычную 50-вольтовую лам- пу. Когда через лампу проходят разряды, нить накаливается, хотя сила тока очень мала и при обычных условиях ее бы не хватило для свечения лампы. Теперь вместо нее я присоединяю другую лампу, такую же, как и первая, но ее герметичность нарушена и она заполнена воздухом при обычном давлении. Когда нить пронизывают разряды, она не накаляется. Но этот результат все же можно отнести к действию одного из факторов. Тогда я включаю обе лам- пы параллельно, как показано на рисунке 22а. При пропускании разрядов через нити накаливания наблюдаем, что нить в вакуумной лампе / ярко горит, в то время как нить негерметичной лампы остается темной. Но не следует полагать, будто эта лампа потребляет только малую часть энергии, напротив, она может потреблять значительную ее часть и стать даже очень горячей, го- рячее, чем другая нить, которая горит ярко. Во время данного эксперимента разность потенциалов на выводах ламп меняет знак, теоретически, три или четыре миллиона раз в секунду. Концы нитей заряжаются соответственно,

207

и газ в колбах сильно возбуждается, а большая часть энергии, подаваемой на нити, переходит в тепло. В негерметичной лампе, где количество молекул газа в несколько миллионов раз больше, чем в вакуумной, бомбардировка, наибо- лее сильная на концах нити в горловине колбы, забирает большую часть энер- гии, не производя видимого эффекта. Причиной тому - большое число мо- лекул, когда бомбардировка количественно более значительна, но удары не такие сильные вследствие невозможности разгона. В вакуумной колбе, напро- тив, скорости частиц огромны и удары их сильны, а следовательно, произво- дят соответствующий эффект. Кроме того, конвекционная теплоотдача в пер- вой лампе больше. В обеих лампах сила тока, пронизывающего нити, очень мала, несравнимо меньше, чем им понадобилось бы при обычных условиях в низкочастотном контуре. Разность потенциалов, однако, на концах нитей очень велика и может равняться 20 000 вольт или более, если бы нити были прямыми и концы их расходились далеко. В обычной лампе обычно проска- кивает искра между концами нити или внешнего платинового провода задолго до того, как будет достигнуто такое напряжение.

Могут возникнуть предположения, что во время опыта вакуумная лампа могла потреблять ток большей силы и полученный результат можно отнести не только к действию газа в лампах. Такие соображения поутихнут, если я соединю с тем же успехом лампы последовательно. Сделав это, пропуска- ем заряды через нити и вновь отмечаем, что нить в негерметичной лампе

остается темной, в то время как в вакуумной / светится даже силь- нее, чем при нормальных услови- ях (рисунок 226). В соответствии с общепринятыми взглядами, сила тока в нитях сейчас должна была бы быть одинаковой, если бы не изменилась под воздействием газа в колбах.

На этом этапе лекции мне бы хотелось коснуться еще одной интересной особенности, которая демонстрирует эффект скорости изменения потенциала тока. Те- перь я оставлю лампы соединен- ными последовательно с брусками ВВ_Г как и в предыдущем опыте (рисунок 226), но значительно понижу частоту тока, которая в предыдущем опыте была очень высокой. Этого я могу добиться,

qw-

Рис. 23

Рис. 24

Никола Тесла. Лекции

включив последовательно в цепь разряда катушку индуктивности или нарас- тив емкость конденсаторов. Когда я теперь пропускаю низкочастотные заряды через нити, вакуумная лампа светится, как и прежде, но заметно, что негер- метичная лампа тоже светится, хотя и не так ярко, как первая. Уменьшив силу тока в лампах, я могу заставить нить в негерметичной лампе быть тускло красной, и, хотя нить в вакуумной лампе светится ярко (рисунок 22в), сте- пень накала уже гораздо меньше, чем на рисунке 226, когда ток был гораздо большей частоты.

Поведение газа в этих опытах характеризуется двояко, когда определяет степень накала нити, то есть при конвекции и бомбардировке. Чем выше часто- та и потенциал тока, тем важнее становится бомбардировка. Конвекция, наобо- рот, должна быть тем меньше, чем выше частота. При постоянном токе, бомбар- дировки практически нет, и следовательно, конвекция сильно влияет на накал нити и дает результат, подобный наблюдавшемуся. Так, если две одинаковые лампы, вакуумная и негерметичная, соединены последовательно или парал- лельно и питаются постоянным током, то нить негерметичной лампы потребует значительно большей силы тока для накаливания. Это происходит целиком и полностью вследствие конвекции, и результат тем отчетливее, чем тоньше нить. Профессор Эртон и м-р Килгор недавно опубликовали количественные результаты исследований термальной эмиссионной способности при излуче- нии и конвекции, в которых эффект тонкого провода явно прослеживался. Этот эффект можно продемонстрировать, взяв несколько маленьких коротких стеклянных трубок, в каждой из которых вдоль ее оси располагается тончай- ший платиновый провод. Если из всех трубок откачать воздух, то несколько из них можно соединить параллельно и подключить к источнику постоянного тока, при этом все нити можно накалить с помощью меньшей силы тока, чем потребовалось бы для накаливания одной! нити в негерметичной трубке. Если бы вакуум в трубках можно было довести до такой степени, что конвекция равнялась бы нулю, то относительное количество теплоты, выделенное при конвекции и излучении, можно было без труда определить, прибегнув к коли- чественным измерениям тепловых характеристик. Если применить источник электрических импульсов высокой частоты и потенциала, можно включить еще большее количество трубок, и нити в них будут накаливаться при помощи тока такой силы, что ее было бы недостаточно для ощутимого нагрева провода такого же размера, помещенного в воздух при обычном давлении, и при этом передаваемой энергии хватило бы всем трубкам.

Хочу привести результат, которого добился благодаря наблюдениям во время этих опытов, и который очень интересен. Я заметил, что небольшие различия в плотности воздуха приводили к серьезной разнице в степени на- кала нитей, и подумал: так как в трубке, через которую проходит световой разряд, плотность газа неоднородна, то очень тонкий провод, помещенный внутрь, может накаляться в местах меньшей плотности газа и в то же вре-

209

мя оставаться темным в местах большей плотности, где конвекция сильнее, а бомбардировка менее интенсивна. В соответствии с этой мыслью была приго- товлена трубка t, как показано на рисунке 23, через центр которой проходил очень тонкий платиновый провод т. Из трубки был частично откачан воздух, и было обнаружено, что когда ее соединяли с выводом высокочастотной ка- тушки, платиновый провод и в самом деле накалялся участками, как показано на рисунке 23. Позже было изготовлено несколько таких трубок с одним или несколькими проводами, и каждая из них показывала одинаковый результат. Этот эффект был особенно заметен, когда появлялся полосчатый разряд, но также имел место, когда полосы не были заметны, что говорило о том, что плотность газа в трубке неоднородна. Полосы обычно располагались так, что места наибольшего разрежения соответствовали участкам наибольшего накала или большей яркости свечения провода w. Но через несколько мгновений ста- новилось заметным, что яркие участки провода покрыты плотными полосами разряда, как показано буквами //на рисунке 23, хотя это явление и было труд- норазличимо. Это логично объяснялось, если предположить, что конвекция не сильно различалась на плотных и разреженных участках, а бомбардировка была сильнее на плотных участках полосчатого разряда. В лампах, на самом деле, можно часто наблюдать такую картину, когда тонкий провод накаляется сильнее, если газ не сильно разрежен. Так случается, когда потенциал катуш- ки недостаточен для вакуума, но такой результат можно объяснить разными причинами. Во всяком случае, это любопытное явление накаливания исчезает, когда трубка, или, скорее, провод в трубке равномерно нагревается.

Независимо от корректировки, которую вносит конвекция, есть два ос- новных фактора, которые определяют накал провода или нити при перемен- ном токе, - ток проводимости и бомбардировка. В случае с постоянным током нам приходится иметь дело только с первым из этих факторов, и нагрев при этом минимален, поскольку при постоянном токе сопротивление наименьшее. Когда ток переменный, сопротивление возрастает и усиливается нагрев. Так, если скорость колебания тока очень высока, то сопротивление может вырасти до такого значения, что нить можно накалить при помощи ничтожно малой силы тока, и мы можем взять короткий и толстый кусочек углерода или иного материала и накалить его при помощи силы тока, несравнимо меньшей, чем та, что требуется для той же степени накала нити от постоянного или низко- частотного тока. Этот эффект очень важен, так как показывает, как быстро меняются наши взгляды на этот предмет, и как быстро расширяется область наших знаний. Рассмотрим только один аспект проблемы осветительных при- боров. Мы знаем, что для достижения практического успеха, как принято считать, нить должна быть тонкой и иметь высокое сопротивление. Но теперь мы знаем, что сопротивление нити постоянному току ничего не значит; нить может с таким же успехом быть толстой и короткой; ибо если ее поместить в разреженный газ, она накалится при токе малой силы. Всё это зависит от

Никола Тесла. Лекции

частоты и потенциала тока. Из всего сказанного мож- но сделать вывод, что для освещения нужно исполь- зовать высокую частоту, ибо это позволит применить короткую и толстую нить и ток меньшей силы.

Если нить поместить в однородную среду, весь нагрев будет происходить за счет тока проводимости, но если это будет вакуумный сосуд, то условия будут абсолютно другими. Здесь начинает работать газ и нагрев от тока проводимости, как показывают многие эксперименты, может быть незначительным по срав- нению с эффектом от бомбардировки. Это несомненно так, когда контур не замкнут, а потенциал, конечно, высок. Предположим, что тонкая нить помещена в ва- куумный сосуд и один ее конец соединен с катушкой высокого напряжения, а другой - с большой изолиро- ванной пластиной. Хотя цепь не замкнута, нить, как я уже показывал, сильно накаляется. Если частота и потенциал сравнительно малы, то нить накаляется от проходящего через нее тока. Если частоту и потенциал, последнее важнее, повысить, то пластина может быть небольшой, или ее может не быть совсем; и всё же нить накалена, так как весь накал происходит от бомбар- дировки. Практически совместить эффекты тока про- водимости и бомбардировки можно так, как показано на рисунке 24, где обычная лампа имеет тонкую нить, один конец которой соединен с абажуром, играющим роль пластины, а второй - с источником тока высоко- го напряжения. Не следует думать, будто для нагре- вания проводника переменным током важен только разреженный газ, газ при обычном давлении тоже мо- жет играть важную роль, если разность потенциалов

р_ис. 25 и частота крайне высоки. По этому поводу я уже

заявлял, что когда проводник плавится под ударом молнии, ток, протекающий через него, может быть крайне мал, его может быть даже недостаточно, чтобы нагреть провод, если тот помещен в однородную среду.

Из всего вышесказанного становится ясно: когда проводник высокого сопротивления присоединяют к выводам источника тока высокой частоты и потенциала, может происходить значительное рассеивание энергии, бо- лее всего на концах провода, вследствие действия газа, окружающего про- водник. Благодаря этому сила тока на участке, что находится посередине провода, может быть значительно меньше, чем сила тока на участке, кото-

211

рый ближе к концу. Более того, ток течет в основном через внешние участки про- вода, но этот эффект не следует путать с поверхностным эффектом, как его обыч- но трактуют, ибо последний имеет мес- то, или должен иметь место в непрерыв- ной несжимаемой среде. Если много ламп накаливания последовательно соединить с источником такого тока, то лампы по краям цепи могут гореть ярко, а те, что посереди- не, останутся темными. Это в основном про- исходит вследствие бомбардировки, как уже говорилось ранее. Но даже при постоянном токе, если потенциал очень велик, лампы по краям цепи будут гореть ярче тех, что посе- редине. В таком случае нет ритмичной бом- бардировки, и эффект достигается благодаря утечке. Эта утечка, или рассеивание, когда на- пряжение очень высокое, значительно во вре-

мя использования ламп накаливания, а особенно, во время работы дуги, ибо ду- га - это то же пламя. А в целом, конечно, рассеивание не так значительно при постоянном токе по сравнению с переменным.

Я разработал и поставил эксперимент, который достаточно интересно де- монстрирует боковую диффузию. Если очень длинную трубку присоединить к выводу высокочастотной катушки, то яркость наиболее высока возле вывода и постепенно падает по направлению к дальнему концу. Это особенно замет-

но, если трубка узкая.

Небольшая трубка диаметром примерно полдюйма и длиной две- надцать дюймов (рисунок 25) име- ет тонкий вытянутый полностью стеклянный конец длиной около трех дюймов. Трубка помещается в медном гнезде Т, которое можно прикрепить к выводу Т₁ индукци- онной катушки. Разряд, проходя- щий через трубку, сначала освеща- ет нижнюю часть, сечение которой довольно велико; но он не может пройти сквозь стекло наверху.

Но постепенно разреженный газ в трубке нагревается и становится

Рис. 21

Рис. 26

Рис. 28

Рис. 29 Рис. 30 Рис. 31

проводником и разряд пронизывает стекло. Он распространяется настолько медленно, что может пройти полминуты, пока он дойдет до верхнего кончика, и становится похожим на тонкое светящееся волокно. Путем настройки по- тенциала можно заставить свет двигаться вверх с любой скоростью. Однако когда волокна стекла нагреты, разряд распространяется по всей длине мгно- венно. Интересно то, что чем выше частота тока, или, иными словами, чем относительно выше боковая диффузия, тем с меньшей скоростью свет может распространяться сквозь волокно. Этот опыт лучше всего ставить с хорошо откачанной и новой трубкой. Если трубку уже несколько раз использовали, опыт часто не удается. Возможно, тому виной постепенное медленное ухуд- шение вакуума. Это медленное распространение заряда сквозь узкую стеклян- ную трубку в точности повторяет распространение тепла в бруске, нагретом с одного конца. Чем скорее тепло уносится в сторону, тем больше времени понадобится, чтобы нагреть противоположный конец бруска. Когда ток от низкочастотной катушки проходит сквозь волокно, боковая диффузия мала и разряд мгновенно распространяется по всей длине без исключения.

После всех этих опытов и наблюдений, которые показывают важность прерывистости или атомарной структуры среды, и которые должны объяс- нить, частично, по крайней мере, природу четырех типов световых эффектов,

213

получаемых при помощи тока такого типа, я могу продемонстрировать вам эти эффекты. Для интереса я могу сделать это таким способом, который для многих из вас будет новым. Вы уже видели, что мы можем передать телу колебания при помощи одного провода или любого проводника. Так как тело человека - проводник, я могу передать колебания своему телу.

Сначала, как и в предыдущих опытах, я соединяю свое тело с одним из выводов высоковольтного трансформатора и беру в руку вакуумную лампу, в которой помещается небольшая углеродная головка, размещенная на кон- це платинового провода, идущего наружу, и головка накаляется, как только трансформатор включают (рисунок 26). Сверху на лампу я могу положить абажур из проводника для усиления действия, но это необязательно, необя- зательно также, чтобы головка накаливания была соединена с рукой посред- ством провода, идущего наружу сквозь стекло, так как достаточное количество энергии для накаливания головки можно передать сквозь стекло при помощи индукции. Затем я беру лампу с сильным вакуумом, в которой находится фос- форесцирующееся тело, поверх которого размещается небольшая алюминие- вая пластина на платиновом проводе, ведущем наружу, и ток, проходящий сквозь мое тело возбуждает сильное свечение в лампе (рисунок 27). Теперь я вновь беру в руку простую вакуумную трубку, и вновь точно так же газ внут- ри трубки начинает светиться (рисунок 28). И наконец, я беру в руку провод, неважно, оголенный или изолированный: электрические вибрации настолько сильны, что покрывают провод светящейся пленкой (рисунок 29).

Несколько слов надо сказать о каждом из этих явлений. Во-первых, о накаливании головки и вообще твердого вещества приведу несколько фак- тов, равно относящихся ко всем этим явлениям. Ранее указывалось, что когда тонкий проводник, такой, как нить накаливания например, одним концом соединяют с выводом трансформатора высокого напряжения, нить накаляется частично вследствие тока проводимости, а частично вследствие бомбардиров- ки. Чем толще и короче нить, тем большую важность приобретает последний фактор, и в конце концов, если нить превращается в головку, то весь нагрев происходит вследствие бомбардировки. Так и в последнем опыте головка накаляется от ритмических ударов свободно движущихся частиц в колбе. Эти- ми частицами могут быть молекулы остатков газа, частицы пыли или кус- ки электрода; чем бы они ни были, совершенно точно, что нагрев головки в первую очередь связан с давлением таких свободно движущихся частиц, или атомной структурой в трубке. Нагрев тем больше, чем больше количество ударов в секунду, и чем выше энергия каждого удара. И всё же головка также накалится, если ее соединить с источником постоянного потенциала. В таком случае электричество будет уноситься от головки свободно движущимися вок- руг частицами, и количества электричества, таким образом унесенного, будет достаточно для накала головки, так как оно сначала проходит через послед- нюю. Но в данном случае бомбардировка не имеет особого значения. По этой

Никола Тесла. Лекции

причине требуется подавать на головку значительное количество энергии, для того чтобы поддерживать ее накал при постоянном потенциале. Чем выше час- тота электрических импульсов, тем экономичнее можно поддерживать накал головки. Одной из основных причин этого является то, что если импульсы имеют очень высокую частоту, то вокруг электрода происходит меньший об- мен свободно движущихся зарядов и это означает, что внутри лампы нагре- тое вещество лучше сконцентрировано вокруг головки. Если сделать двойную лампу, как показано на рисунке 30, состоящую из большой колбы В и ма- ленькой Ь, каждая из которых имеет нить f на платиновом проводе w и w_v то обнаружится, что если бы нити ff были идентичны, то меньше энергии пона- добилось бы для поддержания нити в колбе b в определенной степени накала, чем такой же нити в колбе В. Причиной тому лучшая концентрация частиц. В этом случае можно также добиться меньшего износа нити в колбе Ь, если определенное время поддерживать ту же степень накала. Это обязательное следствие того, что газ в маленькой колбе сильно нагревается и становится хо- рошим проводником, и на головку оказывается меньшее воздействие, так как бомбардировка становится менее интенсивной по мере возрастания проводи- мости газа. В такой конструкции, конечно, маленькая колба становится очень горячей, и когда она достигает определенной степени нагрева, усиливаются конвекция и излучение снаружи. По другому поводу я показывал лампы, в которых этот недостаток был в значительной степени преодолен. Примером тому может служить конструкция, когда очень маленькая лампа, содержащая тугоплавкий электрод в виде головки, помещалась в большую колбу, и воз- дух из промежутка откачивался. Внешняя большая колба в таких конструк- циях оставалась практически прохладной. Если большая колба оставалась соединенной с насосом и вакуум между стенками благодаря этому постоянно поддерживался, колба оставалась совсем холодной, а головка в маленькой лампе была раскалена. Но после герметизации, когда головка какое-то время была раскалена, большая колба тоже нагревалась. Из этого я могу сделать вывод о том (как отмечает профессор Дьюар), что данное явление происходит вследствие нашего быстрого движения сквозь космос, или, говоря в общем, вследствие движения среды относительно нас, ибо постоянное состояние нель- зя поддерживать, если среда не обновляется постоянно. Вакуум нельзя, судя по всему, поддерживать вокруг горячего тела.

В конструкциях маленькая лампа внутри, по крайней мере на первых порах, препятствовала бомбардировке внешней колбы. Мне пришла мысль проверить, как поведет себя в таких условиях металлическое сито, и я приго- товил для этого несколько ламп, которые показаны на рисунке 31. В колбе b была расположена тонкая нить f (или головка) на платиновом проводе, про- ходящем сквозь стеклянную ножку и ведущем наружу. Нить /'была окружена ситом 5. Экспериментально было обнаружено, что в таких колбах сито с круп- ными ячейками ни в коей мере не препятствовало бомбардировке колбы Ь.

215

Когда был достигнут высокий вакуум, тень от сита была ясно видна на колбе и она скоро нагрелась. В некоторых лампах сито s было соединено с плати- новым проводом, запаянным в стекло. Когда этот провод соединяли с другим выводом катушки индуктивности (эдс в таких случаях была небольшой), или с изолированной пластиной, бомбардировка колбы b уменьшалась. Но если взять сито с мелкими ячейками, то бомбардировка колбы тоже уменьша- ется, но даже если вакуум очень высокий, и потенциал трансформатора боль- шой, колба b бомбардируется и нагревается очень быстро; хотя не видно ре- шетки от сита из-за того, что ячейки очень мелкие.

Если же вокруг нити размещается стеклянная трубка или иное непре- рывное тело, то бомбардировка полностью прекращается на некоторое время и колба b остается абсолютно холодной. Конечно, когда стеклянная труб- ка достаточно нагревается, бомбардировка внешней колбы моментально ста- новится заметной. Эксперименты с этими колбами показали, что скорости бомбардирующих молекул и частиц должны быть значительными (хотя и не сравнимы со скоростью света), в ином случае было бы трудно понять, как они могут пронизывать тонкую металлическую решетку без всяких последствий, если только не обнаружится, что на такие маленькие частицы влияние может оказываться напрямую с определенного расстояния. Что касается скорости бомбардирующих атомов, то лорд Кельвин недавно высказал предположение, что она может составлять примерно один километр в секунду в обычной лампе Крукса. Поскольку потенциал, получаемый от катушки с разрядником, значи- тельно выше, чем тот, что получается от обычной катушки, скорости должны быть, конечно, гораздо выше, когда лампа питается от такой катушки. Пред- положим, что скорость движения частицы в вакууме пять километров в секун- ду и она постоянна по всей траектории, как и должно быть в вакуумном со- суде, тогда, если скорость изменения заряда электрода равна пяти миллионам в секунду, то частица может удалиться от электрода не более чем на милли- метр, если на этом расстоянии на нее оказывается прямое воздействие, тогда молекулярный или атомный обмен будет очень медленным, и колба почти не будет подвергаться бомбардировке. По крайней мере, это должно быть так, если только воздействие электрода на атомы остаточного газа подобно воз- действию заряженного тела на предметы, которые мы можем воспринимать. Горячее тело, помещенное в вакуумный сосуд, также приводит к бомбарди- ровке, но просто горячее тело не колеблется в определенном ритме, так как молекулы его производят разные вибрации.

Если из колбы, содержащей головку или нить накаливания, откачать воздух, насколько это возможно при помощи самых лучших приспособлений, то часто можно наблюдать, что разряд не может поначалу пройти, но по про- шествии некоторого времени, видимо, вследствие каких-либо изменений внут- ри колбы, разряд проходит и головка или нить накаляется. На самом деле, чем выше степень откачки воздуха, тем легче добиться накала. По-видимому,

Никола Тесла. Лекции

нет иных причин для накаливания в таких случаях, за исключением бомбар- дировки или подобного воздействия остатков газа или частиц вещества. Но если мы создали очень высокий вакуум, могут ли они иметь большое значе- ние? Предположим, что мы получили совершенный вакуум, тогда очень ин- тересно ответить на вопрос: Та среда, которая пронизывает всё пространство, она непрерывна или состоит из частиц? Если состоит из частиц, тогда нагрев проводника или нити в вакуумном сосуде может происходить вследствие бом- бардировки эфиром, и тогда вообще нагрев проводника, через который про- пущен ток высокой частоты и потенциала, должен подвергаться изменениям этой среды; тогда поверхностный эффект, очевидный рост омического сопро- тивления и т.д., по крайней мере частично, поддаются иному объяснению.

Разумеется, учитывая многие явления, связанные с высокочастотными токами, конечно, говорят о том, что весь космос скорее наполнен свободными атомами, а не лишен их. Будь так, он был бы темным и холодным, заполнен однородной субстанцией, в которой не может быть ни тепла, ни света. Как в этом случае передается энергия: независимыми носителями или вибрацией однородной субстанции? Этот важный вопрос до сих пор остается без ответа. Но многие из тех эффектов, что демонстрировались здесь сегодня, в особен- ности световые, накаливание и свечение, подразумевают наличие свободных атомов, без которых эти эффекты были бы невозможны.

Что касается накаливания тугоплавкой головки (или нити) в вакуумном сосуде, что и было темой нашего исследования, то основные выводы, которые могут служить инструкцией для создания таких ламп, можно сформулировать следующим образом: 1. Головка должна быть как можно меньше, сфериче- ской формы, полированная или гладкая, изготовлена из тугоплавкого мате- риала, который выдерживает испарение. 2. Опора должна быть очень тонкой и защищена слоем алюминия и слюды, как я уже указывал ранее. 3. Воздух следует откачивать, насколько это возможно. 4. Частота должна быть прак- тически самая высокая. 5. Ток должен колебаться гармонически, без внезап- ных прерываний. 6. Тепло следует концентрировать вокруг головки, помещая внутрь лампы небольшую колбу, или иным способом. 7. Из пространства между внешней и внутренней колбами воздух должен быть откачан.

Большинство соображений, высказанных по поводу накаливания твер- дого тела, применимы и к фосфоресценции. И в самом деле, в вакуумном сосуде фосфоресцентность, как правило, в первую очередь вызывается по- током атомов, испускаемых электродом и ударяющихся о фосфоресцентное тело. Даже в тех случаях, когда нет свидетельств такой бомбардировки, я по- лагаю, что фосфоресценция вызывается сильными ударами атомов, которые не обязательно испускаются электродом, но находятся под его индуктивным воздействием через среду или через другие атомы. То, что эти механические удары играют важную роль в возбуждении свечения в лампе, можно проде- монстрировать в следующем эксперименте. Если взять лампу, как показано

217

на рисунке 10, и максимально откачать из нее воздух настолько, что разряд не сможет пройти, то нить f будет индуктивно воздействовать на трубку t и заставит ее вибрировать. Если трубка о будет достаточно толстой, примерно дюйм шириной, то нить может колебаться настолько сильно, что каждый раз, когда она будет прикасаться к стеклу, она будет вызывать фосфоресценцию. Но свечение прекращается, когда нить успокаивается. Вибрацию можно пре- кратить и опять начать путем изменения частоты тока. Итак, нить имеет свой период колебаний, и если частота тока такова, что происходит резонанс, то она снова начинает колебаться, даже если потенциал невелик. Я часто стано- вился свидетелем того, как нить в лампе разрушалась от такого механического резонанса. Нить колеблется обычно так быстро, что это невозможно увидеть, и экспериментатор поначалу может быть озадачен. Когда опыт, подобный приведенному, тщательно организован, потенциал тока должен быть крайне мал, и на основании этого я делаю вывод о том, что свечение происходит вследствие механического удара нити о стекло, так же, как это происходит, когда ножом бьют по большому куску сахара. Механический удар от отра- женных атомов легко заметить, когда лампу с помещенной в ней головкой накаливания берут в руку, а потом внезапно включают ток. Я полагаю, что лампа разобьется на куски, если возникнет необходимость соблюсти условия, при которых возникает резонанс.

В предыдущем эксперименте, конечно, вопрос остается открытым, дей- ствительно ли стеклянная трубка сохраняет тот или иной заряд после контакта с нитью. Теперь если нить снова касается стекла в том же самом месте, когда она заряжена противоположно, заряды компенсируют друг друга под воздей- ствием света. Но такое объяснение не имеет значения. Без сомнения, первона- чальные заряды атомов или стекла играют какую-то роль в возбуждении фос- форесценции. Так, например, если фосфоресцентную лампу сначала соединить с одним выводом высокочастотной катушки и отметить степень свечения ее, а затем лампе передать мощный заряд от машины Хольца, причем желательно соединить ее с положительным выводом машины, обнаружится, если лампу вновь соединить с выводом высокочастотной катушки, свечение будет гораздо более интенсивным. Во время другого опыта я изучал возможность проявления фосфоресцентности в лампах, когда она вызвана накаливанием бесконечно тон- кого поверхностного слоя светящегося тела. Удары атомов достаточно сильны, чтобы своим воздействием вызвать накал, поскольку они своими ударами на- каляют тело значительных размеров. Если такие эффекты имеют место, то на- илучшее приспособление для получения фосфоресценции в лампе, которое нам пока известно, - это катушка с разрядником, выдающая огромный потенциал при небольшом количестве базовых разрядов, скажем 25-30 в секунду, доста- точных, чтобы глаз их не воспринимал. Это факт, что такая катушка вызывает свечение почти при любых условиях и при любой степени вакуумирования, и я был свидетелем случаев, когда эффекты фосфоресценции проявлялись

Никола Тесла. Лекции

даже при атмосферном давлении, когда потенциал был крайне высок. Но если фосфоресценция достигается за счет компенсации зарядов атомов (что бы это в конечном итоге ни значило), тогда, чем выше частота импульсов переменных зарядов, тем экономичнее производство света. Уже давно и хорошо известно, что все фосфоресрентные тела - плохие проводники электричества и тепла, и что все тела перестают светиться, когда достигаю определенной температуры. Проводники, напротив, этим качеством не обладают. И из этого правила есть лишь несколько исключений. Углерод - одно из них. Беккерель заметил, что углерод светится при определенной повышенной температуре, предшествующей его переходу в тускло-красное состояние. Это можно наблюдать в лампах, име- ющих достаточно большой углеродный электрод (скажем, шарик диаметром 6 мм). После включения тока, через несколько секунд, электрод покрывает снежно-белая пленка, как раз перед тем, как он станет темно-красным. Заме- чено, что подобные явления происходят и с другими проводниками, но многие ученые скорее всего не отнесут их к истинным проявлениям фосфоресценции. Правда ли, что настоящее накаливание имеет отношение к фосфоресценции, возбуждаемой ударами атомов или механическими ударами, предстоит еще решить, но фактом является то, что при любых условиях, когда есть тенден- ция к локализации и усилению нагрева в точке столкновения, эти условия на- иболее благоприятны для возникновения фосфоресценции. Итак, если элек- трод очень мал, можно сказать, что плотность очень высока; если потенциал очень высок, а газ сильно разрежен, все эти условия подразумевают высокую скорость бомбардирующих атомов, или частиц вещества, а следовательно, интенсивные удары, - и фосфоресценция очень интенсивна. Если в колбу поместить большой и маленький электроды и соединить их с индукционной катушкой, то маленький электрод начнет светиться, в то время как большой может и не светиться, так как чем меньше электрическая плотность, тем мень- ше скорость атомов. Лампу с большим электродом внутри, соединенным с ка- тушкой, можно взять рукой и электрод может не засветиться; но если вместо этого лампы коснуться заостренным проводом, свечение моментально запол- нит всю лампу, вследствие высокой плотности в месте контакта. Видимо, при низких частотах газы с большим атомным весом вызывают большую фосфо- ресценцию, чем газы с меньшим атомным весом, как, например, водород. При высоких частотах, наблюдений недостаточно, чтобы сделать надежный вывод. Кислород, как известно, дает очень сильные эффекты, но это частью можно объяснить химической реакцией. Кажется, что лампа, заполненная остатками водорода, возбуждается наиболее легко. Электроды, разрушающиеся наибо- лее легко, дают наибольшее свечение в лампах, но это состояние недолговечно вследствие нарушения вакуума и осаждения частиц электрода на светящихся поверхностях. Некоторые жидкости, как, например, масло, дают блестящий эффект фосфоресценции (или флюоресцентности?), но он длится всего не- сколько секунд. Так, если на стенках колбы есть следы масла и включается

219

ток, то свечение продолжается всего несколько мгновений, до тех пор, пока масло не улетучится. Из всех опробованных веществ, кажется, только суль- фид цинка наиболее поддается фосфоресценции. Некоторые образцы этого материала, полученные благодаря любезности профессора Анри из Парижа, испытывались в данных лампах. Одним из недостатков этого сульфида яв- ляется то, что он теряет свойство излучать свет после того, как его нагреют до температуры, которую никак нельзя назвать высокой. Следовательно, его можно использовать только при очень низкой интенсивности. Следует отме- тить то немаловажное его свойство, что при интенсивной бомбардировке из алюминиевого электрода, он приобретает черный цвет, но что характерно, возвращается в исходное состояние при остывании.

Самый важный вывод, к которому я пришел, проводя данные исследо- вания, это то, что в любом случае для возбуждения фосфоресценции с ми- нимальными затратами энергии, требуется соблюдать определенные условия. А именно: всегда, независимо от частоты тока и степени вакуума в лампе, есть определенный потенциал (если лампа соединена с одним выводом) или разность потенциалов (если лампа соединена с двумя потенциалами), кото- рые дают наиболее экономичный результат. Если потенциал повышен, много энергии тратится, а света больше не становится, и напротив, если потенциал понизить, производство света всё равно не так экономично. Точные харак- теристики, при которых получается наилучший результат, видимо, зависят от разнородных причин, и их должны еще исследовать экспериментаторы, но совершенно точно их следует придерживаться для получения наилучших результатов.

Переходя теперь к наиболее интересным из этих явлений, накалива- нию, или свечению, газов при пониженном или атмосферном давлении, дол- жен сказать, что нам надо искать ключ к разгадке этих явлений в тех же

Рис. 32

Рис. 33

Никола Тесла. Лекции

первоначальных причинах, то есть, в ударах, или столкновениях, атомов. Когда молекулы или атомы, ударяясь о твердое тело, возбуждают его све- чение, или накаливание, при столкновениях друг с другом они порождают те же явления. Но это недостаточное объяснение и оно содержит только механизм действия. Свет порождается колебаниями, которые происходят с почти непостижимой скоростью. Если при помощи энергии, содержащейся в форме известных излучений в замкнутом пространстве, мы станем вычис- лять силу, необходимую для возбуждения таких быстрых колебаний, мы обнаружим, что хотя плотность эфира несравнимо мала, и меньше плотности всех известных нам веществ, например водорода, всё же сила превосходит наше понимание. Что же это за сила, что в механическом эквиваленте пре- восходит значение нескольких тысяч тонн на квадратный дюйм? Это элект- ростатическая сила в свете современных воззрений. Невозможно понять, как тело измеримых размеров можно зарядить до такого потенциала, что этой силы будет достаточно для производства таких вибраций. Задолго до того, как телу будет передан такой заряд, его просто разорвет на атомы. Солнце излучает свет и тепло, то же самое делает обычное пламя или нить накали- вания, но ни в том, ни в другом нельзя объяснить действие этой силы, если связать ее с телом, как с целым. Мы можем объяснить ее только в одном слу- чае, если свяжем ее с атомом. Атом настолько мал, что если бы он заряжался после контакта с заряженным телом, и можно было предположить, что заряд следует тем же законам, что и в случае с заряженным телом, измеримых раз- меров, то он должен бы был сохранять количество электричества, которое бы полностью объясняло наличие этих сил и скорость вибраций. Но атом в таком состоянии ведет себя иначе - он всегда берет тот же самый «заряд».

Скорее всего резонансные колебания играют особо важную роль в про- явлениях энергии в природе. Везде в пространстве вся материя колеблется, и в ней представлены все скорости колебания - от самых низких музыкаль- ных нот, до самого высокого тона химических излучений, следовательно, и атом, или скопление атомов, независимо от периода, должны найти колебания, с которыми они в резонансе. Когда мы думаем об огромной скорости свето- вых колебаний, мы понимаем, что невозможно воспроизвести такие колебания напрямую, используя аппаратуру измеримых размеров, и мы вынуждены ис- пользовать единственное оставшееся у нас средство получить световые волны экономно и при помощи электричества, то есть воздействовать на молекулы или атомы газа, заставить их соударяться и вибрировать. Тогда мы должны задать себе вопрос: Как можем мы воздействовать на молекулы и атомы?

Ясно, что на них можно воздействовать при помощи электростатиче- ской силы, как следует из всех этих опытов. Меняя электростатическую силу, мы можем возбудить атомы, заставить их соударяться, что сопровождается выделением тепла и света. Вне всякого сомнения, никто еще не продемон- стрировал, как можно на них воздействовать иначе. Если через закрытую ва-

221

куумную трубку пропустить световой разряд, то последуют ли атомы в сво- ей организации какой-либо другой силе, кроме электростатической, которая действует напрямую, от атома к атому? Совсем недавно я исследовал взаи- модействие двух контуров с крайней степенью вибрации. Когда батарея из нескольких банок (ccc_tc_v рисунок 32) разряжается через первичную обмотку Р низкого сопротивления (соединения такие, как показаны на рисунках 19а, 196, 19в, а частота колебаний составляет несколько миллионов, в точках на первичной обмотке, отстоящих друг от друга всего на несколько дюймов, воз- никает огромная разность потенциалов. Эта разность может составлять 10 000 вольт на дюйм, если не более, принимая максимальное значение эдс. На вторичную обмотку S, следовательно, действует электростатическая индук- ция, которая в крайних случаях гораздо важнее, чем электродинамическая. Для таких резких импульсов первичная обмотка, как и вторичная, плохие проводники, следовательно, огромная разность потенциалов может порож- даться электростатической индукцией между соседними точками вторичной обмотки. Затем между проводами могут проскакивать искры и в темноте ста- нут видимы потоки, если не допустить через промежуток dd разряда. Теперь, если мы заменим вторичную обмотку S герметичной вакуумной трубкой, то

Никола Тесла. Лекции

разности потенциалов в трубке, созданной электростатической индукцией, сполна хватит, чтобы возбудить некоторые ее участки; но так как точки определенной разности потенциалов в первичной обмотке не фиксированы, а постоянно меняют положение, в трубке появляется светящаяся полоса, которая очевидно не касается стекла, хотя и должна была бы, если бы точ- ки минимума и максимума потенциала имели фиксированное положение на первичной обмотке. Я не исключаю возможности того, что эта трубка воз- буждается исключительно благодаря электродинамической индукции, пос- кольку этого взгляда придерживаются очень опытные физики; но, по моему мнению, еще нет положительных доказательств того, что атомы газа в закры- той трубке могли расположиться в такие цепочки под действием электродви- жущего импульса, порожденного электродинамической индукцией в трубке. Мне еще не удавалось пока получить полосы в трубке, какой бы длинной она ни была, и какой бы вакуум в ней ни был создан, то есть полосы под прямым углом к предполагаемому направлению разряда или оси трубки; но отчетливо наблюдал в большой колбе, где широкая светящаяся полоса по- являлась после разряда батареи через провод, опутывающий лампу, слабый световой круг между двумя полосами, одна из которых была интенсивнее другой. Более того, мой опыт говорит мне, что такой газовый разряд в за- крытой трубке не может вибрировать, то есть вибрировать как единое целое. Я убежден, что ни один разряд, проходящий в газе, не может вибрировать. Атомы газа ведут себя очень любопытно по отношению к внезапным электри- ческим импульсам. Видимо, газ не обладает ощутимой инерцией по отноше- нию к таким импульсам, ибо на самом деле, чем выше частота импульсов, тем свободнее заряд проходит сквозь газ. Если газ не обладает инерцией, то он не может вибрировать, так как некоторая инерция необходима для свободных колебаний. Из этого я делаю вывод о том, что если между двумя тучами слу- чится разряд молнии, то не возникнет никакой осцилляции, учитывая емкость облаков. Но если разряд молнии ударит в землю, вибрация возникает всегда - в земле, а не в облаке. При разряде сквозь газ каждый атом газа колеблется с собственной скоростью, но нет колебания проводящей газообразной среды как целого. Это очень важное соображение при решении великой проблемы экономичного производства света, ибо оно учит нас тому, что этого результата можно добиться, если использовать импульсы высокой частоты и обязательно высокого потенциала. Факт, что кислород дает более интенсивное свечение в трубке. Не потому ли, что атомы кислорода обладают некоторой инерцией, и колебания не затухают мгновенно? Но тогда азот должен вести себя так же, а хлор и испарения некоторых веществ должны быть еще лучше, чем кислород, если только в игру не вступают магнитные свойства последнего. А может, процесс в трубке имеет электролитическую природу? В пользу этого свидетельствуют многие наблюдения, а самое важное то, что электрод всегда испускает частицы вещества, и вакуум в трубке нельзя поддерживать посто-

223

янно. Если такой процесс имеет место на самом деле, тогда опять мы должны прибегнуть к высоким частотам, ибо с их помощью электролитическое воз- действие можно свести к минимуму, а то и вовсе от него избавиться. Нельзя отрицать тот факт, что при использовании высоких частот, если только им- пульсы гармоничны, как те, что получаются от генератора переменного тока, износ меньше и вакуум более долговечен. При работе пробойной катушки потенциал резко меняется и вакуум быстрее нарушается, так как электроды быстрее изнашиваются. Было замечено, что в некоторых больших трубках, которые содержали тяжелые углеродные бруски ВВ_р соединенные с провода- ми ww (как показано на рисунке 33), применявшиеся во время опытов с про- бойными катушками вместо обычного искрового промежутка, частицы углеро- да под действием мощного магнитного поля, в которое была помещена трубка, располагались в виде прямых тонких линий в центре трубки, как показано на рисунке. Появление этих линий относили к отклонению или искривлению разряда под воздействием магнитного поля, но почему их скопление возникло именно там, где поле было наиболее сильным, было непонятно. Интересно за- метить, что наличие сильного магнитного поля увеличивает износ электродов, возможно, потому, что оно производит быстрые прерывания, когда между электродами возникает более высокая эдс.

Многое еще можно сказать о световых эффектах, которые дают газы при низком или обычном давлении. После просмотра всех опытов мы не мо- жем сказать, что природа этих прекрасных явлений достаточно изучена. Но исследования в этом направлении ведутся с особенным рвением. Каждая от- расль науки по-своему захватывает, но исследования в области электричества, видимо, обладают особой притягательной силой, ибо каждый опыт, каждое наблюдение в этой области находят в нас неповторимый отклик. И всё же мне кажется, что из всех чудес, которые мы наблюдаем, вакуумная трубка, возбужденная электрическим импульсом от удаленного источника, вспыхива- ющая в темноте и освещающая помещение, самое прекрасное явление, которое доступно нашему взору. Еще более интересное для меня - понизить частоту базовых разрядов в искровом промежутке, и, размахивая трубкой, получать разные формы линий. Так, для развлечения, я беру прямую длинную трубку, или квадратную, или квадрат, соединенный с длинной прямой, и поворачи- вая их быстро, имитирую вращение колеса и спиц, обмотку Грамма, барабан, обмотку мотора переменного тока и т.д. (рисунок 34). Если смотреть изда- ли, эффект слабый, и красота его теряется, но вблизи, и если трубка в ру- ке, - вряд ли кто-то устоит перед этим завораживающим зрелищем.

Представляя сегодня эти незначительные достижения, я не пытался рас- положить их так, как это следует делать в процессе чисто научного поиска, когда каждый итог есть логическое следствие предыдущего, и когда его может предугадать внимательный читатель или слушатель. Я предпочел направить свои усилия на выдвижение новинок и идей, которые могли бы предложить

Никола Тесла. Лекции

нечто остальным, и это может служить извинением отсутствию гармонии в моем выступлении. Объяснения явлений давались добросовестно, в духе студента, готового понять, что допустимы требования и более полных объяс- нений. Не будет большого вреда, если студент воспримет неверные взгляды, но когда ошибаются великие умы, мир дорого платит за их ошибки.