Такие высокочастотные разряды, которые заставляют воздух светиться при обычном давлении, мы часто наблюдаем в природе. У меня нет сомнений в том, что, как многие полагают, северное сияние происходит вследствие внезапных космических возбуждений, таких, как вспышки на солнечной поверхности, которые заставляют электростатический заряд Земли очень быстро вибрировать, красное свечение не ограничивается верхними разреженными слоями атмосферы, но разряд пронизывает, по причине своей высокой частоты, 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 возмущений, которые немногочисленны, ибо колебания, вызываемые ими, были бы слишком быстрыми для пробивного разряда. Именно первоначальные и неравномерные импульсы влияют на приборы; наложенные вибрации, видимо, остаются незамеченными.
Рис. 11
Когда простой низкочастотный разряд проходит сквозь немного разреженный 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 давлении с электрическими импульсами очень высокой частоты. Если молекулы воздуха вокруг провода немного возбуждены, образуемая кисть красноватая или фиолетовая; если вибрации становятся достаточно интенсивными, потоки 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; 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 диска 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 трещинки, если таковые есть, должны быть тщательно устранены, с тем чтобы кистевой разряд не формировался нигде, кроме небольших шаров или пластин, находящихся снаружи. В данном случае, так как нет присоединенных к выводам 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 отличается от нашей, 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 прерывистый 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 получить при помощи этой катушки, я выбрал только те, что отличаются новизной 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 искры, произведенные большой обычной катушкой индуктивности на диэлектрической 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 занятные 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 диаметром 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 хорошо сбалансирована. Шайба и кольцо должны соединяться с выводами, хорошо изолированными тонкими проводами. Легко видеть эффект конденсатора, создающего полосу однородных потоков или сеть из тонких серебряных нитей, 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 ценно — 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 катушка 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 практических целей, а также использование такой катушки в лабораторных исследованиях, несколько дополнительных замечаний по поводу ее конструкции, я полагаю, не будут излишними.
Естественно, необходимо в таких катушках использовать хорошо изолированные 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 такой 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 положительного влияния на катушку, в то время как с масляным прибором всё обстоит совсем иначе. Возможно, это происходит потому, что диэлектрические потери в жидкости не так велики.
Поначалу я пытался пользоваться проводами с шелковой и хлопковой изоляцией, но постепенно пришел к тому, что надо применять изоляцию из гуттаперчи, которая более всего отвечает целям опыта. Гуттаперчевая изоляция, конечно, увеличивает емкость катушки, в особенности если катушка большая, и это усложняет получение высокой частоты; но с другой 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 потрескается и катушка уже не будет и вполовину такой хорошей. Гуттаперча, 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 определенным 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 парафиновым 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. Доски должны быть пригнаны так, чтобы могли долгое время выдерживать внешнее давление воздуха. Когда катушку вы поместите внутрь и установите, ящик следует плотно закрыть крепкой крышкой, а крышку укрепить металлическими пластинами и запаять их. В крышке высверливаются два сквозных отверстия, в которые вставляются стеклянные трубочки, а сочленения герметизируются. Одна из трубок соединяется с вакуумным насосом, а другая — с сосудом, содержащим достаточное количество олифы. Последняя трубка 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 больших пузырей, которые являются основной угрозой, между витками. Воздух выгоняется полностью, даже лучше, чем при кипячении, что для гуттаперчи не подходит.
