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 явлений. 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 практических изысканий, что различные формы проявления энергии, которые обычно именуются «электрические» или более точно — «электромагнитные», есть проявления энергии того же свойства, что и лучистое тепло или свет. Следовательно, явления света и тепла, а также некоторые другие могут быть названы 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, когда удобства, а, может быть, и само существование человека, станет напрямую 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 энергию на огромные расстояния. Люди отправятся к водопадам, к местам приливов, которые являются самой малой частью бесконечно огромных запасов природной энергии. Там они обуздают энергию и направят ее в свои поселения, чтобы согреть свои дома, дать свет и заставить упорно трудиться своих послушных рабов — машины. Но как они передадут энергию, если не при помощи 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 совершенно 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 взглядами. Так что если бы мне пришлось демонстрировать мои опыты перед студентами, 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 простой и широко известный опыт. Я мог бы взять знакомое устройство, лейденскую банку, зарядить ее от фрикционной машины, а затем разрядить. Объясняя 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 описать 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. Следовательно, мне должно выбрать другой путь показа, может быть, более броский, 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 электротехнического института в феврале 1892 года. Эта катушка способна вырабатывать 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 проиллюстрировать 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 высокочастотных токов, которые работают во время этих опытов.
Об устройствах и методах преобразования тока
Эти высокочастотные токи получаются особым способом. Применяемая методика была предложена мною около двух лет назад во время лекции в Американском институте электроинженеров. Несколько способов, практикуемых в лабораторных условиях, получения таких токов из постоянного или низкочастотного переменного тока показаны на рисунке 1, который будет позже подробно описан. В целом необходимо заряжать конденсаторы от источника постоянного или переменного тока, желательно высокого напряжения, и разряжать их пробивным разрядом, соблюдая при "этом необходимые условия колебания тока. Ввиду всеобщего интереса, проявляемого к токам высокой 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 постоянного 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 прибегнуть к помощи вспомогательных устройств, некоторые из которых будут описаны позже. Когда конденсаторы заряжаются до определенного потенциала, воздух, или изолирующее пространство, пробивается и происходит разряд. Тогда происходит резкий бросок тока, то есть расходуется большое количество накопленной электрической энергии. Затем конденсаторы заряжаются, и такой же процесс повторяется более или менее быстро. Для производства таких резких бросков тока необходимо соблюдать определенные условия. 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 немногочисленными, между ними будут большие интервалы. Это всегда происходит, когда конденсатор большой емкости заряжается сравнительно слабым устройством. 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 получить последовательность разрядов желаемой скорости. Конечно, чем выше напряжение, выдаваемое генератором, тем меньше должна быть емкость конденсаторов 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 постоянного 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 отношениях, и не требует применения никаких механических устройств, позволяет получать 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 регулировки этих показателей, а частоту наложенных колебаний — путем определения 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 вторичной обмотке, которая может состоять из нескольких витков.
Рис. 2
Поскольку условия проведения опыта часто таковы, что прерывистость или колебания сразу не устанавливаются, особенно при использовании источника 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 желательно, как я указывал ранее, чтобы частота была низкой, а сила тока, формирующего дугу, высокой.
